DE102013204915A1

DE102013204915A1 - Brennstoffzelle mit in Membran-Elektroden-Einheit eingeschlagener Bipolarplatte sowie Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102013204915A1
Application number: DE102013204915.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Buchenberger; Benno Andreas-Schott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle (2) sowie eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren (30) zum Herstellen einer Brennstoffzelle (2). Um Bipolarplatten (3) der Brennstoffzelle (2) bei deren Herstellung einfacher mit Bezug auf eine Membran-Elektroden-Einheit (4) positionieren zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Membran-Elektroden-Einheiten (4) so gefaltet wird, dass sie sich zumindest abschnittsweise über unterschiedliche Flachseiten (21, 22) der Bipolarplatten (3) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einer flächigen Membran-Elektroden-Einheit, aufweisend eine flächige Membran und zwei flächige Elektrodenschichten, zwischen denen die Membran angeordnet ist, und mit einer Mehrzahl von Bipolarplatten zur Zuführung von Betriebsmedien an die Elektrodenschichten, wobei die Membran-Elektroden-Einheit zwischen jeweils zwei Bipolarplatten angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle, bei dem eine Membran-Elektroden-Einheit zwischen zwei Bipolarplatten angeordnet wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Brennstoffzelle, mit einer Haltereinrichtung für eine Membran-Elektroden-Einheit und für eine Bipolarplatte.
Brennstoffzellen und Verfahren sowie Vorrichtungen zum Herstellen von Brennstoffzellen sind allgemein bekannt. Eine Vielzahl von Membran-Elektroden-Einheiten und Bipolarplatten werden zum Herstellen der Brennstoffzelle abwechselnd hinter- beziehungsweise übereinander angeordnet, um so einen Brennstoffzellenstapel zu erzeugen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Membran-Elektroden-Einheit exakt zueinander und zu den Bipolarplatten zu positionieren ist. Durch die geforderte Genauigkeit der Positionierung ist der Aufwand zur Herstellung der Brennstoffzelle erhöht, wodurch die Herstellkosten der Brennstoffzelle steigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzelle sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Brennstoffzelle bereitzustellen, wobei die Brennstoffzelle einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Für die eingangs genannte Brennstoffzelle wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Membran-Elektroden-Einheit bahnförmig ausgebildet und zumindest eine der Bipolarplatten zwischen zwei Abschnitten der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet ist. Für das eingangs genannte Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwei Abschnitte der Membran-Elektroden-Einheit auf unterschiedlichen Seiten einer der Bipolarplatten angeordnet werden.
Die Aufgabe wird für die eingangs genannte Vorrichtung durch eine Falteinrichtung gelöst, die ausgebildet ist, zwei Abschnitte der Membran-Elektroden-Einheit aufeinander zu zufalten.
Durch diese einfachen Maßnahmen können die Abschnitte der Membran-Elektroden-Einheit zueinander sowie zur Bipolarplatte ohne weiteres genau positioniert werden, da die Membran-Elektroden-Einheit einfach um die Bipolarplatte herumgeklappt werden kann und hierdurch insbesondere relativ zur Bipolarplatte genau angeordnet wird.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mitdiesen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen, wobei die konstruktiven Maßnahmen und deren Wirkungen lediglich beispielhaft nur für eine Brennstoffzelle mit maximal zwei Bipolarplatten beschrieben sind. Selbstverständlich kann die Brennstoffzelle eine Vielzahl von Bipolarplatten aufweisen, von denen ausgewählte oder alle Bipolarplatten jeweils zwischen zwei Abschnitten der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sein können. Beispielsweise kann die Brennstoffzelle 100, 200, 300, 400 oder mehr Bipolarplatten aufweisen.
So kann die Membran-Elektroden-Einheit eine erste Flachseite und eine zweite Flachseite aufweisen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Zumindest eine erste der Bipolarplatten kann beidseitig von der ersten Flachseite und zumindest eine zweite der Bipolarplatten kann beidseitig von der zweiten Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit eingeschlagen sein. Dadurch, dass die beiden Bipolarplatten an unterschiedlichen Flachseiten der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sind, sind die Bipolarplatten durch die Membran-Elektroden-Einheit voneinander getrennt, so dass eine weitergehende Trennung oder Isolierung der Bipolarplatten voneinander nicht notwendig oder vergleichsweise einfach zu realisieren ist.
Die beiden Abschnitte der Membran-Elektroden-Einheit können auf derselben Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sein, so dass sich die Membran-Elektroden-Einheit mit dieser Flachseite zumindest teilweise über unterschiedliche und insbesondere voneinander wegweisende Flachseiten der Bipolarplatte erstrecken kann. Beispielsweise kann die Bipolarplatte in die Membran-Elektroden-Einheit eingeschlagen sein. Durch ein Einschlagen der Bipolarplatte in die Membran-Elektroden-Einheit kann diese einfach um die Bipolarplatte herum angeordnet werden.
Die beiden Abschnitte der Membran-Elektroden-Einheit können eine Aufnahmeöffnung für eine der Bipolarplatten seitlich begrenzen. Die Aufnahmeöffnung kann dabei schlitz- oder kanalförmig und mit einem V- oder U-förmigen Querschnitt ausgestaltet sein, so dass die Bipolarplatte einfach in die durch die Membran-Elektroden-Einheit ausgeformte Aufnahmeöffnung eingesetzt werden kann. Insbesondere kann sich die Aufnahmeöffnung in einer Öffnungsrichtung öffnen und die Bipolarplatte kann in einer entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung weisenden Einsetzrichtung in die Aufnahmeöffnung eingesetzt werden.
Um die Aufnahmeöffnung ausbilden zu können, kann die Membran-Elektroden-Einheit einen Falt- oder Knickbereich aufweisen, der sich quer zu einer Längsrichtung der Membran-Elektroden-Einheit erstreckt. Am Knickbereich grenzen die beiden Abschnitte aneinander an. Der Knickbereich bildet einen Grund der Aufnahmeöffnung, an den die Bipolarplatte vorzugsweise anliegt. Der Grund verschließt die Aufnahmeöffnung in der Einsetzrichtung zumindest teilweise, sodass der Grund als ein Anschlag für die Bipolarplatte dienen kann. Der Anschlag kann die Position der Bipolarplatte relativ zu den beiden Abschnitten vorgeben. Der Knickbereich ist vorzugsweise außerhalb eines Überlappungsbereichs der Bipolarplatten angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran-Elektroden-Einheit zickzackförmig und mehrere Aufnahmeöffnungen ausbildend ausgeformt ist. Bei einer zickzackförmigen oder mäandernden Membran-Elektroden-Einheit öffnen sich die Aufnahmeöffnungen abwechselnd in unterschiedliche und insbesondere in entgegengesetzte Richtungen, so dass benachbart zueinander angeordnete Bipolarplatten in unterschiedlichen Richtungen von der Membran-Elektroden-Einheit umgriffen sind. Insbesondere umgreift die Membran-Elektroden-Einheit benachbart zueinander angeordnete Bipolarplatten aneinander gegenüberliegenden Seiten, so dass alle Bipolarplatten, die an der ersten Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sind, von Bipolarplatten, die an der zweiten Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sind, getrennt sind.
Die Membran kann sich zwischen mehreren Paaren von Bipolarplatten erstrecken. Alternativ kann die Membran-Elektroden-Einheit mehrere Membranen aufweisen, von denen jeweils eine zwischen zwei zueinander benachbarten Bipolarplatten angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die beiden Abschnitte der Membran-Elektroden-Einheit aufeinander zugefaltet werden, um eine Aufnahmeöffnung für eine der Bipolarplatten auszuformen.
Um mehrere Bipolarplatten relativ zur Membran-Elektroden-Einheit positionieren zu können, wird die Membran-Elektroden-Einheit vorzugsweise zickzackförmig und mehrere sich wechselseitig öffnende Aufnahmeöffnungen für jeweils eine der Bipolarplatten ausformend gefaltet. Dadurch, dass die bandförmige Membran-Elektroden-Einheit zickzackförmig beziehungsweise mäandernd gefaltet wird, ist eine Vielzahl von Aufnahmeöffnungen in kurzer Zeit herstellbar.
Zur genauen Positionierung der Bipolarplatten relativ zur Membran-Elektroden-Einheit kann die Bipolarplatte soweit in die Aufnahmeöffnung eingesetzt werden, bis sie an einem Grund der Aufnahmeöffnung anliegt. Der Grund kann einfach durch einen sich bei der Faltung der Membran-Elektroden-Einheit ausbildenden Falt- oder Knickberiech der Membran-Elektroden-Einheit ausgeformt werden. Beispielsweise kann sich die Aufnahmeöffnung entgegen der Schwerkraft öffnen und die Bipolarplatte einfach in die Aufnahmeöffnung gestellt werden.
Damit die Membran-Elektroden-Einheit einfach an vorbestimmten Positionen gefaltet werden kann, kann zwischen den beiden an den Flachseiten der Bipolarplatte anliegenden Abschnitten der Membran-Elektroden-Einheit ein Sollknickbereich ausgebildet werden. Der Sollknickbereich gibt vorzugsweise eine Lage des später ausgeformten Knickbereichs vor und kann sich quer zu einer Längsrichtung der Membran-Elektroden-Einheit erstrecken. Der Sollknickbereich ist vorzugsweise als eine linienförmige Strukturschwächung der Membran-Elektroden-Einheit ausgebildet. Beispielsweise wird der Sollknickbereich durch einen Falz oder eine Perforation in die Membran-Elektroden-Einheit eingebracht.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Flussdiagramm.
Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Herstellung einer Brennstoffzelle 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Brennstoffzelle 2 befindet sich im Ausführungsbeispiel der 1 noch in einem unvollständigen Montagezustand, in dem lediglich einige Bipolarplatten 3 wenigstens abschnittsweise von einer Membran-Elektroden-Einheit 4 eingefasst sind.
Die Membran-Elektroden-Einheit 4 ist der Vorrichtung 1 als ein Endlosband, beispielsweise zu einer Rolle 5 aufgerollt, zugeführt. Zur Fertigung der Brennstoffzelle 2 wird die Membran-Elektroden-Einheit 4 entlang ihrer Längsrichtung L von der Rolle 5 abgerollt. Die Membran-Elektroden-Einheit 4 ist mit einer Membran 6 ausgebildet, die zwischen zwei Elektrodenschichten 7, 8 angeordnet ist. Die Membran 6 ist von einem Membranträger 9 gehalten, wobei die Membran 6, die Elektrodenschichten 7, 8 und der Membranträger 9 gemeinsam auf der Rolle 5 aufgerollt bereitgestellt sind.
Aktivbereiche 10 der Membran-Elektroden-Einheit 4 sind mit der Membran 6 und womöglich auch mit den Elektrodenschichten 7, 8 versehen. In den Aktivbereichen 10 kann der Membranträger 9 Öffnungen aufweisen, durch die die Membran 6 beziehungsweise die auf die Membran 6 aufgebrachten Elektrodenschichten 7, 8 zugänglich sind. Zwischen den Aktivbereichen 10 sind inaktive Randbereiche angeordnet, in denen ist weder die Membran 6 noch eine der Elektrodenschichten 7, 8 von außerhalb des Membranträgers 9 zugänglich. Die Membran 6 kann sich von einem der Aktivbereiche 10 zu einem andren der Aktivbereiche 10 erstrecken. Alternativ kann die Membran-Elektroden-Einheit 4 mehrere Membranen 6 aufweisen, die jeweils einen der Aktivbereiche 10 überlappen, voneinander jedoch beabstandet sind.
Jeweils einer der Aktivbereiche 10 und der diesen Aktivbereich 10 umgebende inaktive Randbereich bilden ein Stapelelement 11 aus, wobei Stapelelemente 11 und Bipolarplatten 3 bei der Montage der Brennstoffzelle 2 in einer Stapelrichtung S abwechselnd hintereinander angeordnet werden.
Auf der Rolle 5 ist die Membran-Elektroden-Einheit 4 als ein quasi-endloses Band aufgerollt. Bei der Fertigung der Brennstoffzelle 2 wird die Membran-Elektroden-Einheit 4 zunächst von der Rolle 5 abgerollt. Damit die Membran-Elektroden-Einheit 4 im Folgenden einfach und passgenau gefaltet werden kann, wird vorzugsweise nach dem Abrollen die Membran-Elektroden-Einheit 4 mit Sollknickbereichen 12 versehen, die bei einem späteren Faltvorgang Positionen für Knickbereiche 13 der Membran-Elektroden-Einheit 4 vorgeben. Im Sollknickbereich 12 ist die Struktur der Membran-Elektroden-Einheit 4 und beispielsweise des Membranträgers 9 im Vergleich zur Umgebung des Sollknickbereichs 12 geschwächt, so dass die Membran-Elektroden-Einheit 4 beim späteren Falten im Bereich des Sollknickbereichs 12 knickt oder faltet und den Knickbereich 13 ausbildet. Der Sollknickbereich 12 erstreckt sich in einer quer zur Längsrichtung L erstreckenden Breitenrichtung B der Membran-Elektroden-Einheit 4. Vorzugsweise erstreckt sich der Sollknickbereich 12 in der Breitenrichtung B vollständig durch die Membran-Elektroden-Einheit 4.
Beispielsweise ist der Sollknickbereich 12 als ein Falz oder als eine Perforierung ausgebildet. Um den Sollknickbereich 12 auszuformen, weist die Vorrichtung 1 beispielsweise eine Strukturschwächungseinheit 14 auf, die im Ausführungsbeispiel der 1 als eine Perforierungseinrichtung ausgebildet ist.
Vor oder nach dem Ausbilden des Sollknickbereichs 5 kann der Membran-Elektroden-Einheit 4 beidseitig jeweils eine Gasdiffusionslage 15 zugeführt werden, die den Aktivbereich 10 überlagernd an der Membran-Elektroden-Einheit 4 befestigt und mit dieser beispielsweise verklebt wird.
Im Folgenden werden der Membran-Elektroden-Einheit 4 beidseitig Bipolarplatten 3 zugeführt, wobei je eine der Bipolarplatten 3 auf einer ersten Flachseite 16 und eine andere der Bipolarplatten 3 auf eine zweite Flachseite 17 der Membran-Elektroden-Einheit 4 angeordnet wird. Die erste Flachseite 16 ist dabei von der zweiten Flachseite 17 weg weisend angeordnet. Die Bipolarplatten 3 werden abwechselnd auf den Flachseiten 16, 17 angeordnet und überdecken jeweils einen der Aktivbereiche 10 einseitig.
Aufeinander folgende Stapelelemente 11 sind also nur auf einer und insbesondere auf unterschiedlichen Flachseiten 16, 17 jeweils mit einer Bipolarplatte 3 versehen, so dass eine der Bipolarplatten 3 beispielsweise auf der ersten Flachseite 16 eines ersten Stapelelementes 11 und eine andere der Bipolarplatten 3 auf der zweiten Flachseite 17 eines folgenden Stapelelementes 11 angeordnet ist. Auch die Bipolarplatten 3 sind vorzugsweise an der Membran-Elektroden-Einheit 4 befestigt und beispielsweise mit dieser verklebt.
Nachdem die Bipolarplatten 3 an der Membran-Elektroden-Einheit 4 befestigt wurden, werden die Stapelelemente 11 zu einem Brennstoffzellenstapel 18 gefaltet, wobei die Stapelelemente 11 vorzugsweise zickzackförmig beziehungsweise mäandernd gefaltet werden. Bei einer zickzackförmigen Faltung wird ein erstes der Stapelelemente 11 zunächst beispielsweise nach rechts gefaltet. Das folgende Stapelelement 11 wird zum Beispiel nach links gefaltet. Auch die folgenden Stapelelemente 11 werden wechselnd nach rechts und links gefaltet, so dass eine der Bipolarplatten 3 in einer Stapelrichtung S zwischen zwei Stapelelementen 11 angeordnet ist.
Insbesondere ist zumindest eine der Bipolarplatten 3 zwischen zwei Abschnitten 19, 20 der ersten Flachseite 16 angeordnet. Die Abschnitte 19, 20 können die Bipolarplatte 3 dabei beidseitig umgreifen, so dass Flachseiten 21, 22 der Bipolarplatte 3 an den Abschnitten 19, 20 anliegen. Abschnitte 23, 24 der zweiten Flachseite 17 umschließen wenigstens eine weitere der Bipolarplatten 3, so dass jede zweite der Bipolarplatten 3 von Abschnitten 19, 20 der ersten Flachseite 16 und die anderen Bipolarplatten 3 von den Abschnitten 23, 24 der zweiten Flachseite 17 der Membran-Elektroden-Einheit 4 umgriffen sind.
Dadurch, dass die Membran-Elektroden-Einheit 4 gefaltet wird, brauchen die einzelnen Stapelelemente 11 nicht mehr separat zueinander beziehungsweise zu den Bipolarplatten 3 genau ausgerichtet werden.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet sind. Im Folgenden ist der Kürze halber lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die Gasdiffusionslagen 15 zusammen mit der Membran 6, den Elektrodenschichten 7 und dem Membranträger 9 auf der Rolle 5 aufgerollt bereitgestellt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 werden die Bipolarplatten 3 im Ausführungsbeispiel der 2 nicht vor dem Falten an der Membran-Elektroden-Einheit 4 befestigt. Vielmehr werden die Bipolarplatten 3 in durch die geknickte oder gefaltete Membran-Elektroden-Einheit 4 gebildete Aufnahmeöffnungen 25, 26 eingesetzt. Entlang der Stapelrichtung S aufeinander folgende Aufnahmeöffnungen 25, 26 öffnen sich in entgegengesetzte Richtungen quer zur Stapelrichtung S. Die Bipolarplatten 3 sind folglich einfach in entgegen den Öffnungsrichtungen der Aufnahmeöffnungen 25, 26 weisenden Einsetzrichtungen E1, E2 in die Aufnahmeöffnungen 25, 26 einsetzbar.
Die Aufnahmeöffnungen 25, 26 weisen zumindest zunächst einen V-förmigen Querschnitt auf und bilden eine trichterförmige Tasche beziehungsweise einen trichterförmigen Kanal. Die Bipolarplatten 3 sind aufgrund der Trichterform einfach in die Aufnahmeöffnungen 25, 26 einsetzbar.
Seitlich, also in und entgegen der Stapelrichtung S, sind die Aufnahmeöffnungen 25, 26 durch die Membran-Elektroden-Einheit 4 und insbesondere durch die Abschnitte 19, 20 der ersten Flachseite 16 und die Abschnitte 23, 24 der zweiten Flachseite 17 der Membran-Elektroden-Einheit 4 begrenzt. In den Einsetzrichtungen E1, E2 bildet der Knickbereich 13 der Membran-Elektroden-Einheit 4 einen Grund der Aufnahmeöffnungen 25, 26 aus, der als ein Anschlag für die Bipolarplatten 3 dienen kann. Der Knickbereich 13 ist in der Stapelrichtung S außerhalb eines Überlappungsbereichs der Bipolarplatten 3 und der Membran-Elektroden-Einheit 4 angeordnet und verschließt die Aufnahmeöffnungen 25, 26 in der jeweiligen Einsetzrichtung E1, E2.
Nachdem die Bipolarplatten 3 jeweils in eine der Aufnahmeöffnungen 25, 26 eingesetzt wurde, können die Abschnitte 19, 20 beziehungsweise 23, 24 weiter aufeinander zu geklappt werden, bis sie die Bipolarplatte 3 beidseitig kontaktieren. Spätestens wenn die Abschnitte 19, 20 beziehungsweise 23, 24 die Bipolarplatte 3, kann die jeweilige Aufnahmeöffnung 25, 26 einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Zumindest einer der Abschnitte 19, 20 beziehungsweise 23, 24 kann an der Bipolarplatte 3 befestigt und zum Beispiel mit dieser verklebt werden.
In der Stapelrichtung S aufeinander folgende Aufnahmeöffnungen 25, 26 öffnen sich in unterschiedliche und insbesondere in entgegengesetzte Richtungen. Der Knickbereich 13 verschließt die aufeinanderfolgenden Aufnahmeöffnungen 25, 26 dementsprechend in anderen, den Öffnungsrichtungen der Aufnahmeöffnungen 25, 26 entgegengesetzten Richtungen.
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist besonders vorteilhaft, dass nicht nur einzelne Stapelelemente 11 nicht mehr genau manuell zueinander angeordnet werden müssen. Vielmehr reicht es auch aus, die Bipolarplatten 3 einfach so weit in die Aufnahmeöffnungen 25, 26 einzusetzen, bis sie am Knickbereich 13 anliegen und hierdurch zumindest parallel zur Einsetzrichtung E1, E2 genau positioniert sind.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele der 1 und 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen sind. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zu den bisherigen Ausführungsbeispielen eingegangen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 weist die Membran-Elektroden-Einheit 4 neben der Membran 6 lediglich den Membranträger 9 auf. Die Membran-Elektroden-Einheit 4 wird nach dem Abrollen von der Rolle 5 mit dem Sollknickbereich 12 versehen und danach wie auch in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 zickzackförmig, mäandernd oder ziehharmonika-artig gefaltet. Die Aufnahmeöffnungen 25, 26 des Ausführungsbeispiels der 3 öffnen sich entgegen der Schwerkraft, so dass die Bipolarplatten 3 einfach mit Hilfe der Schwerkraft in jeweils eine der Taschen 25, 26 eingesetzt und beispielsweise gestellt werden können. Die Einsetzrichtung E1 weist entlang der Schwerkraftrichtung. Durch die Schwerkraft ist ein ungewolltes Verrutschen der Bipolarplatten 3 zumindest entgegen der Einsetzrichtung E1 bei einer weiteren Verarbeitung der Brennstoffzelle 2 zumindest erschwert.
Im Ausführungsbeispiel der 3 sind die Elektrodenschichten 7, 8 und die Gasdiffusionslagen 15 an den Bipolarplatten 3 angebracht und werden gemeinsam mit den Bipolarplatten 3 in die Aufnahmeöffnungen 25, 26 eingesetzt.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 3 sind unterschiedliche Membran-Elektroden-Einheiten 4 zur Rolle 5 aufgerollt. Die Membran-Elektroden-Einheiten 4 weisen alle zumindest die Membran 6 und den die Membran 6 haltenden Membranträger 9 auf. Weitere Elemente und insbesondere Elektrodenschichten 7, 8 und Gasdiffusionslagen 15 sind unterschiedlich bereitgestellt. Selbstverständlich kann die Membran-Elektroden-Einheit 4 des Ausführungsbeispiels der 1 auch gemäß den Ausführungsbeispielen der 2 oder 3 zum Brennstoffzellenstapel 18 gefaltet werden. Auch die Membran-Elektroden-Einheit 4 des Ausführungsbeispiels der 2 kann gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 und 3 zum Brennstoffzellenstapel 18 gefaltet werden. Ebenso kann die Membran-Elektroden-Einheit 4 des Ausführungsbeispiels der 3 gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 zum Brennstoffzellenstapel 18 gefaltet werden. Dabei können zumindest die Elektrodenschichten 7, 8 und Gasdiffusionslagen 15 sowie die Bipolarplatten 3 unabhängig von der Art der Faltung der Membran-Elektroden-Einheit 4 miteinander oder mit der Membran-Elektroden-Einheit 4 kombiniert bereitgestellt werden. Insbesondere können die Gasdiffusionslagen 15 der Membran-Elektroden-Einheiten 4 jeweils einzeln beziehungsweise paarweise oder zusammen mit der einer der Bipolarplatten 3 hinzugefügt werden. Auch der Sollknickbereich 12 kann vor oder nach dem Hinzufügen der weiteren Elemente, vorzugsweise jedoch vor dem Falten, ausgebildet werden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele der bisherigen Figuren entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet sind. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zu den bisherigen Ausführungsbeispielen eingegangen.
Das erfindungsgemäße Verfahren 30 zum Herstellen einer Brennstoffzelle 2 ist in der 4 schematisch als ein Flussdiagramm gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt 31 startet das Verfahren. In einem auf den Verfahrensschritt 31 folgenden Verfahrensschritt 32 wird die Membran-Elektroden-Einheit 4 als ein quasi Endlosband bereitgestellt und beispielsweise von der Rolle 5 abgerollt.
Im Ausführungsbeispiel der 4 folgt auf den Verfahrensschritt 32 der Verfahrensschritt 33, bei dem eine Strukturschwächung und somit der Sollknickbereich 12 in die Membran-Elektroden-Einheit 4 eingebracht wird. Der Verfahrensschritt 33 kann jedoch ohne weiteres auch vor dem Bereitstellschritt 32 und insbesondere vor dem Abrollen der Membran-Elektroden-Einheit 4 vorgenommen werden. Insbesondere kann der Verfahrensschritt 33 auch später als im dargestellten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden. Allerdings ist es besonders vorteilhaft, wenn der Verfahrensschritt 33 vor einem im Folgenden beschriebenen Faltschritt vorgenommen wird, da das Vorsehen der Strukturschwächung das Falten an vorbestimmten Bereichen der Membran-Elektroden-Einheit 4 erleichtert.
Im optionalen Verfahrensschritt 34 können beispielsweise eine oder mehrere Gasdiffusionslagen 15 und/oder Elektrodenschichten 7, 8 an der Membran-Elektroden-Einheit 4 und/oder einer der Bipolarplatten 3 vorgesehen werden.
Das Ausführungsbeispiel der 4 umfasst im Folgenden zwei alternative Zweige I und II. Im ersten alternativen Zweig I werden die Bipolarplatten 3 mit der Membran-Elektroden-Einheit 4 in einem Verfahrensschritt 35’ verbunden und beispielsweise an diesen befestigt, bevor in einem folgenden Verfahrensschritt 36’ die Membran-Elektroden-Einheit 4 zickzackförmig gefaltet wird. Im alternativen Zweig II wird die Membran-Elektroden-Einheit 4 in einem Verfahrensschritt 35’’ zunächst zumindest teilweise zickzackförmig und Aufnahmetaschen 25, 26 ausbildend gefaltet. Im folgenden Verfahrensschritt 36’’ werden die Bipolarplatten 3 jeweils in eine der Aufnahmetaschen 25, 26 eingesetzt. In einem folgenden optionalen Verfahrensschritt 37’’ wird die Faltung der Membran-Elektroden-Einheit 4 abgeschlossen und die Membran-Elektroden-Einheit 4 mit den Bipolarplatten 3 verbunden und optional an diesen befestigt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Brennstoffzelle
3: Bipolarplatte
4: Membran-Elektroden-Einheit (MEE)
5: Rolle
6: Membran
7, 8: Elektrodenschicht
9: Membranträger
10: Aktivbereich
11: Stapelelement
12: Sollknickbereich
14: Strukturschwächungseinheit
13: Knickbereich
15: Gasdiffusionslage
16: erste Flachseite
17: zweite Flachseite
18: Brennstoffzellenstapel
19, 20: Abschnitt
21, 22: Flachseite
23, 24: Abschnitt
25, 26: Aufnahmeöffnung
30: Verfahren
31: Start
32: Bereitstellen der MEE
33: Strukturschwächung einbringen
34: optionaler Schritt
35’, 36’’: Bipolarplatte mit MEE verbinden
35’’, 36‘: MEE falten
37’’: Faltung abschließen
B: Breitenrichtung
E1, E2: Einsetzrichtung
L: Längsrichtung
S: Stapelrichtung
I, II: alternativer Zweig

Claims

Brennstoffzelle (2) mit einer flächigen Membran-Elektroden-Einheit (4), aufweisend eine flächige Membran (6) und zwei flächige Elektrodenschichten (7, 8), zwischen denen die Membran (6) angeordnet ist, und mit einer Mehrzahl von Bipolarplatten (3) zur Zuführung von Betriebsmedien an die Elektrodenschichten (7, 8), wobei die Membran-Elektroden-Einheit (4) zwischen jeweils zwei Bipolarplatten (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-Elektroden-Einheit (4) bahnförmig ausgebildet und zumindest eine der Bipolarplatten (3) zwischen zwei Abschnitten (19, 20, 23, 24) der Membran-Elektroden-Einheit (4) angeordnet ist.
Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1, wobei die beiden Abschnitte (19, 20, 23, 24) der Membran-Elektroden-Einheit (4) eine Aufnahmeöffnung (25, 26) für eine der Bipolarplatten (3) seitlich begrenzen.
Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Membran-Elektroden-Einheit (4) einen Knickbereich (13) aufweist, der sich quer zu einer Längsrichtung (L) der Membran-Elektroden-Einheit (4) erstreckt.
Brennstoffzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Membran-Elektroden-Einheit (4) zickzackförmig und mehrere Aufnahmeöffnungen (25, 26) ausbildend ausgeformt ist.
Verfahren (30) zum Herstellen einer Brennstoffzelle (2), bei dem eine Membran-Elektroden-Einheit (4) zwischen zwei Bipolarplatten (3) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abschnitte (19, 20, 23, 24) der Membran-Elektroden-Einheit (4) auf unterschiedlichen Seiten (21, 22) einer der Bipolarplatten (3) angeordnet werden.
Verfahren (30) nach Anspruch 5, wobei die beiden Abschnitte (19, 20, 23, 24) der Membran-Elektroden-Einheit (4) aufeinander zu gefaltet werden (35’’, 36’, 37’’).
Verfahren (30) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Membran-Elektroden-Einheit (4) zickzackförmig und mehrere sich wechselseitig öffnende Aufnahmeöffnungen (25, 26) für jeweils eine der Bipolarplatten (3) ausformend gefaltet wird (35’’, 36’, 37’’).
Verfahren (30) nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine der Bipolarplatten (3) so weit in die Aufnahmeöffnung (25, 26) eingesetzt wird, bis sie an einem Grund der Aufnahmeöffnung (25, 26) anliegt (35’, 36’’).
Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei zwischen den beiden Abschnitten (19, 20, 23, 24) der Membran-Elektroden-Einheit (4) ein Sollknickbereich (12) ausgebildet wird (33).
Vorrichtung (1) zur Herstellung einer Brennstoffzelle (2), mit einer Halteeinrichtung für eine Membran-Elektroden-Einheit (4) und für eine Bipolarplatte (3), gekennzeichnet durch, eine Falteinrichtung, die ausgebildet ist, zwei Abschnitte (19, 20, 23, 24) der Membran-Elektroden-Einheit (4) aufeinander zu zufalten.