DE102010055996A1 - Verfahren zur Herstellung einer Membrananordnung für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Membrananordnung für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membrananordnung (1) für eine Brennstoffzelle, bei dem zumindest eine Membran (2) mit einem Rahmenelement (3) in einem Laserschweißprozess verbunden wird. Erfindungsgemäß wird das zumindest eine Rahmenelement (3) aus einem Folienwerkstoff gebildet wird, so dass die Membrananordnung (1) als ein Folienverbund gebildet wird, wobei die Membran (2) durch den Folienverbund der Membrananordnung (1) vor thermischer Beschädigung infolge des Laserschweißprozesses geschützt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzelle mit einer Membrananordnung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membrananordnung für eine Brennstoffzelle, bei dem zumindest eine Membran mit zumindest einem Rahmenelement in einem Laserschweißprozess verbunden wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzelle mit einer Membrananordnung.
  • Aus der DE 103 06 235 B4 ist ein Verfahren zum Widerstandsnahtschweißen einer Folie und mindestens eines Folienträgers eines Brennstoffzellensystems bekannt, bei dem der dicker ausgeführte Folienträger mit der Folie aufeinander gelegt wird und bei dem unter Verwendung einer Rollenelektrode und einer elektrischen Stromversorgung Folienträger und Folie durch Widerstandserhitzung gasdicht verbunden werden. Dabei wird beim Schweißen die Folie zusammen mit dem Folienträger auf einem ebenen Stützelement aufliegend relativ zur Rollenelektrode so bewegt, dass die Rollelektrode mit dem Folienträger in Kontakt steht.
  • Weiterhin sind aus der DE 102 61 482 A1 ein Brennstoffzellenmodul für PEM-Brennstoffzellen-Stacks und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Der Brennstoffzellen-Stack umfasst eine Bipolarplatte und eine Membran-Elektroden-Einheit, wobei die Bipolarplatte einen umlaufenden Rahmen aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff und einen von dem Rahmen umschlossenen, elektrisch leitfähigen inneren Bipolarplattenbereich mit Kanälen für Gase und gegebenenfalls für Kühlmittel aufweist. Die Membran-Elektroden-Einheit umfasst eine Polymerelektrolyt-Membran und ist durch eine Schweißnaht oder durch eine mit der Membran-Elektroden-Einheit teilweise überlappende umlaufende Elastomerdichtung anodenseitig an dem Rahmen der Bipolarplatte fixiert. Zur Herstellung der Verbindung zwischen der Membran-Elektroden-Einheit und dem Rahmen wird ein Laserschweißverfahren angewendet. Dabei werden die Werkstoffe der Fügepartner derart gewählt, dass der Rahmen laserstrahlabsorbierend ist und die Membran-Elektroden-Einheit laserstrahltransparent ist. Zum weiteren Schutz der empfindlichen Membran-Elektroden-Einheit ist die Laserschweißnaht relativ weit entfernt von der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet, so dass thermische Beschädigungen vermieden werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Membrananordnung für eine Brennstoffzelle anzugeben, mittels welchem Beschädigungen einer in der Membrananordnung befindlichen Elektrolytmembran zuverlässig vermieden werden und welches gleichzeitig besonders wirtschaftlich, d. h. mit geringen Kosten und geringem Aufwand, durchführbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzelle anzugeben.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Brennstoffzelle durch die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In einem Verfahren zur Herstellung einer Membrananordnung für eine Brennstoffzelle wird zumindest eine Membran mit zumindest einem Rahmenelement in einem Laserschweißprozess verbunden. Erfindungsgemäß wird das zumindest eine Rahmenelement aus einem Folienwerkstoff gebildet wird, so dass die Membrananordnung als ein Folienverbund gebildet wird, wobei die Membran durch den Folienverbund der Membrananordnung vor thermischer Beschädigung infolge des Laserschweißprozesses geschützt wird.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass sich ein Folienwerkstoff als Rahmenelement, d. h. als Rahmenfolie, besonders zur Anwendung des Laserschweißverfahrens zur Verbindung der Membran mit dem Rahmenelement eignet. In anderen Worten ist das Laserschweißverfahren somit sehr wirtschaftlich anwendbar. Vorzugsweise findet als Folienwerkstoff ein Kunststoff, insbesondere ein Thermoplast, Anwendung, welcher besonders wirtschaftlich mittels Laserschweißen gefügt werden kann.
  • Ferner ist es aufgrund der mechanischen Flexibilität der Rahmenfolie einfach möglich, dass diese sich in einfacher Weise an eine Oberflächenstruktur der Membran anpasst. Weiterhin wird durch entsprechende Wahl des Folienwerkstoffs der Rahmenfolie in Abhängigkeit von der Laserstrahlintensität gewährleistet, dass die empfindliche Membran im Verbindungsbereich derart vor dem Laserstrahl geschützt wird, dass der Energieeintrag in die Membran, d. h. die Energieabsorption und infolgedessen die Erwärmung, nur in einem solchen Maße erfolgt, dass keine Beschädigung der Membran auftritt. Eine solche Beschädigung der Membran könnte insbesondere zur Beeinträchtigung oder gar zum Ausschuss einer Brennstoffzelle führen, da im Allgemeinen eine derartige Membran mit einer Katalysatorschicht beschichtet ist, welche für den Brennstoffzellenprozess erforderlich ist. Diese Katalysatorschicht absorbiert in starkem Maße Licht, was zur starken oder gar übermäßigen Erwärmung und im Extremfall zum Verbrennen der Schicht mit einer entsprechenden Beeinträchtigung der Brennstoffzelle führen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit vorteilhaft, dass die Laserschweißnaht erheblich näher als bisher bei bekannten konventionellen Anwendungen an der empfindlichen Membran-Elektroden-Einheit angeordnet werden kann, womit die Bauweise einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle bzw. Membrananordnung wesentlich kompakter ausgestaltet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt somit in besonders vorteilhafter Weise einen Schutz der Membran vor der für diese schädlichen Laserstrahlung, da nur das Rahmenelement erwärmt wird. Somit wird eine Beschädigung oder Zerstörung der Membran, insbesondere aufgrund von Überhitzungen und/oder Verbrennungen, hervorgerufen durch die Laserstrahlung, vermieden. Aufgrund der örtlich begrenzten Wärmeerzeugung mittels der Laserstrahlung resultiert aus der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin die Vermeidung einer Berührung aufgeschmolzenen Materials, insbesondere Kunststoffs, mit einer Vorrichtung zur Herstellung der Membrananordnung. Daraus folgend werden auch Kontaminationen und Formfehler der Membrananordnung, welche insbesondere eine Membran-Elektroden-Anordnung ist, vermieden, woraus wiederum ein besonders zuverlässiger Betrieb der Brennstoffzelle mit hohem Wirkungsgrad und großer Lebensdauer resultiert. Somit ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, dass der Wärmeeintrag der Laserstrahlung nur an den Positionen erfolgt, an welchen die Verschweißung der Membran mit dem Rahmenelement erfolgen soll. Deshalb ist gegenüber dem Stand der Technik weiterhin eine signifikante Verkürzung der Taktzeit während der Herstellung möglich. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht enorme Zeit-, Aufwands- und Kosteneinsparungen bei der Herstellung der Membrananordnung und somit der Herstellung einer Brennstoffzelle.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen dem Rahmenelement und der Membran eine Klebstoffschicht angeordnet, welche vorteilhaft dazu führt, dass die Klebstoffschicht zusätzlich Energie des Laserstrahls absorbiert, wodurch die Membran noch besser geschützt wird. Überdies ermöglicht eine solche Ausgestaltung, dass ein Klebstoff verwendet werden kann welcher mittels Absorption von Lichtenergie aktiviert werden kann. Infolgedessen wird zusätzlich auch die Fügeverbindung verbessert. Somit wird nur die Klebstoffschicht erwärmt, so dass die Verschweißung des Rahmenelements und der Membran über die Klebstoffschicht erfolgt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden dem Folienwerkstoff des Rahmenelements und oder dem Klebstoff der Klebstoffschicht Zusatzstoffe beigemischt, welche zur Erhöhung der Energieabsorption in dem Rahmenelement und/oder der Klebstoffschicht führen, so dass die empfindliche Membran nochmals verbessert vor thermischen Beschädigungen geschützt wird. Vorzugsweise werden dazu als Zusatzstoffe Graphit oder Metalloxide, insbesondere als Pulver, verwendet, welche dem Folienwerkstoff und/oder dem Klebstoff entsprechend beigemischt werden.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Temperatur der Membran und/oder des Rahmenelements und/oder der Klebstoffschicht an der Schweißposition mittels eines Pyrometers erfasst und in Abhängigkeit der erfassten Temperatur wird eine Leistung des Laserstrahls gesteuert und/oder geregelt. Dadurch wird sichergestellt, dass eine optimierte, insbesondere fluiddichte Verbindung ohne Fehlstellen zwischen dem Rahmenelement und der Membran erzeugt werden, woraus eine weitere Verbesserung des Betriebs der Brennstoffzelle resultiert.
  • Zur Erzeugung der Undurchlässigkeit der Membran wird vorzugsweise eine Wellenlänge des Laserstrahls von 10640 nm eingestellt, wobei zu diesem Zweck insbesondere ein Kohlendioxidlaser verwendet wird. Eine derartige Wellenlänge eignet sich besonders zu dieser Anwendung, da die Membran für diese Wellen undurchlässig, auch nicht-tranmissiv genannt, ist. Weiterhin zeichnet sich der Kohlendioxidlaser durch seine Effizienz und geringe Anschaffungs- und Betriebskosten aus, so dass zum einen eine kurze Herstellungszeit möglich ist und zum anderen die Herstellungskosten verringert werden.
  • Bei der Verwendung von Material mit der Beimischung von Graphit wird vorzugsweise eine Wellenlänge des Laserstrahls im Bereich von 600 nm bis 1000 nm eingestellt, da in diesem Wellenbereich ein besonders effizienter Wärmeeintrag in das mit Graphit versetzte Material möglich ist und somit eine optimierte Verbindung zwischen der Membran und dem Rahmenelement in sehr kurzer Zeit erzeugt werden kann. Während der Verschweißung ist die Membran durch das Graphit, welches dem Laser zugewandt ist, vor einer direkten Absorption der Laserstrahlung und somit vor einem Überhitzen, Entzünden und Verbrennen geschützt. Das Graphit weist dabei insbesondere einen Promilleanteil in dem Material, aus welchem der Rahmen und/oder die Klebeschicht gebildet sind, auf. Graphit zeichnet sich durch eine besonders gute Verträglichkeit aus, so dass keine Beeinträchtigungen des Betriebs der Membrananordnung und daraus folgend der Brennstoffzelle aus der Verwendung von Graphit resultieren.
  • Die erfindungsgemäße Brennstoffzelle umfasst eine Membrananordnung, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die erfindungsgemäße Brennstoffzelle zeichnet sich aufgrund der Herstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch einen zuverlässigenBetrieb mit hohem Wirkungsgrad und großer Lebensdauer aus.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Membrananordnung während einer Verschweißung einer Membran mit einem Rahmenelement,
  • 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Membrananordnung während einer Verschweißung einer Membran mit einem Rahmenelement,
  • 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Membrananordnung während einer Verschweißung einer Membran mit einem Rahmenelement,
  • 4 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Membrananordnung während einer Verschweißung einer Membran mit einem Rahmenelement,
  • 5 schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Membrananordnung während einer Verschweißung einer Membran mit einem Rahmenelement und
  • 6 schematisch einen Regelkreis zur Regelung einer Leistung eines Laserstrahls.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Membrananordnung 1 für eine nicht dargestellte Brennstoffzelle während einer Verschweißung einer Membran 2 mit einem Rahmenelement 3 dargestellt. Die Membranordnung 1 ist eine Membran-Elektroden-Anordnung und umfasst die Membran 2, welche als Elektrolytmembran ausgebildet ist, sowie das Rahmenelement 3, welches zur Abdichtung der Membran gegenüber Bipolarplatten, d. h. zu einer Abdichtung zwischen der Wasserstoffseite und der Sauerstoffseite innerhalb der Brennstoffzelle vorgesehen ist.
  • Das Rahmenelement 3 ist jeweils eine Kunststofffolie, insbesondere Thermoplastfolie, und wird aus einer ersten Folie, dem Teilelement 3.1, und einer zweiten Folie, dem Teilelement 3.2, gebildet, wobei jeweils das erste Teilelement 3.1 mit einer Oberseite der Membran 2 und das zweite Teilelement 3.2 mit einer Unterseite der Membran 2 verbunden wird.
  • Zur dichten, insbesondere fluiddichten Verbindung des Rahmenelements 3 mit der Membran 2 werden die Teilelemente 3.1, 3.2 und die Membran 2 in einem Laserschweißprozess miteinander verschweißt.
  • Hierzu werden im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei sich gegenüberliegende Laserstrahlen L1, L2 mittels Laserquellen 4, 5 erzeugt, mittels welchen derart Energie in die Teilelemente 3.1, 3.2 eingebracht wird, dass diese mit der Membran 2 verschweißt werden. Hierzu ist das Rahmenelement 3, d. h. das Teilelement 3.1 und das Teilelement 3.2, aus einer Rahmenfolie gebildet, welche besonders einfach mittels der Laserstrahlen L1, L2 aufgeschmolzen werden kann.
  • Um ein Überhitzen, Entzünden und Verbrennen der Membran 2 und eine daraus folgende Beschädigung oder Zerstörung derselben zu vermeiden, wird ein Wärmeeintrag der Laserstrahlen L1, L2 in die Membran 2 vermieden oder zumindest reduziert. Hierzu werden die Laserstrahlen L1, L2 im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines nicht dargestellten Kohlendioxidlasers mit einer Wellenlänge der Laserstrahlen L1, L2 von ungefähr 10600 nm, insbesondere 10640 nm, erzeugt. Für Laserstrahlen L1, L2 mit dieser Wellenlänge ist die Membran 2 undurchlässig bzw. nicht-transmissiv. Somit wird eine Absorption der Energie der Laserstrahlen L1, L2 innerhalb der Membran 2 vermieden.
  • Durch eine Absorption der Energie der Laserstrahlen L1, L2 an der Oberfläche der Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 werden die Teilelemente 3.1, 3.2 direkt auf die jeweilige Oberfläche der Membran 2 geschweißt, wobei die Verschweißung mittels der Laserstrahlen L1, L2 gleichzeitig oder nacheinander erfolgt.
  • Während des Laserschweißprozesses wird an Schweißpositionen POS1, POS2, d. h. an Positionen, an welchen die Laserstrahlen L1, L2 jeweils auf die Teilelemente 3.1, 3.2 auftreffen, eine Temperatur T1, T2 mittels jeweils eines Pyrometers 6, 7 erfasst. Wie in 6 näher dargestellt, wird in Abhängigkeit der erfassten Temperatur T1, T2 eine in 6 dargestellte Leistung P1, P2 der Laserquellen 4, 5 derart geregelt, dass stets optimale Temperaturen T1, T2 an den Schweißpositionen POS1, POS2 herrschen, welche ein sicheres Verschweißen ermöglichen und gleichzeitig einen zu hohen Wärmeeintrag in die Membran 2 und somit eine Beschädigung dieser vermeiden.
  • In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verschweißung mittels eines Laserstrahls L1 oder L2 einseitig erzeugt, wobei der Laserstrahl L1 oder L2 hierzu durch die Membran 2 hindurchgeführt wird und ausschließlich die Teilelemente 3.1, 3.2 aufschmilzt.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Membrananordnung 1 während einer Verschweißung der Membran 2 mit dem Rahmenelement 3. Zusätzlich zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weisen die Folien der Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 jeweils an einer der Membran 2 zugewandten Seite eine Klebstoffschicht 8, 9 auf.
  • Während des Laserschweißprozesses mittels der Laserstrahlen L1, L2 mit einer Wellenlänge von insbesondere 10640 nm werden im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ausschließlich die Klebstoffschichten 8, 9 in einem Schmelzbereich B aufgeschmolzen. Hierzu sind die Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 und die Membran 2 aus einem Material gebildet, welches Laserstrahlung dieser Wellenlänge nicht absorbiert. Die Klebstoffschichten 8, 9 sind dagegen aus einem Material gebildet, welches Laserstrahlung dieser Wellenlänge absorbiert, so dass es zu einem Wärmefluss durch die Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 kommt und diese im Schmelzbereich B mittels der Klebstoffschichten 8, 9 mit der Membran 2 verschweißt werden.
  • Zur Regelung der Leistung P1, P2 der Laserquellen 4, 5 werden die Temperaturen T1, T2 mittels der Pyrometer 6, 7 im Schmelzbereich B an den Klebstoffschichten 8, 9 erfasst.
  • In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verschweißung mittels eines Laserstrahls L1 oder L2 einseitig erzeugt, wobei der Laserstrahl L1 oder L2 hierzu durch die Membran 2 hindurchgeführt wird und ausschließlich die Klebeschichten 8, 9 aufschmilzt.
  • In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Membrananordnung 1 während der Verschweißung der Membran 2 mit dem Rahmenelement 3 dargestellt.
  • Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die Folien der Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 aus einem Material gebildet, welchem Graphit G beigemengt ist.
  • Zur Verschweißung der Teilelemente 3.1, 3.2 mit der Membran 2 wird die Wellenlänge der Laserstrahlen L1, L2 im Bereich von 600 nm bis 1000 nm eingestellt. Während des Laserschweißprozesses ist die Membran 2 durch das Graphit G vor einer direkten Absorption der Laserstrahlen L1, L2 und somit vor einem Überhitzen, Entzünden und Verbrennen geschützt.
  • Durch die Absorption der Energie der Laserstrahlen L1, L2 an der Oberfläche der Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 werden die Teilelemente 3.1, 3.2 direkt auf die jeweilige Oberfläche der Membran 2 geschweißt, wobei die Verschweißung mittels der Laserstrahlen L1, L2 wiederum gleichzeitig oder nacheinander erfolgt. Die Verschweißung erfolgt weiterhin von beiden Seiten.
  • 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Membrananordnung 1 während der Verschweißung der Membran 2 mit dem Rahmenelement 3, wobei zusätzlich zu dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel die Folien der Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 jeweils an der der Membran 2 zugewandten Seite die Klebstoffschicht 8, 9 aufweisen.
  • Während des Laserschweißprozesses mittels der Laserstrahlen L1, L2 mit einer Wellenlänge im Bereich von 600 nm bis 1000 nm werden im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel ausschließlich die Klebstoffschichten 8, 9 im Schmelzbereich B aufgrund eines Wärmeflusses durch die Teilelemente 3.1, 3.2 aufgeschmolzen, wobei eine Absorption der Laserstrahlen L1, L2 durch die Membran wiederum durch das Graphit G vermieden wird.
  • 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Membrananordnung 1 während der Verschweißung der Membran 2 mit dem Rahmenelement 3. Die Folien der Rahmenelemente 3.1, 3.2 weisen an ihrer zur Membran 2 gerichteten Seite jeweils eine Klebstoffschicht 8, 9 auf. Die Klebstoffschicht 8, 9 ist aus einem Material gebildet, welchem Graphit G beigemengt ist.
  • Während des Laserschweißprozesses werden die Klebstoffschichten 8, 9 durch Absorption der Laserstrahlen L1, L2 im Schmelzbereich B aufgeschmolzen, so dass die Teilelemente 3.1, 3.2 des Rahmenelements 3 mittels der Klebeschichten 8, 9 mit der Membran 2 verschweißt werden. Durch das in die Klebeschichten 8, 9 eingebrachte Graphit G ist die Membran 2 vor einer direkten Absorption der Laserstrahlen L1, L2 und somit vor einem Überhitzen, Entzünden und Verbrennen während des Laserschweißprozesses geschützt.
  • Die Teilelemente 3.1, 3.2 sind aus einem Material gebildet, welche die Laserstrahlen L1, L2 nicht absorbiert, so dass ein Wärmefluss durch die Teilelemente 3.1, 3.2 zu den Klebstoffschichten 8, 9 erfolgen kann.
  • In 6 ist schematisch einen Regelkreis R zur Regelung der Leistung P1, P2 der Laserquellen 4, 5 und somit der Laserstrahlen L1, L2 dargestellt.
  • Mittels der Pyrometer 6, 7 werden die Temperaturen T1, T2 am Rahmenelement 3 und/oder an den Klebeschichten 8, 9 erfasst und anhand von Spannungssignalen S1, S2 an einen Regler 10 übermittelt. Anhand von mittels des Reglers 10 erzeugten Regelsignalen S3, S4 wird die Leistung P1, P2 der Laserquellen 4, 5 derart gesteuert, dass stets optimale Temperaturen T1, T2 an den Schweißpositionen POS1, POS2 herrschen, welche ein sicheres Verschweißen ermöglichen und gleichzeitig einen zu hohen Wärmeeintrag in die Membran 2 und somit eine Beschädigung dieser vermeiden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Membrananordnung
    2
    Membran
    3
    Rahmenelement
    3.1
    erstes Teilelement
    3.2
    zweites Teilelement
    4
    Laserquelle
    5
    Laserquelle
    6
    Pyrometer
    7
    Pyrometer
    8
    Klebstoffschicht
    9
    Klebstoffschicht
    10
    Regler
    B
    Schmelzbereich
    G
    Graphit
    L1
    Laserstrahl
    L2
    Laserstrahl
    P1
    Leistung
    P2
    Leistung
    POS1
    Schweißposition
    POS2
    Schweißposition
    R
    Regelkreis
    S1
    Spannungssignal
    S2
    Spannungssignal
    S3
    Regelsignal
    S4
    Regelsignal
    T1
    Temperatur
    T2
    Temperatur
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10306235 B4 [0003]
    • DE 10261482 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Membrananordnung (1) für eine Brennstoffzelle, bei dem zumindest eine Membran (2) mit zumindest einem Rahmenelement (3) in einem Laserschweißprozess verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rahmenelement (3) aus einem Folienwerkstoff gebildet wird, so dass die Membrananordnung (1) als ein Folienverbund gebildet wird, wobei die Membran (2) durch den Folienverbund der Membrananordnung (1) vor thermischer Beschädigung infolge des Laserschweißprozesses geschützt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienwerkstoff eines Rahmenelements (3) ein Kunststoff, insbesondere eine Thermoplast, ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rahmenelement (3) und der Membran (2) eine Klebstoffschicht (8, 9) angeordnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Folienwerkstoff eines Rahmenelements (3) und/oder der Klebstoffschicht (8, 9) Graphit (G) beigemengt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur (T1, T2) der Membran (2) und/oder des Rahmenelements (3) und/oder der Klebstoffschicht (8, 9) an einer Schweißposition (POS1, POS2) mittels eines Pyrometers (6, 7) erfasst wird und in Abhängigkeit der erfassten Temperatur (T1, T2) eine Leistung (P1, P2) eines Laserstrahls (L1, L2) gesteuert und/oder geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Nichtdurchdringung des Laserstrahls (L1, L2) durch die Membran (2) eine Wellenlänge des Laserstrahls (L1, L2) von 10640 nm eingestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von Material mit der Beimischung von Graphit (G) eine Wellenlänge des Laserstrahls (L1, L2) im Bereich von 600 nm bis 1000 nm eingestellt wird.
  8. Brennstoffzelle, umfassend eine Membrananordnung (1), hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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