DE102013213399A1

DE102013213399A1 - Elektrochemischer Wandler

Info

Publication number: DE102013213399A1
Application number: DE102013213399.5A
Authority: DE
Inventors: Uwe Maier; Andreas Zimmer
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-15
Also published as: US20150017564A1

Abstract

Um einen elektrochemischen Wandler, umfassend mehrere in einer Stapelrichtung zu einem Stapel aufeinandergestapelte und innerhalb des Stapels miteinander verbundene Funktionselemente, von denen einige Randbereiche aus Flachmaterial aufweisen, von denen einige unter Bildung von Randstapeln in einer Stapelrichtung aufeinandergestapelt angeordnet und mittels einer ersten Elementeverbindung miteinander verbunden sind, und von denen weitere mittels einer zweiten Elementeverbindung miteinander verbunden sind, derart zu verbessern, dass die Beanspruchung der Elementeverbindungen möglichst gering gehalten werden kann, wird vorgeschlagen, dass eines der Funktionselemente eine Ausgleichseinheit umfasst, und dass die Ausgleichseinheit mindestens ein deformierbares Element umfasst, welches durch Deformation mindestens einen Höhenausgleich in der Stapelrichtung ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Wandler, umfassend mehrere in einer Stapelrichtung zu einem Stapel aufeinandergestapelte und innerhalb des Stapels miteinander verbundene Funktionselemente, von denen einige Randbereiche aus Flachmaterial aufweisen, von denen einige unter Bildung von Randstapeln in einer Stapelrichtung aufeinandergestapelt angeordnet und mittels einer ersten Elementeverbindung miteinander verbunden sind und von denen weitere mittels einer zweiten Elementeverbindung miteinander verbunden sind.
Derartige elektrochemische Wandler sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Bei diesen elektrochemischen Wandlern besteht das Problem, dass diese Druck- und Temperaturvariationen ausgesetzt sind, so dass die Elementeverbindungen sehr stark beansprucht sind.
Insbesondere ist es bei derartigen elektrochemischen Wandlern erforderlich, isolierende Elementeverbindungen einzusetzen, die hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität problematisch sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrochemischen Wandler der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, dass die Beanspruchung der Elementeverbindungen möglichst gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrochemischen Wandler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eines der Funktionselemente eine Ausgleichseinheit umfasst und dass die Ausgleichseinheit mindestens ein deformierbares Element umfasst, welches durch Deformation mindestens einen Höhenausgleich in der Stapelrichtung ermöglicht.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass durch eine derartige Ausgleichseinheit die auf die Elementeverbindungen wirkenden mechanischen Spannungen entweder reduziert oder ausgeglichen werden, so dass dadurch die Elementeverbindungen weniger beansprucht sind und somit in geringerem Maße während des Betriebs des elektrochemischen Wandlers Schäden an den Elementeverbindungen auftreten.
Die Ausgleichseinheit muss nicht zwingend an eine spannungsempfindliche Elementeverbindung angrenzend angeordnet sein.
Um möglichst effizient wirken zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Ausgleichseinheit einerseits mittels der ersten Elementeverbindung und andererseits mittels der zweiten Elementeverbindung mit den angrenzenden Funktionselementen verbunden ist.
Damit ist unabhängig davon, welche der Elementeverbindungen die größere Empfindlichkeit gegenüber Spannungen aufweist, die Möglichkeit gegeben, diese durch die Ausgleichseinheit zu reduzieren oder im Wesentlichen abzubauen.
Im Zusammenhang mit den bisher beschriebenen Lösungen wurde nicht näher darauf eingegangen, wie die Ausgleichseinheit ausgebildet werden soll.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, dass die Ausgleichseinheit mindestens eine Flachmateriallage als deformierbares Elemente zum Höhenausgleich umfasst.
Noch vorteilhafter ist es, wenn die Ausgleichseinheit mindestens zwei Flachmateriallagen umfasst, die in der Stapelrichtung relativ zueinander bewegbar sind.
Die mindestens zwei Flachmateriallagen können in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
Beispielsweise könnten eine der Flachmateriallagen oder beide Flachmateriallagen zu einer Sicke geformt sein.
Im einfachsten Fall sind jedoch die beiden Flachmateriallagen so ausgebildet, dass sie sich im undeformierten Zustand jeweils in einer Ebene erstrecken.
Um einen Höhenausgleich bei einer Deformation zu erreichen ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mindestens zwei Flachmateriallagen in Verbindungsbereichen miteinander verbunden und in außerhalb der Verbindungsbereiche liegenden Bewegungsbereichen relativ zueinander in der Stapelrichtung bewegbar sind.
Dabei kann die Verbindung in den Verbindungsbereichen beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine der Flachmateriallagen in die andere übergeht.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Flachmateriallagen in den Verbindungsbereichen durch eine stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Flachmateriallagen auf einer dem Randbereich abgewandten Seite der Ausgleichseinheit liegt. Dies hat den Vorteil, dass dadurch ein möglichst großer Bereich zur Verfügung steht, in welchem die Flachmateriallagen deformierbar sind.
Insbesondere ist es zur Schaffung liegender Bewegungsbereiche vorteilhaft, wenn die Verbindungsbereiche der Flachmateriallagen auf einer dem Randbereich dieses Funktionselements abgewandten Seite der Ausgleichseinheit angeordnet sind.
Hinsichtlich der Ausbildung der Bewegungsbereiche wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Bewegungsbereiche der Flachmateriallagen in einer ersten Stellung aufeinanderliegen und in mindestens einer zweiten Stellung im Abstand voneinander verlaufen, wobei unterschiedliche zweite Stellungen mit unterschiedlichen Abständen realisierbar sind, die den Ausgleich unterschiedlich starker Spannungen oder Zugbeanspruchungen erlauben.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist es ferner zweckmäßig, wenn die Bewegungsbereiche auf einer dem Randbereich zugewandten Seite der Ausgleichseinheit angeordnet sind.
Hinsichtlich der Verbindung der Ausgleichseinheit mit den übrigen Funktionselementen ist es beispielsweise günstig, wenn eine der Flachmateriallagen der Ausgleichseinheit mittels eines Randbereichs und der ersten Elementeverbindung mit dem in der Stapelrichtung angrenzenden Funktionselement verbunden ist.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn eine der Flachmateriallagen der Ausgleichseinheit mittels der zweiten Elementeverbindung mit dem in der Stapelrichtung angrenzenden Funktionselement verbunden ist.
Hinsichtlich der Elementeverbindungen wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine der Elementeverbindungen eine elektrisch isolierende Elementeverbindung ist.
Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass eine andere der Elementeverbindungen eine elektrisch leitende Elementeverbindung ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der zweiten Elementeverbindung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die zweite Elementeverbindung eine stoffschlüssige Verbindung ist.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die zweite Elementeverbindung eine Lötverbindung umfasst.
Dabei kann die Lötverbindung beispielsweise eine Glaslotverbindungsschicht umfassen, so dass die zweite Elementeverbindung als isolierende Elementeverbindung ausgebildet sein kann.
Eine andere Möglichkeit, die zweite Elementeverbindung auszubilden, ist die, dass die zweite Elementeverbindung eine Lotschicht und eine Isolationsschicht umfasst, wobei die Isolationsschicht beispielsweise eine Keramikschicht sein kann.
In diesem Fall ist die zweite Elementeverbindung ebenfalls eine isolierende Elementeverbindung.
Ferner wurden hinsichtlich der ersten Elementeverbindung ebenfalls keine weiteren Angaben gemacht.
So ist beispielsweise vorgesehen, dass die erste Elementeverbindung eine stoffschlüssige Verbindung ist.
Vorzugsweise ist dabei die stoffschlüssige Verbindung eine eine Verbindungszone umfassende Schweißverbindung.
Beispielsweise sind dabei die Randbereiche der Funktionselemente so ausgebildet, dass sich diese bis zu in der Stapelrichtung aufeinanderfolgenden Stirnseiten erstrecken und dass die Stirnseiten der jeweiligen Randstapel relativ zueinander derart angeordnet sind, dass diese innerhalb der Verbindungszone liegen.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Verbindungszone um die Funktionselemente der jeweiligen Baugruppe umlaufend ausgebildet ist, das heißt eine umlaufende und dicht abschließende Verbindung bildet.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Verbindungszone derart ausgebildet wird, dass diese alle Randbereiche der jeweiligen Baugruppe gasdicht miteinander verbindet.
Schließlich sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass sich ein Stirnseitenbereich, in dem die Verbindungszone gebildet ist, ausgehend von den Stirnseiten der Randbereiche maximal über eine einer doppelten Dicke eines der Randbereiche entsprechende Distanz in die Randbereiche hineinerstreckt.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Wandlers aus in einem Stapel miteinander verbundenen einzelnen Funktionselementen.
Bei diesem Verfahren wird erfindungsgemäß eine zweite Elementeverbindung zwischen einem Teil der Funktionselemente zuerst hergestellt, die zweite Elementeverbindung einem Funktionstest unterzogen und danach wird ein Stapeln der Funktionselemente durchgeführt, wobei anschließend noch nicht durch die zweite Elementeverbindung verbundene gestapelte Funktionselemente mittels einer ersten Elementeverbindung miteinander verbunden werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist der, dass mit diesem die Möglichkeit besteht, die zunächst durch die zweite Elementeverbindung miteinander verbundenen Funktionselemente hinsichtlich ihrer Funktion zu testen und erst dann die Funktionselemente zu stapeln, wobei bei den gestapelten Funktionselementen, beispielsweise alle oder nur ein Teil der Funktionselemente, die noch nicht durch die zweite Elementeverbindung verbunden sind, mittels einer ersten Elementeverbindung miteinander verbunden werden.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass beispielsweise als zweite Elementeverbindung diejenige Elementeverbindung gewählt werden kann, die technologisch schwierig realisierbar ist und somit zu einer nennenswerten Fehlerrate bei der Herstellung der Verbindung führt, so dass dann, wenn fehlerhafte Verbindungen festgestellt werden, diese aussortiert und nicht zur Herstellung der Stapel der Funktionselemente herangezogen werden können.
Insbesondere lässt sich dabei als zweite Elementeverbindung auch eine Elementeverbindung wählen, die nicht nacharbeitbar ist, so dass bei einem Fehler in der Verbindung keine Möglichkeit besteht, die Verbindung nachzuarbeiten und somit den Fehler zu beseitigen.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt somit, technologisch schwierige Elementeverbindungen so in den Gesamtprozess der Herstellung des elektrochemischen Wandlers einzugliedern, dass diese im Fall einer Fehlerhaftigkeit zu möglichst geringen Ausschusskosten führen.
Dagegen wird als erste Elementeverbindung vorzugsweise die Elementeverbindung gewählt, die technologisch weniger schwierig und somit weniger fehleranfällig ist, so dass die dann gestapelten Funktionselemente mit einer sehr geringen Fehlerrate mit der ersten Elementeverbindung versehen werden können.
Insbesondere wird als erste Elementeverbindung auch eine derartige Elementeverbindung gewählt, die im Fall eines Fehlers nacharbeitbar ist, so dass durch Nacharbeiten der ersten Elementeverbindung ebenfalls Ausschussteile vermieden werden können.
Insbesondere ist im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die zweite Elementeverbindung eine elektrisch isolierende Elementeverbindung ist.
Eine derartige elektrisch isolierende Elementeverbindung kann in unterschiedlichster Art und Weise realisiert werden.
Beispielsweise ist es denkbar, diese Elementeverbindung als Verbindung einer Lotschicht mit einer elektrischen Isolationsschicht vorzusehen, wobei die Lotschicht an der Isolationsschicht haftet und beispielsweise mit der Lotschicht eine metallische Schicht der elektrischen Isolationsschicht verbunden werden kann.
Eine andere bevorzugte Lösung sieht vor, dass die Elementeverbindung eine Glaslotschicht umfasst, welche selbst elektrisch isolierend wirkt.
Hinsichtlich des Funktionstests der zweiten Elementeverbindung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Funktionstest der zweiten Elementeverbindung einen Dichtigkeits- und/oder elektrischen Isolationstest umfasst.
Mit einem derartigen Funktionstest lässt sich einerseits die Dichtigkeit, die bei elektrochemischen Wandlern wichtig ist, testen und andererseits ebenfalls die elektrische Isolationswirkung der zweiten Elementeverbindung.
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die erste Elementeverbindung einem Funktionstest unterzogen wird.
Ein derartiger Funktionstest ist beispielsweise ebenfalls ein Dichtigkeitstest, der im Fall eines elektrochemischen Wandlers wesentliche Bedeutung hat.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Funktionselemente zu einer Baugruppe gestapelt werden und dass die Funktionselemente jeweils einer Baugruppe miteinander durch die erste Elementeverbindung verbunden werden, insoweit als diese nicht bereits durch die zweite Elementeverbindung miteinander verbunden sind.
Ferner ist dabei vorgesehen, dass bei jeder Baugruppe die erste Elementeverbindung nach deren Erstellung einem Funktionstest, insbesondere einem Dichtigkeitstest, unterzogen wird und somit ebenfalls nochmals von Baugruppe zu Baugruppe ein Funktionstest erfolgt.
Insbesondere lässt sich dies dadurch realisieren, dass bei der Herstellung des elektrochemischen Wandlers eine Baugruppe durch Stapeln der Funktionselemente und Herstellen der ersten Elementeverbindung zwischen den Funktionselementen erstellt und zusammen mit gegebenenfalls bereits erstellten Baugruppen einem Funktionstest unterzogen wird.
Insbesondere wird erst nach diesem Funktionstest die nächste Baugruppe durch Stapeln und Herstellen der ersten Elementeverbindung zwischen den Funktionsteilen erstellt und einem Funktionstest mit sämtlichen bereits erstellten Baugruppen unterzogen wird.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde nicht näher darauf eingegangen, wie bei einem negativen Funktionstest weiter vorgegangen wird.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass bei negativem Funktionstest die schadhafte Stelle der ersten Elementeverbindung lokalisiert und nachgearbeitet wird, so dass ein weiterer Funktionstest bestanden werden kann.
Dabei kann der Funktionstest, insbesondere der Dichtigkeitstest, in unterschiedlicher Art und Weise erfolgen.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Funktionstest der ersten Elementeverbindung der Baugruppe in einer Station zur Herstellung der ersten Elementeverbindung erfolgt, so dass bereits in der Station, in welcher die erste Elementeverbindung hergestellt wird, ein Fehler erkannt werden kann.
Dieser erlaubt es insbesondere, dass auch das Nacharbeiten der ersten Elementeverbindung zum Bestehen des Funktionstests in der Station zur Herstellung der ersten Elementeverbindung erfolgt, da die Baugruppe diese Station noch gar nicht verlassen hat.
Alternativ dazu sieht eine andere Lösung vor, dass bei negativem Funktionstest die Baugruppe aus dem Produktionsprozess ausgeschieden wird und beispielsweise das Nacharbeiten zum Bestehen des Funktionstests und der weitere Funktionstest in einer separaten Station erfolgt.
Nach Nacharbeiten der ersten Elementeverbindung in einer separaten Station kann in diesem Fall die Baugruppe, insbesondere nach Bestehen des weiteren Funktionstests, wieder in den Produktionsprozess eingeschleust und die Weiterproduktion fortgesetzt werden.
Diese Vorgehensweise der sukzessiven Erstellung der Baugruppen hat den Vorteil, dass sich unmittelbar nach jedem Erstellen einer weiteren Baugruppe durch den Funktionstest prüfen lässt, ob diese Baugruppe und auch die bereits erstellten Baugruppen die erforderliche Funktionstüchtigkeit aufweisen, so dass insbesondere bei einem Herstellungsfehler im Zusammenhang mit der Erstellung der letzten Baugruppe dieser sehr schnell lokalisiert und insbesondere durch Nacharbeiten beseitigt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische teilweise geschnittene und perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Brennstoffzelle mit übereinandergestapelten Baugruppen;
2 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel in Richtung des Pfeils A in 1;
3 eine vergrößerte Darstellung der Draufsicht gemäß 2 in einem ersten Ausgleichszustand;
4 eine vergrößerte Darstellung der Draufsicht gemäß 2 in einem zweiten Ausgleichszustand;
5 eine vergrößerte Darstellung von Randstapeln der Baugruppen vor Erzeugen der Schmelzzone;
6 eine Darstellung ähnlich 5 mit der ausgebildeten Verbindungszone;
7 eine Darstellung ähnlich 5 mit Darstellung der Laserstrahlung zur Erzeugung der Verbindungszone;
8 einen Schnitt längs Linie 8-8 in 7;
9 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel ähnlich 6 und
10 ein Ablaufschema für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
Ein in 1 und 2 dargestellter Ausschnitt 10 aus einer Brennstoffzelle als Beispiel für einen elektrochemischen Wandler zeigt eine Vielzahl von in einer Stapelrichtung S übereinander gestapelten Baugruppen 12 ₁ bis 12 ₃, die jeweils aus mehreren in der Stapelrichtung S übereinander gestapelten Funktionselementen 22, 24, 26 aufgebaut sind, wobei zumindest eine Vielzahl von Baugruppen 12 der Brennstoffzelle aus identischen Funktionselementen aufgebaut ist.
Dabei stellt beispielsweise das erste Funktionselement 22 jeder der Baugruppen 12 ein Schalenelement dar, welches einen äußeren in der Art eines Rahmens geschlossen um das Funktionselement 22 umlaufenden Randbereich 32 aufweist, der an einer Stirnseite 34 endet und auf einer der Stirnseite 34 gegenüberliegenden Innenseite 36 in einen Schalenwandbereich 38 übergeht, der quer zum äußeren Randbereich 32 verläuft und seinerseits in einen äußeren Funktionsbereich 42 übergeht, welcher parallel zum äußeren Randbereich 32 verläuft und an welchen sich auf einer dem Schalenwandbereich 38 gegenüberliegenden Seite ein innerer Funktionsbereich 44 anschließt, der beispielsweise in Form aufeinanderfolgender und sich parallel zueinander in einer Längsrichtung L erstreckender Kontaktierungs- und Strömungsführungselemente 46, 48 ausgebildet ist, die in dem Ausführungsbeispiel als Wellen ausgebildet sind, jedoch anders geformt sein können.
Das zweite Funktionselement 24 ist als Trägerelement ausgebildet und umfasst einen äußeren in der Art eines Rahmens geschlossen um das Funktionselement 24 umlaufenden Randbereich 52, der ausgehend von einer Stirnseite 54 desselben sich bis zu einem Zellträger 56 erstreckt, welcher als Rahmen geschlossen um eine innere Öffnung 64 herum verläuft und ein erstes Brennstoffzellenelement 58 trägt, das seinerseits über eine Lotschicht 62 mit dem Zellträger 56 verbunden ist.
Das erste Brennstoffzellenelement 58 überdeckt dabei die vom Zellträger 56 als Rahmen umschlossene innere Öffnung 64 und steht mit einem Halterand 66 soweit über die innere Öffnung 64 über, dass der Halterand 66 über die Lotschicht 62 mit dem Zellträger 56 verbunden werden kann.
Das erste Brennstoffzellenelement 58 trägt seinerseits in einem sich innerhalb der inneren Öffnung 64 erstreckenden Funktionsbereich 68 einerseits auf seiner der in der Stapelrichtung S nächstfolgenden Baugruppe 12 ein zweites Brennstoffzellenelement 72 und auf einer gegenüberliegenden dem inneren Funktionsbereich 44 des zu derselben Baugruppe 12 gehörenden Schalenelements 22 zugewandten Seite ein Kontaktelement 74.
Das zweite Brennstoffzellenelement 72 ist dabei beispielsweise als auf den Funktionsbereich 68 des ersten Brennstoffzellenelements 58 aufgetragene Schicht ausgebildet.
Das Kontaktelement 74 ist seinerseits beispielsweise als Beschichtung oder Flächengebilde ausgebildet und liegt an dem Funktionsbereich 68 des ersten Brennstoffzellenelements 58 an.
Das dritte Funktionselement 26 der Baugruppe 12 weist ebenfalls einen in der Art eines Rahmens geschlossen um das Funktionselement 26 umlaufenden äußeren Randbereich 82 auf, welcher sich ausgehend von einer Stirnseite 84 zu einem Ausgleichsrahmen 86 erstreckt, welcher um eine innere Rahmenöffnung 88 umlaufend ausgebildet ist. Der Ausgleichsrahmen 86 ist seinerseits aus zwei Flachmateriallagen 92 und 94, beispielsweise aus Federblechen, ausgebildet, wobei die Flachmateriallage 92 eine Basislage darstellt, welche sich von der inneren Rahmenöffnung 88 bis zur Stirnseite 84 erstreckt und dabei den Randbereich 82 umfasst, und wobei die Flachmateriallage 94 eine Verbindungslage darstellt, welche sich von einem Innenrand 96 zu einem Außenrand 98 erstreckt, der beispielsweise im Abstand von der Stirnseite 84 verläuft.
Die Basislage 92 und die Verbindungslage 94 weisen beispielsweise angrenzend an die Rahmenöffnung 88 bzw. den Innenrand 96 angeordnete Verbindungsbereiche 102 bzw. 104 auf, die durch eine Schweißverbindung 106 miteinander verbunden sind und somit relativ zueinander unbewegbar sind.
Ferner weisen die Basislage 92 und die Verbindungslage 94, beispielsweise der Stirnseite 84 zugewandt liegende, außerhalb der Verbindungsbereiche 102 bzw. 104 liegende Bewegungsbereiche 112 und 114 auf, die relativ zueinander, insbesondere in Stapelrichtung S bewegbar sind, vorzugsweise dadurch, dass die Bewegungsbereiche 112 und 114 entweder aufeinander anliegen können, oder im Abstand voneinander verlaufen können, so dass sich zwischen diesen ein Zwischenraum 116 ausbildet, wie in 3 dargestellt.
Der Ausgleichsrahmen 86 kann seinerseits auf einer dem Halterand 66 des ersten Brennstoffzellenelements 58 gegenüberliegenden Auflageseite 122 des Zellträgers 56 mit einer Abstützseite 124 der Basislage 88 aufliegen oder, wie in 4 dargestellt, auch mit der Abstützseite 124 des Verbindungsbereichs 102 von der Auflageseite 122 abheben.
Eine der Abstützseite 124 gegenüberliegende Verbindungsseite 126 des Ausgleichsrahmens 86, die von dem Bewegungsbereich 114 der Verbindungslage 94 gebildet wird, ist mittels einer Lotschicht 127 mit einer elektrischen Isolationsschicht 128, beispielsweise aus Keramik, des in Stapelrichtung S nächstfolgenden Schalenelements 22 der nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1 verbunden.
Somit ermöglicht der Ausgleichsrahmen 86 einen Ausgleich von thermischen und/oder mechanischen Spannungen, beispielsweise von in der Stapelrichtung S wirkenden Zugspannungen, und entlastet die Fügeverbindungen zwischen den einzelnen Baugruppen 12, insbesondere die durch die Lotschicht 127 hergestellten Verbindungen zwischen der Verbindungsseite 126 des Ausgleichsrahmens 86 und der Isolationsschicht 128 des in Stapelrichtung S auf den Ausgleichsrahmen 86 folgenden Schalenelements 22 der nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1.
Insbesondere ist dabei die innere Öffnung 64 deckungsgleich mit der inneren Öffnung 88 ausgebildet.
Bei einer aus den Baugruppen 12 durch Stapeln in Stapelrichtung S der Baugruppen 12 hergestellten Brennstoffzelle liegt bei jeder Baugruppe 12 _x das jeweilige Kontaktelement 74, das sich vorzugsweise innerhalb der inneren Öffnung 64 des Zellträgers 56 erstreckt, auf diesem zugewandten Kämmen 108 der Kontaktierungs- und Strömungsführungselemente 48 des inneren Funktionsbereichs 44 des Schalenelements 22 derselben Baugruppe 12 _x auf und ist mit diesem elektrisch leitend verbunden, während das zweite Brennstoffzellenelement 72 an den Wellenkämmen 106 der Kontaktierungs- und Strömungsführungselemente 46 des Schalenelements 22 der in der Stapelrichtung S nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1 anliegt und mit diesen in elektrisch leitender Verbindung steht, so dass jeweils das zweite Brennstoffzellenelement 72 der einen Baugruppe 12 _x das Schalenelement 22 der in Stapelrichtung S nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1 kontaktiert, das seinerseits wiederum das mit dem ersten Brennstoffzellenelement 58 verbundene Kontaktelement 74 dieser nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1 kontaktiert.
Wie in 5 vergrößert dargestellt, bilden die Randbereiche 32, 52 und 82 jeder der Baugruppen 12 zusammen einen Randstapel 130, in welchem die Randbereiche 32, 52, 82 mit Flachseiten aneinander anliegen.
So weist beispielsweise der Randbereich 32 eine untere Flachseite 132 und eine obere Flachseite 134 auf. Auf dieser oberen Flachseite 134 des Randbereichs 32 liegt der Randbereich 52 mit einer unteren Flachseite 152 auf, während eine obere Flachseite 154 dem Randbereich 82 zugewandt ist, so dass der Randbereich 82 mit einer unteren Flachseite 182 auf der oberen Flachseite 154 des Randbereichs 52 aufliegt und mit einer oberen Flachseite 184 der nächstfolgenden Baugruppe 12 zugewandt ist.
Zur Verbindung der den jeweiligen Randstapel 130 bildenden Randbereiche 32, 52 und 82 miteinander erfolgt in einem sich an die jeweiligen Stirnseiten 34, 54 und 84 der Randbereiche 32, 52, 82 anschließenden Stirnseitenbereich 33, 53, 83 die Ausbildung einer in 5 dargestellten Schmelzzone 160, wobei sich die Stirnseitenbereiche 33, 53, 83 ausgehend von den Stirnseiten 34, 54 und 84 in die Randbereiche 32, 52, 82 hinein über einen Teilbereich derselben ausdehnen, und zwar mindestens über eine Distanz, welche einer Dicke des Randbereichs 32, 52, 82 mit der geringsten Dicke entspricht, und höchstens über eine Distanz, welche einer doppelten Dicke des Randbereichs 32, 52, 82 mit der größten Dicke entspricht.
In dieser Schmelzzone 160 erfolgt durch Erhitzen eines Basismaterials der Randbereiche 32, 52, 82 die Ausbildung einer Schmelze, die das Basismaterial der Randbereiche 32, 52, 82 umfasst.
Ist das Basismaterial der Randbereiche 32, 52, 82 ein Metall, zum Beispiel Stahl, so ergibt sich in der Schmelzzone 160 insgesamt eine Schmelze, die eine Legierung aus sämtlichen in den Randbereichen 32, 52, 82 vorhandenen Bestandteilen darstellt.
Umfassen die Randbereiche 32, 52, 82 Beschichtungen, so erfolgt entweder ein Verbrennen oder Verdampfen der Beschichtungen, wenn diese keine Temperaturbeständigkeit aufweisen, die der Temperatur in der Schmelzzone 160 Stand hält, oder es folgt ein Einbetten der Materialien der Beschichtungen, wenn diese derart temperaturstabil sind, dass sie den sich in der Schmelzzone 160 ausbildenden Temperaturen Stand halten.
Diese Beschichtungen können dann in diesem Fall in die sich in der Schmelzzone 160 bildende Schmelze eingebettet werden. Bei derartigen Beschichtungen handelt es sich beispielsweise um Metallbeschichtungen, so dass die Metalle dann in die Schmelze der Schmelzzone 160 integriert werden.
Sind die Funktionselemente mit Keramikbeschichtungen versehen, beispielsweise das erste Funktionselement 22 mit der Isolationsschicht 128, so sind diese so anzuordnen, dass kein Keramikmaterial derselben in den Randbereichen 32, 52, 82 angeordnet ist und somit nicht in die Schmelze der Schmelzzone 160 integriert wird.
Nach Aushärten der Schmelzzone 160 bildet sich eine Verbindungszone 162, welche, wie in 6 dargestellt, die gesamten Randbereiche 32, 52 und 82 der jeweiligen Baugruppe 12 miteinander verbindet und somit auch sämtliche Funktionselemente 22, 24 und 26 der Baugruppe 12 dadurch miteinander dauerhaft verbindet.
Zum Erzeugen der Schmelzzone 160 in den jeweiligen Baugruppen 12 werden zumindest die Funktionselemente 22, 24, 26 einer Baugruppe 12 in der Stapelrichtung S aufeinandergestapelt und entgegengesetzt zur Stapelrichtung S mit Kraft beaufschlagt, so dass sämtliche Randbereiche 32, 52, 82 mit ihren entsprechenden Flachseiten 134, 152, sowie 154, 182 kraftbeaufschlagt aufeinander liegen.
Alternativ dazu ist es aber auch möglich, sämtliche Funktionselemente 22, 24, 26 sämtlicher Baugruppen 12 in der Stapelrichtung S aufeinander zu legen und entgegengesetzt zur Stapelrichtung S zu beaufschlagen, so dass sich bei allen Baugruppen 12 Randstapel 112 bilden, in denen die Randbereiche 32, 52, 82 der jeweiligen Funktionselemente 22, 24, 26 mit ihren Flachseiten kraftbeaufschlagt aufeinander liegen.
In diesem Zustand der Randstapel 130 erfolgt, wie in 6 dargestellt, ein Eintrag von Wärme über die Stirnseiten 34, 54, 84 der Randbereiche 32, 52, 82 mittels eines von außerhalb des Randstapels 130 auf die Stirnseiten 34, 54, 84 gerichteten Laserstrahls 170, der alle Stirnseiten 34, 54 und 84 des jeweiligen Randstapels 130 gleichzeitig beaufschlagt und dadurch das Erschmelzen des Materials der Randbereiche 32, 52, 82 bewirkt.
Dabei hat der Laserstrahl 170 eine derartige Ausrichtung, dass eine Strahlachse 172 des Laserstrahls 170 mit einer zur Flächenausdehnung der Randbereiche 32, 52, 82 parallelen Ebene E einen Winkel einschließt, der kleiner 60° ist, vorzugsweise kleiner 30° ist, um sämtliche Stirnseiten 34, 54, 84 des jeweiligen Randstapels 130 optimal zu beaufschlagen und somit in allen Randbereichen 32, 52, 82 das jeweilige Basismaterial zu erschmelzen.
Ferner hat der Laserstrahl 170 vorzugsweise einen Fokus 174, welcher eine Ausdehnung aufweist, die vorzugsweise in der Größenordnung der Erstreckung der Stirnseiten 34, 54, 84 quer zur Ebene E ist.
Wie in 8 dargestellt, erfolgt dabei in einer Auftreffzone 176 des Laserstrahls 170 die Ausbildung der Schmelzzone 160.
Wird jedoch der Laserstrahl 170 entlang den Stirnseiten 34, 54, 84 in einer Richtung R bewegt, so bilden sich einander überlappende Auftreffzonen 176 ₁ bis 176 _n, so dass nach Erkalten der sich in den Auftreffzonen 176 ₁ bis 176 _n bildenden Schmelzzonen 160 eine zusammenhängende Verbindungszone 162 ausbildet, welche im jeweiligen Randstapel 130 sämtliche Randbereiche 32, 52, 82 fest und dauerhaft sowie insbesondere gasdicht miteinander verbindet.
Erfolgt dabei ein Bewegen des Laserstrahls 170 entlang der gesamten Stirnseiten 34, 54, 84 der Randbereiche 32, 52, 72 der jeweiligen Baugruppe 12, so besteht die Möglichkeit, aufgrund der einander überlappenden Schmelzzonen 176 ₁ bis 176 _n eine zusammenhängende Verbindungszone 162 auszubilden, die um die Stirnseiten 34, 54, 84 der gesamten Baugruppe 12 geschlossen umläuft und somit insbesondere eine gasdichte Verbindung aller Randbereiche 32, 52, 82 des jeweiligen Randstapels schafft.
Die Verbindungszone 162 stellt eine erste Elementeverbindung 200 zur Bildung einer Baugruppe 12 dar, während die Verbindungen der Baugruppen 12 untereinander durch eine zweite Elementeverbindung 202 zwischen dem in der Stapelrichtung S letzten Funktionselement 26 einer Baugruppe 12 _x und dem in Stapelrichtung S ersten Funktionselement 22 der nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1 mittels der Lotschicht 127 und der Isolationsschicht 128 erfolgt.
Somit besteht bei der erfindungsgemäßen Lösung die Möglichkeit, die Funktionseinheiten 22, 24, 26 der jeweiligen Baugruppe 12 dauerhaft und gasdicht miteinander zu verbinden.
Dieses Verfahren kann somit bei allen Baugruppen 12 angewandt werden, um somit eine einfache und vorteilhafte Verbindung der Randbereiche 32, 52, 82 in den jeweiligen Randstapeln 130 zu schaffen.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrochemischen Wandlers, dargestellt in 9, ist die zweite Elementeverbindung 202' durch eine Glaslotverbindungsschicht 204 gebildet, welche einerseits selbst elektrisch isolierend ist und andererseits direkt die Verbindungsseite 126 des Ausgleichsrahmens 86 mit einer dieser zugewandten Auflageseite 206 des ersten Funktionselements 22 verbindet.
Im Übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel mit dem ersten Ausführungsbeispiel identisch und daher sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel diejenigen Teile, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung der ersten Elementeverbindung 200 kann somit bei allen Baugruppen 12 angewandt werden, um somit eine einfache und vorteilhafte Verbindung der Randbereiche 32, 52, 82 in den jeweiligen Randstapeln 130 zu schaffen, die auch im Falle von Schweißfehlerstellen einfach zu reparieren ist.
Bei der Herstellung der Brennstoffzelle gemäß 1 wäre es prinzipiell möglich, zunächst bei jeder der einzelnen Baugruppen 12 ₁ bis 12 _n die Funktionselemente 22, 24, 26 an ihren Randbereichen 32, 52, 82 miteinander durch die erste Elementeverbindung 200 zu verbinden und dann nachfolgend jeweils den Ausgleichsrahmen 86 des einen Funktionselements 12 _x mit seiner Verbindungsseite 96 mittels der zweiten Elementeverbindung 202, umfassend die Lotschicht 98 und die Isolationsschicht 102 des Schalenelements 22, mit der in Stapelrichtung S nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1 zu verbinden, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel oder wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel anstelle der Verbindung zwischen der Lotschicht 98 und der Isolationsschicht 102 eine Verbindung mittels der Glaslotschicht 204 vorzusehen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht jedoch vor, dass, wie in dem Ablaufdiagramm gemäß 10 dargestellt, vor dem Herstellen der ersten Elementeverbindung 200 zwischen den Randbereichen 32, 52, 82 der einzelnen Funktionselemente 22, 24, 26 als ersten Schritt 212 die zweite Elementeverbindung 202 der in der Brennstoffzelle einzusetzenden dritten Funktionselemente 26 einer jeweiligen Baugruppe 12 _x mit den entsprechenden ersten Funktionselementen 22 der jeweils nächstfolgenden Baugruppe 12 _x+1 herstellen.
Danach erfolgt, wie in 10 dargestellt, als Funktionstest 214 ein Drucktest der zweiten Elementeverbindung 202 zwischen den dritten Funktionselementen 26 und den ersten Funktionselementen 22 sowie ein Leitfähigkeitstest der zweiten Elementeverbindung 202 der ersten Funktionselemente 22 und der dritten Funktionselemente 26, wobei die Reihenfolge des Drucktests und des Leitfähigkeitstests beliebig ist, das heißt es können zuerst der Leitfähigkeitstest und dann der Drucktest oder umgekehrt zuerst der Drucktest und dann der Leitfähigkeitstest oder auch beide gleichzeitig durchgeführt werden.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass damit die technologisch schwierige zweite Elementeverbindung 202 des dritten Funktionselements 26 mit dem jeweiligen ersten Funktionselement 22, die einerseits druckfest sein muss und andererseits keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen darf, zuerst erfolgt, so dass hier bei nicht druckfesten oder leitfähigen Verbindungen ein Ausschließen der miteinander verbundenen Funktionselemente 26, 22 als Fehlteile erfolgen kann.
Danach erfolgt ein Stapeln 216 der Funktionselemente 22, 24, 26 der ersten Baugruppe 12 ₁ oder auch gleichzeitig sämtlicher Baugruppen 12 ₁ bis 12 _N.
Danach werden in einem weiteren Schritt 218 die jeweiligen Funktionselemente 22, 24, 26 der Baugruppen 12 durch Herstellen der ersten Elementeverbindung 200 an ihren Randbereichen 32, 52, 82 in der beschriebenen Art und Weise miteinander verbunden.
Beim Herstellen der ersten Elementeverbindung 200 an den Randbereichen 32, 52, 82 der jeweiligen Funktionselemente 22, 24, 26 der Baugruppen 12 bestehen ebenfalls noch weitere unterschiedliche Möglichkeiten der Vorgehensweise.
So erfolgt beispielsweise nach dem Stapeln 136 der Funktionselemente 22, 24, 26 der ersten Baugruppe 12 ₁, wobei der Ausgleichsrahmen 86 bereits mit dem Schalenelement 22 verbunden ist, ein Herstellen der ersten Elementeverbindung 200 an den Randbereichen 32, 52, 82 der ersten Baugruppe 12 ₁ und nachfolgend vor dem Stapeln 136 der weiteren Funktionselemente 24, 26 der zweiten Baugruppe 12 _2, bereits ein Drucktest der ersten Baugruppe 12 ₁, gemeinsam mit dem mit dieser verbundenen Schalenelement 22, der nächsten Baugruppe 12 ₂.
Wird hierbei nach dem Herstellen der ersten Elementeverbindung 200 an den Randbereichen 32, 52, 82 eine undichte Stelle festgestellt, so kann eine Nachbearbeitung, beispielsweise ein Nachschweißen der Verbindungszone 116, an der undichten Stelle nach Lokalisieren derselben erfolgen, bevor ein Stapeln 136 und ein Herstellen der ersten Elementeverbindung 200 der Randbereiche 32, 52, 82 der Funktionselemente 24, 26 mit 22 der zweiten Baugruppe 12 ₂ erfolgt.
Somit besteht bei sukzessivem Herstellen der ersten Elementeverbindungen 200 an den Baugruppen 12 _1-n die Möglichkeit, jede erste Elementeverbindung an den Randbereichen 32, 52, 82 einer jeden einzelnen Baugruppe 12 _x auf ihre Dichtheit zu testen und gegebenenfalls nachzubearbeiten.
Der Vorteil dieser Lösung besteht somit darin, dass einerseits die Möglichkeit besteht, die technologisch kritische zweite Elementeverbindung 202 zwischen dem Funktionselement 26 und dem Funktionselement 22 zuerst durchzuführen, diese umfangreich im Hinblick auf die Funktionen, wie zum Beispiel Dichtheit und Isolation, zu testen und erst dann die technologisch einfachere erste Elementeverbindung 200 an den Randbereichen 32, 52, 82 durchzuführen, und gegebenenfalls im Fall einer Schadhaftigkeit nachzubearbeiten.

Claims

Elektrochemischer Wandler, umfassend mehrere in einer Stapelrichtung (S) zu einem Stapel aufeinandergestapelte und innerhalb des Stapels miteinander verbundene Funktionselemente (22, 24, 26), von denen einige Randbereiche (32, 52, 82) aus Flachmaterial aufweisen, von denen einige unter Bildung von Randstapeln (130) in einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelt angeordnet und mittels einer ersten Elementeverbindung (200) miteinander verbunden sind, und von denen weitere mittels einer zweiten Elementeverbindung (202) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Funktionselemente (26) eine Ausgleichseinheit (86) umfasst, und dass die Ausgleichseinheit (86) mindestens ein deformierbares Element (88, 90) umfasst, welches durch Deformation mindestens einen Höhenausgleich in der Stapelrichtung (S) ermöglicht.
Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinheit (86) einerseits mittels der ersten Elementeverbindung (200) und andererseits mittels der zweiten Elementeverbindung (202) mit den angrenzenden Funktionselementen (22, 24) verbunden ist.
Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinheit (86) mindestens eine Flachmateriallage (92, 94) als deformierbares Element zum Höhenausgleich umfasst.
Wandler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinheit (86) mindestens zwei Flachmateriallagen (92, 94) umfasst, die in der Stapelrichtung (S) relativ zueinander bewegbar sind.
Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Flachmateriallagen (92, 94) in Verbindungsbereichen (102, 104) miteinander verbunden und in außerhalb der Verbindungsbereiche (102, 104) liegenden Bewegungsbereichen (112, 114) relativ zueinander in der Stapelrichtung (S) bewegbar sind.
Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachmateriallagen (92, 94) in den Verbindungsbereichen (102, 104) durch eine stoffschlüssige Verbindung (106) miteinander verbunden sind.
Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Flachmateriallagen (92, 94) auf einer dem Randbereich (82) abgewandten Seite der Ausgleichseinheit (86) liegt.
Wandler nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (102, 104) der Flachmateriallagen (92, 94) auf einer dem Randbereich (82) dieses Funktionselements (26) abgewandten Seite der Ausgleichseinheit (86) angeordnet sind.
Wandler nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbereiche (102, 104) der Flachmateriallagen (92, 94) in einer ersten Stellung aufeinander liegen und in mindestens einer zweiten Stellung im Abstand voneinander verlaufen.
Wandler nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbereiche (112, 114) auf einer dem Randbereich (82) zugewandten Seite der Ausgleichseinheit (86) angeordnet sind.
Wandler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Flachmateriallagen (92) der Ausgleichseinheit (86) mittels eines Randbereichs (82) und der ersten Elementeverbindung (200) mit dem in der Stapelrichtung (S) angrenzenden Funktionselement (24) verbunden ist.
Wandler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Flachmateriallagen (94) der Ausgleichseinheit (86) mittels der zweiten Elementeverbindung (202) mit dem in der Stapelrichtung (S) angrenzenden Funktionselement (24) verbunden ist.
Wandler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elementeverbindungen (200, 202) eine elektrisch isolierende Elementeverbindung (202) ist.
Wandler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elementeverbindungen (200, 202) eine elektrisch leitende Elementeverbindung (200) ist.
Wandler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elementeverbindung (202) eine stoffschlüssige Verbindung ist.
Wandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elementeverbindung (202) eine Lötverbindung umfasst.
Wandler nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elementeverbindung (200) eine stoffschlüssige Verbindung ist.
Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine eine Verbindungszone (162) umfassende Schweißverbindung ist.
Wandler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (32, 52, 82) sich bis zu in der Stapelrichtung (S) aufeinanderfolgenden Stirnseiten (34, 54, 84) erstrecken, dass die Stirnseiten (34, 54, 84) im jeweiligen Randstapel (130) relativ zueinander derart angeordnet werden, dass diese innerhalb der Verbindungszone (162) liegen.
Wandler nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungszone (162) um die Funktionselemente (22, 24, 26) der jeweiligen Baugruppe (12) umlaufend ausgebildet ist.
Wandler nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungszone (162) derart ausgebildet wird, dass diese alle Randbereiche (34, 54, 84) der jeweiligen Baugruppe (12) gasdicht miteinander verbindet.
Wandler nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Stirnseitenbereich (33, 53, 83), in dem die Verbindungszone (162) gebildet ist, ausgehend von den Stirnseiten (34, 54, 84) der Randbereiche (32, 52, 82) maximal über eine einer doppelten Dicke eines der Randbereiche (32, 52, 82) entsprechende Distanz in die Randbereiche (32, 52, 82) hineinerstreckt.
Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Wandlers aus in einem Stapel miteinander verbundenen einzelnen Funktionselementen (22, 24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Elementeverbindung (202) zwischen einem Teil der Funktionselemente (22, 24, 26) zuerst hergestellt wird, dass die zweite Elementeverbindung (202) einem Funktionstest (134) unterzogen wird, dass danach ein Stapeln (136) der Funktionselemente (22, 24, 26) durchgeführt wird und dass anschließend noch nicht durch die zweite Elementeverbindung (202) verbundene gestapelte Funktionselemente (22, 24, 26) mittels einer ersten Elementeverbindung (200) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elementeverbindung (202) eine elektrisch isolierende Elementeverbindung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionstest (134) der zweiten Elementeverbindung (202) einen Dichtigkeits- und/oder elektrischen Isolationstest umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elementeverbindung (200) einem Funktionstest (142) unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente (22, 24, 26) zu einer Baugruppe (12) gestapelt werden und dass die Funktionselemente (22, 24, 26) jeweils einer Baugruppe (12) miteinander durch die erste Elementeverbindung (200) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des elektrochemischen Wandlers eine Baugruppe (12 _x) durch Stapeln (136) der Funktionselemente (22, 24, 26) und Herstellen der ersten Elementeverbindung (200) zwischen den Funktionselementen (22, 24, 26) erstellt und zusammen mit gegebenenfalls bereits erstellten Baugruppen (12 _x-1) einem Funktionstest (142) unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass erst nach diesem Funktionstest (142) die nächste Baugruppe (12 _x+1) durch Stapeln (136) und Herstellen der ersten Elementeverbindung (200) zwischen den Funktionselementen (22, 24, 26) erstellt und einem Funktionstest (142) mit sämtlichen bereits erstellten Baugruppen (12 ₁–12 _x+1) unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei negativem Funktionstest (142) die undichte Stelle der ersten Elementeverbindung (200) lokalisiert und nachgearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionstest (142) der ersten Elementeverbindung (200) in einer Station zur Herstellung der ersten Elementeverbindung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Nacharbeiten der ersten Elementeverbindung (200) in der Station zur Herstellung der ersten Elementeverbindung (200) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass bei negativem Funktionstest (142) die Baugruppe (12) aus dem Produktionsprozess ausgeschieden wird.