DE102015013304A1 - Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, bei welcher ein Bauelement (10) der Membran-Elektroden-Anordnung mit wenigstens einer Klebstoffschicht aus wenigstens zwei unterschiedlichen Klebstoffkomponenten (14, 16) versehen wird, indem eine erste der Klebstoffkomponenten (14, 16) mittels wenigstens einer ersten Auslassöffnung (18) und die zweite Klebstoffkomponente (16) mittels wenigstens einer von der ersten Auslassöffnung (18) getrennten, zweiten Auslassöffnung (20) direkt auf das Bauelement (10) gedruckt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle.
  • Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Brennstoffzellen von sogenannten Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen – kurz: PEMFC – bereits hinlänglich bekannt. Eine solche PEMFC umfasst wenigstens eine Membran-Elektroden-Anordnung – kurz: MEA –, die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymerelektrolytmembran (auch Ionomer-Membran) – kurz: PEM – aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatten angeordnet, wobei eine der Separatorplatten Kanäle für die Verteilung von Brennstoff und die andere Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Oxidationsmittel aufweist und wobei die Kanäle der MEA zugewandt sind. Die Anode und die Kathode sind Elektroden, welche üblicherweise als Gasdiffusionselektroden – kurz: GDE – ausgebildet sind. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (zum Beispiel 2H2 + O2 → 2H2O) erzeugten Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte und Produkte, durchdiffundieren zu lassen. Eine GDE kann dabei wenigstens eine Gasdiffusionsschicht beziehungsweise Gasdiffusionslage – kurz: GDL – umfassen. Üblicherweise wird auf die GDL eine Katalysatorschicht aufgebracht, um dadurch die GDE herzustellen, wobei die Katalysatorschicht der PEM zugewandt ist. Die so hergestellte GDE kann nachfolgend mit einer zweiten GDE und, dazwischen angeordnet, einer PEM zum Beispiel durch Heißpressen zu einer MEA zusammengefügt werden.
  • Darüber hinaus offenbart die DE 11 2005 002 440 B4 ein Verfahren zum Herstellen einer modularen Elektrodenanordnung für eine Polyelektrolytmembran, wobei ein Gasdiffusionsmedium vorgesehen wird. Ferner wird eine Membran-Elektroden-Anordnung vorgesehen, die eine Ionomermembran umfasst, die auf entgegengesetzten Seiten mit Katalysatorschichten beschichtet ist. Auf das Gasdiffusionsmedium wird Klebstoff gedruckt. Das Gasdiffusionsmedium wird relativ zu der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet, und das Gasdiffusionsmedium wird mit dem Klebstoff an eine der Katalysatorschichten der Membran-Elektroden-Anordnung gepresst.
  • Die DE 10 2011 109 078 B4 zeigt weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrschicht-Verbundaufbaus zum Fügen von Fügepartnern, bestehend aus mindestens einem Substrat und mindestens zwei auf diesem mit einer Mehrfach-Kaskadendüseneinheit in einem Arbeitsgang aufgebrachten Schichten aus jeweils chemisch unterschiedlich fließfähigen Klebstoffen.
  • Der DE 10 2004 007 927 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen mindestens zweier chemisch unterschiedlicher fließfähiger Medien als bekannt zu entnehmen, wobei mindestens zwei chemisch unterschiedliche fließfähige Medien mit einer Mehrfach-Kaskadendüse in einem Arbeitsschritt kontinuierlich auf bahnförmige Substrate aufgebracht werden.
  • Aus der DE 10 2009 001 221 A1 ist ein Druckverfahren zur Herstellung elektrischer und/oder elektronischer Strukturen bekannt. Dabei wird mindestens ein Klebstoffbestandteil der ersten Komponente eines Zweikomponentenklebstoffs selektiv mit der zweiten Komponente des Klebstoffs mittels eines Inkjet-Druckverfahrens bedruckt.
  • Die DE 10 2009 028 879 A1 offenbart einen Zwei-Komponentenklebstoff bestehend aus einer wässrigen Klebstoffdispersion als erster Komponente und einer Aktivatorlösung als zweiter Komponente. Zum Auftragen der Klebstoffschicht können übliche Verfahren, wie Streichen, Rakeln, Walzen oder Drucken verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch eine Sprühapplikation zum Auftragen des Klebstoffs genutzt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem eine besonders vorteilhafte Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle. Bei dem Verfahren wird ein Bauelement der Membran-Elektroden-Anordnung mit wenigstens einer Klebstoffschicht aus wenigstens zwei unterschiedlichen Klebstoffkomponenten versehen, indem eine erste der Klebstoffkomponenten mittels wenigstens einer ersten Auslassöffnung, insbesondere einer ersten Düse, und die zweite Klebstoffkomponente mittels wenigstens einer von der ersten Auslassöffnung getrennten, zweiten Auslassöffnung, insbesondere zweiten Düse, direkt auf das Bauelement gedruckt wird.
  • Dabei wird vorzugsweise ein Druckverfahren verwendet, welches berührungslos durchgeführt wird. Unter einem berührungslosen Druckverfahren ist zu verstehen, dass ein Druckelement wie beispielsweise ein Druckkopf, mittels welchem die wenigstens eine Klebstoffschicht direkt auf das Bauelement gedruckt wird, das Bauelement während des Druckens nicht berührt, sondern beispielsweise in einem Abstand zum Bauelement angeordnet beziehungsweise gehalten wird.
  • Unter dem berührungslosen Druckverfahren ist beispielsweise ein sogenanntes Non-Impact-Printing (NIP) zu versehen. Hierbei handelt es sich um ein Druckverfahren, das ohne feste Druckform wie beispielsweise einen Druckzylinder oder einen Stempel auskommt. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das berührungslose Druckverfahren nach Art eines Tintenstrahldruckverfahrens durchgeführt wird. Ein solches Tintenstrahldruckverfahren wird auch als Inkjet bezeichnet, bei welchem die wenigstens eine Klebstoffschicht beispielsweise auf das Bauelement berührungslos aufgetragen, insbesondere aufgespritzt, wird. Hierbei wird die wenigstens eine Klebstoffschicht beispielsweise in Tröpfchenform auf das Bauelement aufgebracht. Mit anderen Worten werden von dem Druckelement beispielsweise Tröpfchen der jeweiligen Klebstoffkomponente aus den Auslassöffnungen ausgestrahlt, wobei diese Tröpfchen auf das Bauelement gestrahlt beziehungsweise gebracht werden, um dadurch das Bauelement mit der wenigstens einen Klebstoffschicht zu versehen.
  • Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das vorzugsweise berührungslose Druckverfahren als Digitaldruck durchgeführt wird. Hierunter ist ein Druckverfahren zu verstehen, bei dem ein Druckbild, gemäß welchem die wenigstens eine Klebstoffschicht auf das Bauelement gedruckt wird, direkt von einem Computer in eine Druckmaschine zum Drucken der wenigstens einen Klebstoffschicht auf das Bauelement übertragen wird, ohne dass hierbei eine statische Druckform benutzt wird.
  • Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Klebstoffkomponenten erst nach Ausströmen aus den Auslassöffnungen vermischen beziehungsweise verbinden. Dadurch werden effektiv ein Verkleben der Auslassöffnung und ein ungewünscht frühes Erhärten des Klebstoffs vermieden. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich die Klebstoffkomponenten, insbesondere die Tröpfchen, erst auf dem als Substrat fungierenden Bauelement verbinden. Ferner ist es denkbar, dass sich die Klebstoffkomponenten nach dem Ausströmen, das heißt nach den Auslassöffnungen und vor Erreichen des Bauelements verbinden. Dabei verbinden beziehungsweise vermischen sich die Klebstoffkomponenten in eine zwischen dem Substrat und den Auslassöffnungen angeordneten Bereich, insbesondere während ihrer Bewegung in Richtung des Bauteils, sodass sich die Klebstoffkomponenten beispielsweise in der Luft vermischen. Erst durch das Vermischen beziehungsweise Verbinden kommen die Klebstoffkomponenten in Kontakt miteinander, wobei erst infolge dieses Kontakts eine Reaktion startet, in deren Rahmen der Klebstoff beispielsweise aushärtet. Zuvor sind die Klebstoffkomponenten chemisch stabil
  • Mit anderen Worten liegt der Erfindung insbesondere die Idee zugrunde, die Klebstoffkomponenten über voneinander getrennte, von den Klebstoffkomponenten durchströmbare Kanäle und die voneinander getrennten Auslassöffnungen, in die die Kanäle münden, auf das Substrat (Bauelement) aufzubringen, sodass sich die Klebstoffkomponenten erst nach den Auslassöffnungen und vor Erreichen des Substrats beziehungsweise erst nach den Auslassöffnungen und noch vor Erreichen des Substrats vermischen, sodass erst dann die Reaktion beginnt. Somit bleiben die Klebstoffkomponenten bis zu ihrem Vermischen chemisch stabil, sodass eine einfache Verarbeitung eines die Klebstoffkomponenten umfassenden und beispielsweise als Zwei-Komponente-Klebstoff (2K-Klebstoff) ausgebildeten Klebstoffs im Rahmen der Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung realisiert werden kann. Hierzu kommt ein getrenntes Drucken zum Einsatz, in dessen Rahmen die Klebstoffkomponenten über die getrennten Auslassöffnungen auf das Substrat aufgebracht und somit gedruckt wird. Durch den Einsatz der getrennten Auslassöffnungen kann das Aufbringen der Klebstoffschicht auf das Bauelement besonders stabil und sicher durchgeführt werden, da sich die Klebstoffkomponenten erst auf dem Bauelement oder auf ihrem Flug von den Auslassöffnungen zu dem Bauelement verbinden.
  • Die getrennten Auslassöffnungen sind beispielsweise durch ein gemeinsames Druckelement insbesondere in Form eines Druckkopfes gebildet. Alternativ ist es denkbar, dass eine der Auslassöffnungen durch ein erstes Druckelement, insbesondere einen ersten Druckkopf, und die andere Auslassöffnung durch ein zweites Druckelement, insbesondere einen zweiten Druckkopf, gebildet ist, wobei die Druckelemente als separate Bauteile ausgebildet sind. Dabei ist es denkbar, dass die separaten Druckelemente gemeinsam relativ zu Bauelement bewegt werden, um die Klebstoffschicht auf das Bauelement zu drucken.
  • Vorzugsweise als das Bauelement eine katalysatorbeschichtete Polyelektrolytmembran – kurz: CCM – verwendet, sodass sich eine besonders vorteilhafte Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung und somit der Brennstoffzelle insgesamt realisieren lässt. Ferner ist denkbar, ein anderes Bauelement wie beispielsweise ein Rahmenmaterial als das Bauelement zu verwenden.
  • In der Folge ist es beispielsweise möglich, die CCM mittels der Klebstoffschicht mit wenigstens einer weiteren Komponente, insbesondere einer Gasdiffusionslage (GDL), der Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) zu verbinden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Versehen eines Bauelements einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle mit wenigstens einer Klebstoffschicht aus wenigstens zwei unterschiedlichen Klebstoffkomponenten.
  • Die Fig. zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Vorrichtung in Form eines im Ganzen mit 10 bezeichneten Druckkopfes zum Versehen eines Bauelements 12 einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) für eine Brennstoffzelle mit wenigstens einer Klebstoffschicht aus wenigstens zwei unterschiedlichen Klebstoffkomponenten 14 und 16. Der Druckkopf 10 ist beispielsweise Bestandteil einer Druckanlage, mittels welcher – wie noch im Folgenden genauer erläutert wird – die Klebstoffschicht direkt auf das Bauelement 12 gedruckt wird. Das Bauelement 12 ist vorliegend eine katalysatorbeschichteten Polymerelektrolytmembran (CCM) der Membran-Elektroden-Anordnung (MEA). Die Brennstoffzelle ist dabei als Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) ausgebildet und wird beispielsweise in einem Brennstoffzellensystem eines Kraftwagens, insbesondere Personenkraftwagens, verwendet, wobei der Kraftwagen mittels des Brennstoffzellensystems antreibbar ist. Die PEMFC umfasst die zuvor genannte MEA, die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymerelektrolytmembran (PEM) aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatten angeordnet, wobei eine der Separatorplatten Kanäle für die Verteilung von Brennstoff und die andere Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Oxidationsmittel aufweist, und wobei die Kanäle der MEA zugewandt sind. Die Kanäle bilden eine Kanalstruktur, ein sogenanntes Flowfield oder Strömungsfeld.
  • Die Anode und die Kathode sind Elektroden, welche im Allgemeinen als Gasdiffusionselektroden (GDE) ausgebildet sind. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (zum Beispiel 2H2 + O2 → 2H2O) erzeugten Strom abzuleiten und die Reduktionsstoffe, Edukte und Produkte, durchdiffundieren zu lassen. Eine GDE kann wenigstens eine Gasdiffusionsschicht beziehungsweise Gasdiffusionslage (GDL) umfassen. Auf eine jeweilige Hauptoberfläche der PEM ist eine Katalysatorschicht aufgebracht, sodass auf einer ersten der Hauptoberflächen beispielsweise eine anodische Katalysatorschicht und auf einer zweiten der Hauptoberflächen eine kathodische Katalysatorschicht aufgebracht ist. Die jeweilige Katalysatorschicht ist aus einem Katalysatormaterial gebildet und wird auch als Katalysator bezeichnet beziehungsweise wirkt als Katalysator. In diesem Fall ist die PEM zur katalysatorbeschichteten Polymerelektrolytmembran ergänzt, da in diesem Fall im Allgemeinen von einer catalyst coated membrane – kurz: CCM – gesprochen wird. Mit anderen Worten ist die katalysatorbeschichteten Polymerelektrolytmembran eine mit zumindest einem Katalysator beziehungsweise einer Katalysatorschicht beschichtete Membran.
  • Die GDE kann ferner noch eine Gasverteilungslage aufweisen, die sich an die Gasdiffusionslage anschließt und die in der PEMFC einer Separatorplatte zugewandt ist. Die Gasdiffusionslage und die Gasverteilungslage unterscheiden sich vor allem in ihren Porengrößen und damit in der Art des Transportmechanismus für einen Reaktionsstoff (Diffusion beziehungsweise Verteilung).
  • Eine derartige Brennstoffzelle kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen sind meist zu sogenannten Brennstoffstapeln – kurz: Stacks – gestapelt, um eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen, wobei anstelle der monopolaren Separatorplatten bipolare Separatorplatten, sogenannte Bipolarplatten, eingesetzt werden und monopolare Separatorplatten nur die beiden endständigen Abschlüsse des Stacks bilden. Sie werden zum Teil Endplatten genannt und können sich baulich erheblich von den Bipolarplatten unterscheiden.
  • Um nun eine besonders vorteilhafte Herstellung der MEA und somit der Brennstoffzelle insgesamt zu realisieren, wird das als ein Substrat fungierende Bauelement 12 mit der Klebstoffschicht versehen, indem die erste der Klebstoffkomponenten 14 mittels einer Mehrzahl von ersten Auslassöffnungen 18 und die zweite Klebstoffkomponente 16 mittels einer Mehrzahl von zweiten Auslassöffnungen 20 des Druckkopfes 10 direkt auf das Bauelement 12 gedruckt werden. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die ersten Auslassöffnungen 18 von den zweiten Auslassöffnungen 20 fluidisch getrennt sind. Dabei sind sowohl die ersten Auslassöffnungen 18 als auch die zweiten Auslassöffnungen 20 durch den gleichen Druckkopf 10 gebildet, welcher beispielsweise zum Drucken der Klebstoffschicht relativ zu dem Bauelement 12 bewegt wird.
  • Der Druckkopf 10 weist eine erste Druckeinrichtung 22 zum Drucken der ersten Klebstoffkomponente 14 und eine zweite Druckeinrichtung 24 zum Drucken der zweiten Klebstoffkomponente 16 auf. Dabei umfasst die erste Druckeinrichtung 22 einen in dem Druckkopf 10 angeordneten, ersten Aufnahmeraum 26 zum Aufnehmen der ersten Klebstoffkomponente 14. Ferner umfasst die erste Druckeinrichtung 22 wenigstens einen ersten Zuführkanal 30, über welchen dem ersten Aufnahmeraum 26 die erste Klebstoffkomponente 14, beispielsweise aus einem ersten Reservoir, zuführbar ist. Ferner umfasst die erste Druckeinrichtung 22 erste Kanäle 34, die einerseits mit dem ersten Aufnahmeraum 26 fluidisch verbunden sind und andererseits in die jeweiligen, beispielsweise als Düsen beziehungsweise Einzeldüsen ausgebildeten, ersten Auslassöffnungen 18 münden. Dadurch kann den ersten Auslassöffnungen 18 über die von der ersten Klebstoffkomponente 14 durchströmbaren, ersten Kanäle 34 die erste Klebstoffkomponente 14 aus dem ersten Aufnahmeraum 26 zugeführt werden, sodass schließlich die erste Klebstoffkomponente 14 über die ersten Auslassöffnungen 18 aus dem Druckkopf 10 ausströmen kann. Die erste Klebstoffkomponente 14 kann somit, insbesondere in flüssigem Zustand, die erste Druckeinrichtung 22 durchströmen.
  • Analog dazu umfasst die zweite Druckeinrichtung 24 einen in dem Druckkopf 10 angeordneten, zweiten Aufnahmeraum 28 zum Aufnehmen der zweiten Klebstoffkomponente 16. Ferner umfasst die zweite Druckeinrichtung 24 wenigstens einen zweiten Zuführkanal 32, über welchen dem zweiten Aufnahmeraum 28 die zweite Klebstoffkomponente 16, beispielsweise aus einem vom ersten Reservoir fluidisch getrennten, zweiten Reservoir, zuführbar ist. Ferner umfasst die zweite Druckeinrichtung 24 zweite Kanäle 36, die einerseits mit dem zweiten Aufnahmeraum 28 fluidisch verbunden sind und andererseits in die jeweiligen, beispielsweise als Düsen beziehungsweise Einzeldüsen ausgebildeten, zweiten Auslassöffnungen 20 münden. Dadurch kann den zweiten Auslassöffnungen 20 über die von der zweiten Klebstoffkomponente 16 durchströmbaren, zweiten Kanäle 36 die zweite Klebstoffkomponente 16 aus dem zweiten Aufnahmeraum 28 zugeführt werden, sodass schließlich die zweite Klebstoffkomponente 16 über die zweiten Auslassöffnungen 20 aus dem Druckkopf 10 ausströmen kann. Die zweite Klebstoffkomponente 16 kann somit, insbesondere in flüssigem Zustand, die zweite Druckeinrichtung 24 durchströmen.
  • Dabei sind die Auslassöffnungen 18 und 20 auf einer beim Drucken dem Bauelement 12 zugewandten Unterseite 38 des Druckkopfes 10 angeordnet, sodass die aus den Auslassöffnungen 18 und 20 ausströmenden Klebstoffkomponenten 14 und 16 auf das Bauelement 12 direkt gedruckt werden können. Über Auslassöffnungen 18 und 20 werden die zwei beispielsweise voneinander unterschiedlichen Klebstoffkomponenten 14 und 16 aus den Aufnahmeräumen 26 und 28 beziehungsweise aus dem Druckkopf 10 ausgestrahlt und somit beispielsweise auf eine beim Drucken der Unterseite 38 zugewandte Oberfläche 40 des Bauelements 12 aufgebracht. Beispielsweise werden die Klebstoffkomponenten 14 und 16, insbesondere in ihrem flüssigen Zustand, mit einem vorgebbaren Druck über die Auslassöffnungen 18 und aus dem Druckkopf 10 ausgestrahlt, sodass vorliegend jeweilige Einzeltropfen 42 der Klebstoffkomponenten 14 und 16 von dem Druckkopf 10 abgestrahlt und auf die Oberfläche 40 beziehungsweise gegen die Oberfläche 40 gestrahlt werden. Die Einzeltropfen 42 aus den Klebstoffkomponenten 14 und 16 werden auch als Tröpfchen bezeichnet und treffen beispielsweise auf die Oberfläche 40 und somit auf das Bauelement 12 auf und bilden die Klebstoffschicht auf der Oberfläche 40.
  • Die Druckeinrichtungen 22 und 24 in dem Druckkopf 10 sind fluidisch voneinander getrennt, sodass sich die Klebstoffkomponenten 14 und 16 erst nach dem Ausströmen aus den Auslassöffnungen 18 und 20, das heißt erst nach Verlassen des Druckkopfes 10 vermischen beziehungsweise verbinden. Dabei verbinden sich die Einzeltropfen 42 beispielsweise erst auf der Oberfläche 40 oder noch vor der Oberfläche 40 während ihres Fluges vom Druckkopf 10 zur Oberfläche 40 in der Luft. Erst infolge dieses Vermischens beziehungsweise Verbindens startet eine Reaktion, in deren Rahmen ein durch die miteinander vermischten Klebstoffkomponenten 14 und 16 gebildeter Klebstoff aushärtet.
  • Da die Druckeinrichtungen 22 und 24 und somit die Klebstoffkomponenten 14 und 16 vor dem Verlassen des Druckkopfes 10 fluidisch voneinander getrennt sind, sind die Klebstoffkomponenten 14 und 16 vor ihrem Vermischen chemisch stabil.
  • Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Druckkopf 10 während des Druckens in einem Abstand A zur Oberfläche 40 und somit dem Bauelement 12 angeordnet und gehalten wird. Somit wird ein berührungsloses Druckverfahren durchgeführt, in dessen Rahmen die Klebstoffschicht direkt auf das Bauelement 12, insbesondere die Oberfläche 40, gedruckt wird. Unter dem berührungslosen Druckverfahren ist zu verstehen, dass die Druckanlage, insbesondere der Druckkopf 10, das Bauelement 12 während des Druckens nicht berührt. Um die Klebstoffschicht besonders präzise herzustellen, liegt der Abstand A vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 0,5 bis einschließlich 2 Millimeter. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Druckkopf 10, insbesondere dessen Unterseite 38, während des Druckens in dem Abstand A zum Bauelement 12, insbesondere zur Oberfläche 40, gehalten wird, wobei dieser Abstand A in einem Bereich von einschließlich 0,5 bis einschließlich 2 Millimeter liegt.
  • Vorzugsweise wird das berührungslose Druckverfahren nach Art eines Tintenstrahldruckverfahrens und besonders vorzugsweise als Digitaldruck durchgeführt. Durch den Einsatz des berührungslosen Druckverfahrens können Beschädigungen des Bauelements 12, insbesondere Beschädigungen der Katalysatorschicht, vermieden werden, da der Druckkopf 10 das Bauelement 12 nicht berührt. Ferner kann das Druckverfahrens stabil und prozesssicher durchgeführt werden, dass sich die Klebstoffkomponenten 14 und 16 erst nach Verlassen des Druckkopfes 10 verbinden, sodass erst dann die Reaktion startet. Das Starten der Reaktion vor dem Verlassen des Druckkopfes 10 kann durch die fluidische Trennung der Druckeinrichtungen 22 und 24 vermieden werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112005002440 B4 [0003]
    • DE 102011109078 B4 [0004]
    • DE 102004007927 A1 [0005]
    • DE 102009001221 A1 [0006]
    • DE 102009028879 A1 [0007]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, bei welcher ein Bauelement (10) der Membran-Elektroden-Anordnung mit wenigstens einer Klebstoffschicht aus wenigstens zwei unterschiedlichen Klebstoffkomponenten (14, 16) versehen wird, indem eine erste der Klebstoffkomponenten (14, 16) mittels wenigstens einer ersten Auslassöffnung (18) und die zweite Klebstoffkomponente (16) mittels wenigstens einer von der ersten Auslassöffnung (18) getrennten, zweiten Auslassöffnung (20) direkt auf das Bauelement (10) gedruckt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht mittels eines berührungslosen Druckverfahrens auf das Bauelement (10) gedruckt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungslose Druckverfahren nach Art eines Tintenstrahldruckverfahrens durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht mittels eines Druckverfahrens auf das Bauelement (10) gedruckt werden, wobei das Druckverfahren als Digitaldruck durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Klebstoffkomponenten (14, 16) erst nach Ausströmen aus den jeweiligen Auslassöffnungen (18, 20) vermischen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Bauelement (10) eine katalysatorbeschichtete Polymerelektrolytmembran verwendet wird
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (10) mittels der Klebstoffschicht mit wenigstens einer weiteren Komponente, insbesondere einer Gasdiffusionslage, der Membran-Elektroden-Anordnung verbunden wird.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004007927A1 (de) 2004-02-18 2005-09-01 Basf Ag Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen mindestens zweier chemisch unterschiedlicher fließfähiger Medien
DE112005002440B4 (de) 2004-10-07 2010-03-18 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Verfahren zur Herstellung einer modularen Elektrodenanordnung für PEM-Brennstoffzellen
DE102009001221A1 (de) 2009-02-27 2010-09-02 Evonik Degussa Gmbh Druckverfahren zur Herstellung individualisierter elektrischer und/oder elektronischer Strukturen
DE102009028879A1 (de) 2009-08-26 2011-03-03 Henkel Ag & Co. Kgaa Wasserbasierter 2-Komponenten Klebstoff
DE102011109078B4 (de) 2011-07-27 2014-12-11 INPRO Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH Verfahren zum Herstellen eines Mehrschicht-Verbundaufbaus und Mehrfachkaskadendüseneinheit zur Durchführung des Verfahrens

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004007927A1 (de) 2004-02-18 2005-09-01 Basf Ag Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen mindestens zweier chemisch unterschiedlicher fließfähiger Medien
DE112005002440B4 (de) 2004-10-07 2010-03-18 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Verfahren zur Herstellung einer modularen Elektrodenanordnung für PEM-Brennstoffzellen
DE102009001221A1 (de) 2009-02-27 2010-09-02 Evonik Degussa Gmbh Druckverfahren zur Herstellung individualisierter elektrischer und/oder elektronischer Strukturen
DE102009028879A1 (de) 2009-08-26 2011-03-03 Henkel Ag & Co. Kgaa Wasserbasierter 2-Komponenten Klebstoff
DE102011109078B4 (de) 2011-07-27 2014-12-11 INPRO Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH Verfahren zum Herstellen eines Mehrschicht-Verbundaufbaus und Mehrfachkaskadendüseneinheit zur Durchführung des Verfahrens

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