DE102015015675A1

DE102015015675A1 - Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102015015675A1
Application number: DE102015015675.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Horinek; Nico Riede
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung (1) für eine Membran-Elektroden-Anordnung (2) einer Brennstoffzelle mit einem Rahmenelement (1.1), welches mit einer zwischen zwei Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3) angeordneten Membran-Elektroden-Einheit (2.1) stoffschlüssig verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – ein innerer Umfang des Rahmenelements (1.1) einem äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) mit einem vorgegebenen Abstand gegenüberliegend angeordnet ist, – in einen durch den vorgegebenen Abstand definierten Freiraum ein Klebstoff (K) eingebracht ist, welcher den inneren Umfang des Rahmenelements (1.1) und den äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) sowie zwei im Bereich des Freiraums sich gegenüberliegende Abschnitte jeweils einer Flachseite der Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3) adhäsiv miteinander verbindet und – der Klebstoff (K) über den Freiraum hinaus abschnittsweise zwischen einer Flachseite einer der Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3), einer Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) und einer Flachseite des Rahmenelements (1.1) eingebracht ist und diese adhäsiv miteinander verbindet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer solchen Haltevorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer solchen Haltevorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in DE 10 2014 018 954 A1 beschrieben, eine Haltevorrichtung für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle bekannt, bei der die Membran-Elektroden-Anordnung eine Membran-Elektroden-Einheit und zwei Gasdiffusionsschichten umfasst. Die Membran-Elektroden-Einheit ist zwischen einer ersten Gasdiffusionsschicht und einem inneren Randbereich eines Rahmenelements angeordnet, wobei die Membran-Elektroden-Einheit stoffschlüssig mit dem Rahmenelement verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Gasdiffusionsschicht ausschließlich mit dem inneren Randbereich des Rahmenelements und einer Stirnseite der Membran-Elektroden-Einheit stoffschlüssig verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Haltevorrichtung sowie ein geeignetes Verfahren zur Montage einer solchen Haltevorrichtung anzugeben.
Hinsichtlich der Haltevorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Haltevorrichtung für eine Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle umfasst ein Rahmenelement, welches zumindest mit einer zwischen zwei Gasdiffusionsschichten angeordneten Membran-Elektroden-Einheit stoffschlüssig verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein innerer Umfang des Rahmenelements einem äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit mit einem vorgegebenen Abstand gegenüberliegend angeordnet ist, wobei in einen durch den vorgegebenen Abstand definierten Freiraum ein Klebstoff eingebracht ist, welcher den inneren Umfang des Rahmenelements und den äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit sowie zwei im Bereich des Freiraums sich gegenüberliegende Abschnitte jeweils einer Flachseite der Gasdiffusionsschichten adhäsiv miteinander verbindet und wobei der Klebstoff über den Freiraum hinaus abschnittsweise zwischen einer Flachseite einer der Gasdiffusionsschichten, einer Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit und einer Flachseite des Rahmenelements eingebracht ist und diese adhäsiv miteinander verbindet.
Dadurch, dass zur stoffschlüssigen Verbindung des Rahmenelements mit den Komponenten der Membran-Elektroden-Einheit nur ein einziger Klebstoff appliziert wird, ist die Haltevorrichtung gegenüber dem Stand der Technik kostengünstiger ausgeführt. Insbesondere können hierbei Materialkosten, Aufwand und Zeit bei einer Montage der Haltevorrichtung verringert werden. Weiterhin wird nur noch ein Modul zur Klebstoffapplikation sowie zur Klebstoffaktivierung benötigt. Der Klebstoff bewirkt hierbei eine Kapselung der Membran-Elektroden-Einheit, die für einen zuverlässigen Betrieb der Brennstoffzelle essentiell ist. Somit wird eine Abdichtung der Membran-Elektroden-Einheit gegenüber äußeren Einflüssen sichergestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer Haltevorrichtung für eine Membran-Elektroden-Anordnung.
Die einzige 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer Haltevorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt.
Die Haltevorrichtung 1 umfasst ein Rahmenelement 1.1 zum Halten einer Membran-Elektroden-Anordnung 2 einer nicht näher dargestellten Brennstoffzelle. Die Membran-Elektroden-Anordnung 2 umfasst hierbei eine Membran-Elektroden-Einheit 2.1 und zwei Gasdiffusionsschichten 2.2, 2.3, zwischen denen die Membran-Elektroden-Einheit 2.1 angeordnet ist.
Das Rahmenelement 1.1 ist beispielsweise aus einem Kunststoff oder Kunststoffgemisch gebildet, welcher oder welches ein gutes Adhäsionsvermögen aufweist und eine mediendichte oder nahezu mediendichte Abdichtung der Membran-Elektroden-Anordnung 2 zu einem aktiven Bereich der Brennstoffzelle ermöglicht.
Das Rahmenelement 1.1 weist beispielsweise einen rechteckigen oder nahezu rechteckigen Umfangsverlauf mit einer bestimmten Rahmenbreite auf. Das Rahmenelement 1.1 weist somit einen inneren Umfang und einen äußeren Umfang auf. Der innere Umfang ist dabei ein der Membran-Elektroden-Anordnung 2 zugewandter Randbereich und der äußere Umfang ist ein der Membran-Elektroden-Anordnung 2 abgewandter Randbereich. Weiterhin weist das Rahmenelement 1.1 im äußeren Randbereich eine Aussparung auf, die einen internen Portbereich 3 zur Zu- und/oder Abführung von Reaktionsedukten oder Reaktionsprodukten bildet.
Bei der gezeigten Membran-Elektroden-Anordnung 2 ragen die Gasdiffusionsschichten 2.2, 2.3 randseitig über die Membran-Elektroden-Einheit 2.1, wobei die in Betrachtungsrichtung unten angeordnete Gasdiffusionsschicht 2.3 randseitig über die in Betrachtungsrichtung oben angeordnete Gasdiffusionsschicht 2.3 hinausragt. Weiterhin sind die Gasdiffusionsschichten 2.2, 2.3 und die Membran-Elektroden-Einheit 2.1 in Betrachtungsrichtung vertikal zueinander beabstandet.
Das Rahmenelement 1.1 ist mit seinem inneren Umfang dem Umfang der Membran-Elektroden-Einheit 2.1 gegenüberliegend angeordnet, wobei diese über einen Freiraum horizontal zueinander beabstandet sind. Das Rahmenelement 1.1 ist zudem im Bereich des inneren Umfangs abschnittsweise zwischen den Gasdiffusionsschichten 2.2, 2.3 angeordnet.
In den Freiraum ist ein Klebstoff K eingebracht, so dass das Rahmenelement 1.1 und die Membran-Elektroden-Einheit 2.1 stoffschlüssig, insbesondere adhäsiv miteinander verbunden sind. Des Weiteren sind mittels des eingebrachten Klebstoffs K sich in Betrachtungsrichtung vertikal gegenüberliegende Abschnitte jeweils einer Flachseite der Gasdiffusionsschichten 2.2, 2.3 adhäsiv miteinander verbunden.
Der Klebstoff K wird dabei mit einer vorgegebenen Menge in den Freiraum eingebracht, so dass bei einer Montage der Haltevorrichtung 1, insbesondere beim Verpressen der Haltevorrichtung 1 mit der Membran-Elektroden-Anordnung 2, der Klebstoff K über den Freiraum hinaus abschnittsweise zwischen eine Flachseite der unteren Gasdiffusionsschicht 2.3, eine Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit 2.1 und eine Flachseite des Rahmenelements 1.1 verläuft und diese adhäsiv miteinander verbindet.
Der Umfang der Membran-Elektroden-Einheit 2.1 ist somit nach dem Verpressen der Haltevorrichtung 1 mit der Membran-Elektroden-Anordnung 2 durch Einbringen eines einzigen Klebstoffs K vollständig von Klebstoff K umschlossen, so dass die Membran-Elektroden-Einheit 2.1 mediendicht abgedichtet ist.
Der Klebstoff K ist beispielsweise ein flüssiger oder pastöser Kleber. Dabei können ein Kaltklebstoff und/oder ein Heißklebestoff, wie z. B. Acrylat, Cyanacrylat, Epoxidharz, Polyethylen und/oder Polypropylen, verwendet werden.
Um die Membran-Elektroden-Anordnung 2 weiterhin gegenüber einer äußeren Umgebung abzudichten, umfasst die Haltevorrichtung 1 eine Anzahl an Dichtelementen 1.2, welche beidseitig am Rahmenelement 1.1 im äußeren Randbereich angeordnet sind. Gemäß der gezeigten Haltevorrichtung 1 sind vier Dichtelemente 1.2 angeordnet, wobei sich jeweils zwei Dichtelemente 1.2 gegenüberliegend angeordnet sind. Zwischen den Dichtelementen 1.2 ist der interne Portbereich 3, welcher mittels der Dichtelemente 1.2 ebenfalls von einer äußeren Umgebung abgedichtet ist.
Das Dichtelement 1.2 kann jedoch neben der hier gezeigten Anordnung auch auf der Bipolarplatte angeordnet oder als separates Bauteil ausgeführt sein.
Die Dichtelemente 1.2 sind vorzugsweise aus einem Kunststoff oder Kunststoffgemisch, z. B. Polyethylen oder Polyethylennaphthalat, gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014018954 A1 [0002]

Claims

Haltevorrichtung (1) für eine Membran-Elektroden-Anordnung (2) einer Brennstoffzelle mit einem Rahmenelement (1.1), welches mit einer zwischen zwei Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3) angeordneten Membran-Elektroden-Einheit (2.1) stoffschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein innerer Umfang des Rahmenelements (1.1) einem äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) mit einem vorgegebenen Abstand gegenüberliegend angeordnet ist, – in einen durch den vorgegebenen Abstand definierten Freiraum ein Klebstoff (K) eingebracht ist, welcher den inneren Umfang des Rahmenelements (1.1) und den äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) sowie zwei im Bereich des Freiraums sich gegenüberliegende Abschnitte jeweils einer Flachseite der Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3) adhäsiv miteinander verbindet und – der Klebstoff (K) über den Freiraum hinaus abschnittsweise zwischen einer Flachseite einer der Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3), einer Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) und einer Flachseite des Rahmenelements (1.1) eingebracht ist und diese adhäsiv miteinander verbindet.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (K) ein mediendicht aushärtender flüssiger oder pastöser Klebstoff (K) ist.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem äußeren Randbereich des Rahmenelements (1.1) mindestens ein Dichtelement (1.2) angeordnet ist.
Verfahren zur Montage einer Haltevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Rahmenelement (1.1) und die Membran-Elektroden-Anordnung (2) derart zueinander angeordnet werden, dass der innere Umfang des Rahmenelements (1.1) zum äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) mit einem vorgegebenen Abstand gegenüberliegend angeordnet wird, – in einen durch den vorgegebenen Abstand definierten Freiraum ein Klebstoff (K) eingebracht wird, welcher den inneren Umfang des Rahmenelements (1.1) und den äußeren Umfang der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) sowie zwei im Bereich des Freiraums sich gegenüberliegende Abschnitte jeweils einer Flachseite der Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3) adhäsiv miteinander verbindet und – wobei der Klebstoff (K) derart in den Freiraum eingebracht wird, dass dieser sich über den Freiraum hinaus abschnittsweise zwischen einer Flachseite einer der Gasdiffusionsschichten (2.2, 2.3), einer Flachseite der Membran-Elektroden-Einheit (2.1) und einer Flachseite des Rahmenelements (1.1) verteilt und diese adhäsiv miteinander verbindet.