DE102010032537A1 - Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapelabschnitts sowie Brennstoffzellenstapelabschnitt - Google Patents

Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapelabschnitts sowie Brennstoffzellenstapelabschnitt Download PDF

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fertigungsverfahren für einen Brennstoffzellenstapel sowie einen nach dem Verfahren gefertigten Brennstoffzellenstapelabschnitt vorzuschlagen, welches sich durch seine Einfachheit auszeichnet.
Es wird ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapelabschnitts 1 vorgeschlagen, wobei der Brennstoffzellenstapelabschnitt 1 mindestens einen ersten und einen zweiten Stapelkörper 2, 3 und eine Dichtung 9 aufweist, welche in einer Stapelrichtung S zwischen dem ersten und dem zweiten Stapelkörper 2, 3 angeordnet ist, mit einem Auftragschritt, wobei die Dichtung 9 als Dichtungsmasse 10 auf den ersten und/oder den zweiten Stapelkörper 2, 3 aufgetragen wird, und mit einem Montageschritt, wobei der erste und der zweite Stapelkörper 2, 3 nach dem Auftragen der Dichtungsmasse 10 miteinander in einer Endposition in dem Brennstoffzellenstapelabschnitt montiert werden, wobei der Montageschritt erfolgt, solange die Dichtungsmasse unausgehärtet und/oder plastisch verformbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapelabschnitts, wobei der Brennstoffzellenstapelabschnitt mindestens einen ersten und einen zweiten Stapelkörper und eine Dichtung aufweist, welche in einer Stapelrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Stapelkörper angeordnet ist, mit einem Auftragschritt, wobei die Dichtung als Dichtungsmasse auf den ersten und/oder den zweiten Stapelkörper aufgetragen wird, und mit einem Montageschritt, wobei der erste und der zweite Stapelkörper nach dem Auftragen der Dichtungsmasse miteinander in einer Endposition in dem Brennstoffzellenstapelabschnitt montiert wird. Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstapelabschnitt, der nach dem Verfahren hergestellt ist.
  • Brennstoffzellen werden eingesetzt, um chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Die Brennstoffzellentechnologie bildet die Grundlage zum Antrieb von Fahrzeugen auf Basis von Wasserstoff als Energiequelle. Nachdem jedoch eine einzelne Brennstoffzelle weder eine ausreichende Leistung noch eine ausreichende Spannung zur Versorgung eines Antriebsmotors des Fahrzeuges bereit stellen kann, ist es üblich, Brennstoffzellen in Stapeln, sogenannten Stacks, anzuordnen und in Reihe zu schalten, so dass eine ausreichende Spannung bzw. Leistung erzeugt werden kann. Derartige Brennstoffzellenstapel weisen oftmals über 100 Brennstoffzellen auf, welche wiederum jede einen Anoden- und einen Kathodenraum zeigt. Somit sind in einem Brennstoffzellenstapel eine Vielzahl von Einzelräumen, welche zum Teil gegeneinander abgedichtet und zum Teil miteinander strömungstechnisch verbunden werden. Somit ergibt sich die Notwendigkeit, die Dichtungen in einem Brennstoffzellenstapel funktionssicher auszulegen.
  • Die Druckschrift US 2007/0003821 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt ein Verfahren zur Fertigung von Teilen eines Brennstoffzellenstapels, wobei sogenannte MEAs (Membrane-Electrode-Assemblies bzw. Membran-Elektroden-Anordnungen) und Stützplatten in alternierender Reihenfolge zu einem Stapel montiert werden, wobei die MEAs eine umlaufende Dichtung zur Abdichtung gegenüber der Stützplatten aufweisen. Diese Dichtungen werden in einem Werkzeug gespritzt. Die MEAs werden anschließend zusammen mit der spritztechnisch hergestellten Dichtung montiert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fertigungsverfahren für einen Brennstoffzellenstapel sowie einen nach dem Verfahren gefertigten Brennstoffzellenstapelabschnitt vorzuschlagen, welches sich durch seine Einfachheit auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Brennstoffzellenstapelabschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenabschnitts vorgestellt. Der Brennstoffzellenstapelabschnitt ist vorzugsweise zum Einsatz in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Auto, geeignet und/oder ausgebildet. Der Brennstoffzellenstapelabschnitt ist ausgebildet, um in einem späteren Betrieb einen elektrochemischen Prozess zur Umwandlung der Energie eines Brennstoffes in elektrische Energie umzusetzen.
  • Es sind mindestens ein erster und ein zweiter Stapelkörper sowie eine Dichtung vorgesehen, wobei die Dichtung in einer Stapelrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Stapelkörper, insbesondere abdichtend, angeordnet ist. Die Begriffe „erster” und „zweiter” beziehen sich hierbei nicht auf eine besondere Position, sondern dienen nur der Aufzählung. Vorzugsweise ist in einem Brennstoffzellenabschnitt eine Vielzahl von ersten und zweiten Stapelkörpern angeordnet, die jeweils durch eine Dichtung voneinander getrennt sind.
  • Die Stapelkörper setzen Funktionen in den Brennstoffzellenstapelabschnitt, insbesondere hinsichtlich der elektro-chemischen Umwandlung und/oder einer Gasführung zur Zuleitung von Brennstoff bzw. Oxidanten zu dem elektrochemischen Prozess um.
  • Während des Montageverfahrens wird ein Auftragschritt umgesetzt, wobei die Dichtung als eine vorzugsweise aushärtbare und/oder formlose Dichtungsmasse auf dem ersten und/oder dem zweiten Stapelkörper aufgetragen wird. Die Dichtungsmasse weist während des Auftragsschritts insbesondere eine flüssige und/oder pastöse Konsistenz auf. Der Auftrag kann in einem oder in mehreren Arbeitsschritten, insbesondere mit einer Stempeldüse, Dispenserdüse oder anderen Verfahren oder Kombinationen daraus erfolgen. Als Dichtungsmasse können z. B. Einkomponenten-, Zweikomponenten- und/oder UV-härtende Werkstoffe Verwendung finden. Insbesondere können die Werkstoffe so gewählt werden, dass sie über Druck, Temperatur, Zeit etc. in ihrem Aushärteverhalten gesteuert werden können.
  • Nach dem Auftragsschritt folgt ein Montageschritt, wobei der erste und der zweite Stapelkörper in eine Endposition in dem Brennstoffzellenabschnitt montiert werden. Insbesondere werden der erste und der zweiter Stapelkörper in dieser Endposition bei der weiteren Montage nicht mehr voneinander und/oder von der Dichtung getrennt.
  • Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Montageschritt erfolgt, solange die Dichtungsmasse unausgehärtet und/oder plastisch verformbar ist. Dabei wird unter dem Begriff „unausgehärtete Dichtungsmasse” eine Dichtungsmasse verstanden, die nicht oder höchstens teilweise, aber nicht vollständig ausgehärtet ist. Insbesondere liegt die Dichtungsmasse beim Montageschritt immer noch flüssig und/oder pastös vor. Die Aushärtung der Dichtungsmasse erfolgt somit erst nach der Montage des ersten und des zweiten Stapelkörpers. Vorzugsweise weist die Dichtungsmasse nach der Aushärtung als Dichtung eine elastische, insbesondere gummielastische Konsistenz auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik Vorteile auf, da die Positionierung der Stapelkörper im Brennstoffzellenstapelabschnitt, also in einem Stack oder Teilstack, und die Formung oder Formgebung der Dichtung in einer Phase erfolgt, in der auftretende Toleranzen durch die unausgehärtete, insbesondere flüssige bzw. pastöse Dichtmasse ausgeglichen werden können. Durch den elastischen Werkstoffcharakter der ausgehärteten Dichtung kann im späteren Betrieb ein ”Atmen” des Brennstoffzellenstapels ermöglicht werden. Somit wird ein vorzugsweise stoffschlüssiger, elastischer Verbund erzeugt, was die Zuverlässigkeit der Abdichtung in allen Betriebszuständen des Brennstoffzellenstapelabschnitts verbessert.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Montageschritt ein Verspannen des ersten und des zweiten Stapelkörpers in Stapelrichtung umfasst. Insbesondere wird der Brennstoffzellenstapelabschnitt verpresst, so dass die Dichtungsmasse unter Spannung zu der Dichtung aushärtet. Nach der Aushärtung bleibt aber der Werkstoff der Dichtung elastisch, so dass sich der vorzugsweise stoffschlüssige, elastische Verbund ergibt. Das Verpressen erfolgt vorzugsweise durch Mittel, welche nach der Montage des Brennstoffzellenstapelabschnitts in dem Brennstoffzellenstapelabschnitt verbleiben. Der Pressvorgang kann mit unterschiedlichen Druck- und Zeitverläufen erfolgen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Dichtungsmasse als mindestens eine Dichtungsraupe auf dem Stapelkörper aufgetragen. Die Form und Größe der Raupe kann in Längsrichtung der Raupe einheitlich, mit konstantem Querschnitt, oder variierend ausgebildet sein. Die Dichtung kann auch aus mehreren Einzelraupen gebildet werden, welche in Dichtungsrichtung parallel zueinander und/oder hintereinander angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die Dichtung in Form von mehreren Raupen aufgetragen wird, die sich im Werkstoff und/oder in den Härtegraden unterscheiden.
  • Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist mindestens einer der Stapelkörper als eine Bipolarplatte und mindestens einer der Stapelkörper als eine sogenannte MEA-Platte ausgebildet. Die Bipolarplatte kann auf Basis von Metall oder auch auf Basis von Graphit gefertigt sein und weist – in einer bevorzugten Ausführungsform – Kanäle zur Verteilung der Arbeitsgase in dem Brennstoffzellenstapel auf. Die MEA-Platte (Membrane-Electrode-Assembly-Platte) umfasst in einer bevorzugten Ausführung eine Membran, insbesondere eine protonenleitende Membran (PEM) sowie auf jeder Membranseite eine Gasdiffusionslage. Ferner können katalytische Bereiche in der MEA-Platte angeordnet sein. Durch die Dichtungen, welche durch die formlose Dichtungsmasse erzeugt werden, werden die Anoden- und/oder Kathodenräumen, die zwischen Bipolarplatte und MEA-Platte vorliegen, abgedichtet.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Brennstoffzellenstapelabschnitt als ein gesamter Brennstoffzellenstapel ausgebildet, so dass während der Montage die Stapelkörper in Stapelrichtung aufgereiht und – nachdem die Endzahl der Stapelkörper erreicht ist – zu einem Brennstoffstapel oder Stack verspannt werden. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Brennstoffzellenstapel mehrere Brennstoffzellenstapelabschnitte, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt werden, umfasst. Diese auch Teilstacks genannten Abschnitte werden zu einer späteren Zeit modulartig zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengestellt.
  • Bei einer ersten möglichen Alternative des Auftragschritts wird die Dichtungsmasse beidseitig auf einen Stapelkörper aufgetragen, bevor dieser Stapelkörper in den Brennstoffzellenstapelabschnitt gelegt bzw. eingebaut wird. Zum Beispiel kann die Dichtungsmasse beidseitig auf einer Bipolarplatte aufgebracht werden, diese in den Stapel gelegt werden und dann – ohne weitere Maßnahme – die MEA-Platte darauf gelegt werden. In einem nächsten Schritt wird wieder eine beidseitig mit Dichtungsmasse versehene Bipolarplatte auf die MEA-Platte aufgelegt. Auch die umgekehrte Arbeitsweise ist möglich, wobei die Dichtungsmasse jeweils beidseitig auf die MEA-Platte aufgetragen wird.
  • Bei einer weiteren Alternative der Erfindung wird bei jedem Stapelkörper einseitig die Dichtungsmasse aufgebracht und diese dann in den Brennstoffzellenstapelabschnitt eingelegt. Bei wieder einer anderen Ausführungsform wird die Dichtungsmasse auf den obersten Stapelkörper in dem Stapel aufgebracht und dann der nächste Stapelkörper aufgelegt.
  • Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser Montagealternativen denkbar, solange die entsprechende Anzahl von Dichtungslagen eingebracht wird.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapelabschnitt, welcher nach dem Verfahren, wie es zuvor beschrieben wurde, bzw. nach einem der vorhergehende Ansprüche montiert wurde und mindestens eine der Dichtungen aufweist, die aus der Dichtungsmasse gebildet ist.
  • Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung verbindet die Dichtung die zwei angrenzenden Stapelkörper stoffschlüssig. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann sich der Stoffschluss nur auf Teilbereiche beziehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Stoffschluss zwischen Dichtung und Stapelkörper bereichsweise durch Zwischenlagen oder andere Mittel unterbunden ist. Eine Unterbindung des Stoffschlusses hat den Vorteil, dass der Brennstoffzellenstapelabschnitt in einfacher Weise zu demontieren ist.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zunächst mehrere Brennstoffzellenstapelabschnitte gefertigt werden, wobei jede Dichtung dieser Brennstoffzellenstapelabschnitte die zugeordneten Stapelkörper stoffschlüssig verbindet. In einem nachfolgenden Schritt werden diese Brennstoffzellenstapelabschnitte als Module unter Zwischenschaltung von weiteren Dichtungen aufeinander gestapelt, wobei diese weiteren Dichtungen ebenfalls durch den Auftragschritt und den Montageschritt montiert werden, wobei die Dichtungen jedoch ohne Stoffschluss sind, so dass die Brennstoffzellenstapelabschnitte beispielsweise zu Reparaturzwecken wieder demontiert werden können. Besonders bevorzugt sind die Dichtungen umlaufend, insbesondere unterbrechungsfrei umlaufend um einen Anoden- und/oder Kathodenbereich des Brennstoffzellenstapelabschnitts angeordnet. Alternativ oder ergänzend kann bzw. können die Dichtung oder Dichtungen auch umlaufend zu Fluidports zur Durchleitung der Arbeitsgase, Kühlflüssigkeiten etc. ausgebildet sein.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Stapelkörper, insbesondere die Bipolarplatten, z. B. einteilig und/oder z. B. einstückig angebundene Hinterlandstopperbereiche aufweisen, die eine Minimaldicke der Dichtung in den Dichtungsbereichen definieren oder sicherstellen. Die Hinterlandstopper definieren somit einen Minimalabstand zwischen den Stapelkörpern, der nicht unterschritten werden kann. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, wenn zu befürchten ist, dass durch das Stapeln und Verpressen die Dichtungen in den Dichtungsbereichen unter eine Minimaldicke kommen. Durch die Hinterlandstopperbereiche, welche außenseitig zu den Anoden- bzw. Kathodenbereichen in Bezug auf die Dichtung betrachtet angeordnet sind, ist sichergestellt, dass der Minimalabstand für die Dichtung nicht unterschritten wird.
  • Die Hinterlandstopper der Bipolarplatten können sich in manchen Ausführungsformen an der MEA-Platte und bei anderen Ausführungsformen unmittelbar gegeneinander abstützen. Optional sind zwischen den Hinterlandstoppern oder bei den Auflagen der Hinterlandstopper auf der MEA-Platte elastische Zwischenelemente, zum Beispiel für einen Toleranzausgleich, und/oder isolierende Zwischenelemente für eine elektrische Isolation eingebracht. Alternativ sind die Hinterlandstopperbereiche selbst elastisch und/oder nachgiebig ausgebildet.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
  • 1 einen schematischen Querschnitt eines Brennstoffzellenstapelabschnitts als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine erste Alternative des Brennstoffzellenstapels in 1 in gleicher Darstellung;
  • 3 eine weitere Alternative zu der Darstellung in der 1 als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 eine nächste Alternative als ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Bipolarplatten ergänzend Hinterlandstopper aufweisen;
  • 5 eine Alternative der Darstellung in der 4 als ein fünftes Ausführungsbeispiel.
  • Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen Querschnitt durch einen Brennstoffzellenstapelabschnitt 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Brennstoffzellenstapelabschnitt 1 ist insbesondere zum mobilen Einsatz z. B. in einem Fahrzeug zur Erzeugung der Antriebsenergie dimensioniert.
  • In dem gezeigten Bereich sind drei Stapelkörper in einer Stapelrichtung S angeordnet, wobei mittig eine MEA-Platte 2 liegt, die in Stapelrichtung S beidseitig an Bipolarplatten 3 angrenzt. Die MEA-Platte 2 umfasst eine Membran 4, an die beidseitig jeweils eine Katalysatorschicht 5 und eine Gasdiffusionslage 6 angrenzen.
  • Membran 4, Katalysatorschicht 5 und Gasdiffusionslage 6 erstrecken sich flächig. Durch die Membran 4, welche insbesondere als eine Protonenaustauschmembran (PEM) ausgebildet ist, wird ein Anodenraum und ein Kathodenraum 7a, b voneinander getrennt. Die Membran 4 ist randseitig in einen MEA-Rahmen 8 eingespannt, der die Membran 4 umlaufend hält. Die Katalysatorschicht 5 erstreckt sich bis zu dem MEA-Rahmen 8 und kann sich sogar bis unter den MEA-Rahmen 8 erstrecken, um die Membran 4 zu schützen. Durch die angrenzenden Bipolarplatten 3 wird der Anoden- bzw. Kathodenraum 7a, b in bzw. gegen Stapelrichtung abgeschlossen.
  • Die Abdichtung zwischen den Bipolarplatten 3 und der MEA-Platte 2 erfolgt durch Dichtungen 9, welche ebenfalls umlaufend um den Anoden- bzw. Kathodenraum 7a, b ausgebildet sind. Der MEA-Rahmen 8 wird auch als ein MEA-Frame und die Gesamtanordnung als frame-sealed MEA bezeichnet.
  • Bei der Montage des Brennstoffzellenstapelabschnitts 1 wird auf jeder Bipolarplatte 3 beidseitig eine Raupe 10 aus einer formlosen Dichtungsmasse aufgetragen und dann die Bipolarplatten 3 und die MEA-Platten 2 abwechselnd in Stapelrichtung S montiert. Die Dichtungsmasse ist somit während der Montage noch flüssig bzw. pastös und kann sich plastisch an die Geometrie und etwaige Toleranzen von Bipolarplatte 3 und MEA-Platte 2 angleichen. Insbesondere wird der Brennstoffzellenstapelabschnitt 1 in Stapelrichtung S verspannt, um die endgültige Form der Dichtung 9 zu definieren. Erst nach der Verspannung wird die Dichtungsmasse ausgehärtet, so dass die Dichtung 9 entsteht. Das Auftragen der Dichtungsmasse kann beispielsweise mit einer Stempeldüse, Dispenserdüse oder anderen bekannten Verfahren oder in Kombination daraus erfolgen. Obwohl die Raupen 10 der späteren Dichtung 9 in der 1 alle gleich dargestellt sind, können sich diese in Durchmesser oder Material unterscheiden. Auch eine Kombination aus bereits ausgehärteten Dichtungen und noch auszuhärtenden Dichtungsmassen ist möglich. Die Werkstoffe können so gewählt werden, dass sie über Druck, Temperatur, Zeit etc. in ihrem Aushärteverhalten gesteuert werden können. Insbesondere können Einkomponenten-, Zweikomponenten-, UV-härtende Werkstoffe etc. eingesetzt werden. Es können auch mehrere Raupen 10 nebeneinander gesetzt werden, so dass in dem gezeigten Querschnitt mehrere Dichtungen 9 nebeneinander angeordnet wären.
  • Die 2 zeigt eine Alternative der Ausführungsform in der 1, wobei im Gegensatz zu der Ausführungsform in der 1 die Dichtungsmasse vor der Montage beidseitig auf der MEA-Platte 2 aufgebracht ist und die Bipolarplatten 3 ohne aufgelegte Dichtungsmasse in dem Brennstoffzellenstapelabschnitt eingelegt werden. Ansonsten erfolgt die Montage analog zu der Ausführungsform der 1, insbesondere erfolgt die Montage während die Dichtungsmasse noch flüssig und/oder pastös ist.
  • Bei der Ausführungsform in der 3 wird zunächst eine Raupe 10 von Dichtungsmasse zur Bildung der Dichtung 9 auf eine bereits montierte Bipolarplatte 3 aufgebracht, dann eine MEA-Platte 2 montiert. Nachfolgend wird auf die bereis montierte MEA-Platte 2 eine Raupe 10 von Dichtungsmasse zur Bildung der nächsten Dichtung 9 aufgebracht etc. Letztlich erfolgt der Auftrag der Raupe immer auf den obersten Stapelkörper alternierend auf eine Bipolarplatte 3 oder eine MEA-Platte 2. Alternativ kann die Raupe 10 auch vor der Montage auf die Stapelkörper aufgebracht werden. Alternativ wird die Raupe 10 auf die Bipolar-Platte 3 aufgebracht, während parallel die MEA-Platte 2 mit aufgebrachter Dichtung montiert wird. Idealerweise ist nach der Montage die Auftragung der Raupe fertig, so dass dieses Bauteil nun aufgestapelt werden kann. Alternativ werden mehrere Platten parallel mit Raupen versehen, kommen in ein Magazin/Zwischenpuffer (wenn Auftragedauer länger als Montagezeit) und werden dann montiert.
  • Ggfs. können die Raupen 10 mit Hilfe zweier kooperierender oder entsprechend gesteuerter Dispensroboter aufgebracht werden. Es ist allgemein bevorzugt, dass jede Raupe 10 nur einen Anfang und ein Ende hat, da diese üblicherweise Schwachstellen darstellen. Somit wird bevorzugt jede einzelne Raupe 10 nur von einem einzigen Dispensroboter aufgebracht. Unterschiedliche Dichtraupen können jedoch von zwei oder mehr Dispensrobotern aufgebraucht werden, um den Aufbringprozess zu beschleunigen. Die Dispensroboter können kooperieren oder entsprechend gesteuert sein.
  • Die 4 zeigt eine Modifikation des Brennstoffzellenstapelabschnitts 1 in der 3, wobei die Dichtungsmasse in analoger Weise aufgebracht wird. Konstruktiv betrachtet zeigen die Bipolarplatten 3 jedoch an ihren den Anoden- bzw. Kathodenraum 7a, b abgewandten Randbereichen einen Hinterlandstopper 11, also einen Bereich, dessen Erstreckung oder Dicke in Stapelrichtung S größer als die sonstige Bipolarplatte 3 ist. Die Hinterlandstopper können einstückig aus den Bipolarplatten 3 ausgebildet sein. Optional sind diese nachgiebig und/oder elastisch ausgebildet. Durch den Hinterlandstopper 11 wird außerhalb des abgedichteten Bereichs eine Beabstandung der MEA-Platten 2 und der Bipolarplatten 3 zueinander sicher gestellt. Dies führt auch dazu, dass Kräfte in Stapelrichtung S über die Hinterlandstopper 11 abgetragen werden und nicht über die Dichtungen 9 oder die Gasdiffusionseinlagen 6. Die Hinterlandstopper 11 stützen sich dabei in Stapelrichtung S einerseits an den Bipolarplatten 3 und andererseits an den MEA-Platten 2 ab. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Hinterlandstopper einstückig mit den Bipolarplatten 3 ausgebildet.
  • In der 5 ist eine Modifikation der Anordnung der 4 gezeigt, wobei sich hier die Hinterlandstopper 8 gegenseitig abstützen und zueinander durch eine Isolierung 12 elektrisch isoliert sind. In dieser Ausführungsform werden Kräfte in Stapelrichtung S nicht über die MEA-Platten 2 sondern unmittelbar von benachbarten Bipolarplatten 3 übertragen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennstoffzellenstapelabschnitt
    2
    MEA-Platte
    3
    Bipolarplatte
    4
    Membran
    5
    Katalysatorschicht
    6
    Gasdiffusionslage
    7a, b
    Kathoden- bzw. Anodenraum
    8
    MEA-Rahmen
    9
    Dichtung
    10
    Raupe
    11
    Hinterlandstopper
    12
    Isolierung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2007/0003821 A1 [0003]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapelabschnitts (1), wobei der Brennstoffzellenstapelabschnitt (1) mindestens einen ersten und einen zweiten Stapelkörper (2, 3) und eine Dichtung (9) aufweist, welche in einer Stapelrichtung (S) zwischen dem ersten und dem zweiten Stapelkörper (2, 3) angeordnet ist, mit einem Auftragschritt, wobei die Dichtung (9) als Dichtungsmasse (10) auf den ersten und/oder den zweiten Stapelkörper (2, 3) aufgetragen wird, und mit einem Montageschritt, wobei der erste und der zweite Stapelkörper (2, 3) nach dem Auftragen der Dichtungsmasse (10) miteinander in einer Endposition in dem Brennstoffzellenstapelabschnitt montiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Montageschritt erfolgt, solange die Dichtungsmasse unausgehärtet und/oder plastisch verformbar und/oder flüssig und/oder pastös ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageschritt ein Verspannen des ersten und des zweiten Stapelkörpers (2, 3) in Stapelrichtung (S) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmasse als mindestens eine Dichtungsraupe (10) aufgetragen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelkörper als eine Bipolarplatte (3) und/oder als eine MEA-Platte (2) ausgebildet sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapelabschnitt (1) als ein gesamter Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoffzellenstapel mehrere Brennstoffzellenstapelabschnitte (1) umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmasse (10) auf einen Stapelkörper beidseitig aufgetragen wird, bevor dieser in dem Brennstoffzellenstapelabschnitt (1) montiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmasse einseitig auf einen der Stapelkörper (2, 3) aufgetragen wird und zwar wahlweise vor oder nach der Montage in dem Brennstoffzellenstapelabschnitt (1).
  9. Brennstoffzellenstapelabschnitt (1), welcher nach dem Verfahren gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche gefertigt ist und mindestens eine der Dichtungen (9) aufweist.
  10. Brennstoffzellenstapelabschnitt (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) zumindest bereichsweise stoffschlüssig mit dem Stapelkörper (2, 3) verbunden ist.
  11. Brennstoffzellenstapelabschnitt (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss zwischen Dichtung (9) und Stapelkörper (2, 3) bereichsweise oder vollständig unterbunden ist.
  12. Brennstoffzellenstapelabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelkörper (2, 3) Hinterlandstopperbereiche (11) aufweisen, die eine Minimaldicke der Dichtung in den Dichtungsbereichen in Stapelrichtung (S) definieren.
  13. Brennstoffzellenstapelabschnitt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) umlaufend zu einem Anoden- und/oder Kathodenbereich (7a, b) des Brennstoffzellenstapelabschnitts (1) angeordnet ist.
DE102010032537A 2009-09-03 2010-07-28 Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapelabschnitts sowie Brennstoffzellenstapelabschnitt Withdrawn DE102010032537A1 (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070003821A1 (en) 2005-06-30 2007-01-04 Freudenberg-Nok General Partnership Integrally molded gasket for a fuel cell assembly

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070003821A1 (en) 2005-06-30 2007-01-04 Freudenberg-Nok General Partnership Integrally molded gasket for a fuel cell assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105071A1 (de) * 2011-06-21 2012-12-27 Daimler Ag Haltevorrichtung mit einer Membran einer Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle und Verfahren zu deren Herstellung
DE102011105071B4 (de) * 2011-06-21 2014-08-07 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung mit einer Membran einer Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle

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