DE102015100737B4 - Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making such - Google Patents

Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making such Download PDF

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Abstract

Elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, umfassend- eine Membran-Elektroden-Einheit (102), die einen elektrochemisch aktiven Bereich (110), mindestens einen in einer Längsrichtung (104) der Membran-Elektroden-Einheit (102) verlaufenden Längs-Randbereich (112) und mindestens einen in einer senkrecht zur Längsrichtung (104) der Membran-Elektroden-Einheit (102) ausgerichteten Querrichtung (106) der Membran-Elektroden-Einheit (102) verlaufenden Quer-Randbereich (114) aufweist, und- mindestens eine Randverstärkungsanordnung (116), die an mindestens einem Längs-Randbereich (112) der Membran-Elektroden-Einheit (102) angeordnet ist,wobei mindestens ein Quer-Randbereich (114) der Membran-Elektroden-Einheit (102) mindestens einen Teilabschnitt (139) aufweist, an dem keine Randverstärkungsanordnung (116) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet,dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung (116) mindestens eine Medium-Durchtrittsöffnung (124) für den Durchtritt eines Mediums der elektrochemischen Vorrichtung aufweist.Electrochemical unit for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, comprising - a membrane electrode assembly (102) having an electrochemically active region (110), at least one in a longitudinal direction (104) of the membrane electrode assembly ( 102) running longitudinal edge region (112) and at least one transverse edge region (114) running in a transverse direction (106) of the membrane electrode assembly (102) perpendicular to the longitudinal direction (104) of the membrane electrode assembly (102) and- at least one edge reinforcement arrangement (116), which is arranged on at least one longitudinal edge area (112) of the membrane electrode assembly (102), wherein at least one transverse edge area (114) of the membrane electrode assembly (102 ) has at least one section (139) on which no edge reinforcement arrangement (116) is arranged, characterized in that at least one edge reinforcement arrangement (116) has at least ei ne medium passage opening (124) for the passage of a medium of the electrochemical device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, welche Folgendes umfasst:

  • - eine Membran-Elektroden-Einheit, die einen elektrochemisch aktiven Bereich, mindestens einen in einer Längsrichtung der Membran-Elektroden-Einheit verlaufenden Längs-Randbereich und mindestens einen in einer senkrecht zur Längsrichtung der Membran-Elektroden-Einheit ausgerichteten Querrichtung der Membran-Elektroden-Einheit verlaufenden Quer-Randbereich aufweist, und
  • - mindestens eine Randverstärkungsanordnung, die an mindestens einem Längs-Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet ist.
The present invention relates to an electrochemical unit for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, which comprises:
  • - a membrane-electrode unit which has an electrochemically active area, at least one longitudinal edge area running in a longitudinal direction of the membrane-electrode unit and at least one transverse direction of the membrane-electrode unit oriented perpendicularly to the longitudinal direction of the membrane-electrode unit Unit extending transverse edge region, and
  • - At least one edge reinforcement arrangement, which is arranged on at least one longitudinal edge area of the membrane-electrode unit.

In elektrochemischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Brennstoffzellenstapeln oder Elektrolyseuren, in denen eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen in einer Stapelrichtung übereinander angeordnet sind, werden in verschiedenen Ebenen einer elektrochemischen Zelle und, je nach Design, auch in verschiedenen Bereichen derselben Ebene unterschiedliche Medien geführt. Diese Medien können insbesondere das anodenseitige Fluid (Brenngas), das kathodenseitige Fluid (Oxidationsmittel) und gegebenenfalls auch ein Kühlfluid sein.In electrochemical devices, such as fuel cell stacks or electrolyzers, in which a large number of electrochemical cells are arranged one above the other in a stacking direction, different media are carried in different levels of an electrochemical cell and, depending on the design, also in different areas of the same level. These media can be, in particular, the anode-side fluid (fuel gas), the cathode-side fluid (oxidant) and possibly also a cooling fluid.

Diese durch die elektrochemische Vorrichtung geführten Medien dürfen sich weder miteinander vermischen noch aus den elektrochemischen Zellen austreten, weshalb in mehreren Ebenen Dichtungen erforderlich sind.These media, which are guided through the electrochemical device, must neither mix with one another nor leak out of the electrochemical cells, which is why seals are required at several levels.

In elektrochemischen Zellen, die neben einer elektrochemischen Einheit eine metallische Separatorplatte oder Bipolarplatte umfassen, können diese Dichtungen vollständig oder teilweise durch Sicken oder, wenn die Separatorplatten oder Bipolarplatten elektrisch leitend miteinander verbunden sein dürfen, durch Schweißverbindungen verwirklicht sein.In electrochemical cells which include a metallic separator plate or bipolar plate in addition to an electrochemical unit, these seals can be implemented completely or partially by beads or, if the separator plates or bipolar plates may be electrically conductively connected to one another, by welded joints.

Die Dichtungen können Elastomermaterialien und/oder Klebstoffe umfassen.The seals may include elastomeric materials and/or adhesives.

Im Bereich der Zufuhr oder Abfuhr der Medien der elektrochemischen Vorrichtung zwischen den sogenannten Manifolds (das heißt den Gasverteilern über die verschiedenen Ebenen eines Brennstoffzellenstapels oder eines Elektrolysestapels hinweg) und den jeweiligen Strömungsfeldern (auch „Flowfields“ genannt), längs welcher die Medien durch die elektrochemischen Zellen geführt werden, müssen die Ströme eines ersten Mediums in einer Ebene unter Dichtungen hindurch geführt werden, die in einer zweiten Ebene ein anderes Medium gegenüber dem Außenraum der elektrochemischen Vorrichtung oder gegenüber anderen Medien abtrennen.In the area of the supply or discharge of the media of the electrochemical device between the so-called manifolds (i.e. the gas distributors across the various levels of a fuel cell stack or an electrolysis stack) and the respective flow fields (also called "flow fields"), along which the media flow through the electrochemical Cells are performed, the streams of a first medium must be passed in one plane under seals that separate another medium from the exterior of the electrochemical device or from other media in a second plane.

Die Anordnungen der verschiedenen Funktionen, wie insbesondere Abdichtung und Medienführung, in in der Stapelrichtung einander überlappenden Bereichen erfordert spezifische konstruktive Lösungen, insbesondere dann, wenn beispielsweise bei der Verwendung metallischer Bipolarplatten nur geringe Bauhöhen zur Verfügung stehen.The arrangement of the various functions, such as sealing and media routing in particular, in areas overlapping one another in the stacking direction requires specific structural solutions, particularly when, for example, only low structural heights are available when using metallic bipolar plates.

Häufig weisen die Dichtungen in den verschiedenen Ebenen einer elektrochemischen Zelle im Stapel einen Versatz gegeneinander in einer zur Stapelrichtung senkrechten Richtung auf.Often the seals in the various levels of an electrochemical cell in the stack are offset from one another in a direction perpendicular to the direction of the stack.

Wenn die Dichtungsanordnung eine ausreichende Eigensteifigkeit aufweist, kann eine Medienführung direkt unter einer Dichtung der Dichtungsanordnung hindurch erfolgen, wobei aufgrund der Eigensteifigkeit auch bei Ausbildung der hierfür erforderlichen Strömungskanäle auf der einen Seite der Dichtung auf der jeweiligen Gegenseite die für die Dichtfunktion erforderliche Verpressung der Dichtung erhalten bleibt.If the sealing arrangement has sufficient inherent rigidity, media can be guided directly under a seal of the sealing arrangement, with the compression of the seal required for the sealing function being maintained on the respective opposite side even if the flow channels required for this are formed on one side of the seal due to the inherent rigidity remains.

Strömungskanäle können in der Dichtung oder in der Bipolarplatte ausgebildet sein.Flow channels can be formed in the gasket or in the bipolar plate.

Alternativ hierzu kann die Abstützung einer Dichtung zur Aufrechterhaltung der Dichtungsfunktion aber auch durch Auflegen einer Verstärkung auf in der Bipolarplatte ausgebildete Stege oder durch Einlegen einer Stützstruktur in Strömungskanäle gewährleistet werden.As an alternative to this, the support of a seal to maintain the sealing function can also be ensured by placing a reinforcement on webs formed in the bipolar plate or by inserting a support structure in flow channels.

Dichtungen können als separate Komponenten in die elektrochemische Vorrichtung eingelegt oder auf einer Bipolarplatte oder auf einem Bestandteil einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Zelle, beispielsweise auf einer Gasdiffusionslage oder auf einer Membran-Elektroden-Einheit, festgelegt sein.Seals can be inserted into the electrochemical device as separate components or fixed on a bipolar plate or on a component of an electrochemical unit for an electrochemical cell, for example on a gas diffusion layer or on a membrane-electrode assembly.

Wegen Vorteilen in der Handhabung und in der Herstellung und wegen der einfachen Dichtungsausführung wird häufig die Festlegung der Dichtung an einer Bipolarplatte bevorzugt.Fixing the seal to a bipolar plate is often preferred because of advantages in handling and manufacturing and because of the simple design of the seal.

In dieser Dichtungskonfiguration hat sich die Kombination der an der Bipolarplatte festgelegten Dichtung mit einer im Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit an der Membran-Elektroden-Einheit (insbesondere an einer katalysatorbeschichteten Membran, CCM) festgelegten Randverstärkungsanordnung als günstig erwiesen, wobei die Randverstärkungsanordnung als Gegenkomponente für die Dichtung dient, eine nachteilige mechanische Belastung der Membran-Elektroden-Einheit verhindern hilft und zugleich eine vorteilhafte Anbindung des elektrochemisch aktiven Bereiches der Membran-Elektroden-Einheit an den Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit sicherstellt.In this seal configuration, the combination of the seal fixed to the bipolar plate with an edge reinforcement arrangement fixed to the membrane electrode assembly (in particular to a catalyst-coated membrane, CCM) in the edge area of the membrane electrode assembly has proven to be favorable, with the edge reinforcement arrangement as a counter-component serves for the seal, an adverse mechanical load Helps prevent the membrane-electrode assembly from being damaged and at the same time ensures an advantageous connection of the electrochemically active area of the membrane-electrode assembly to the edge area of the membrane-electrode assembly.

Eine solche Randverstärkungsanordnung kann insbesondere eine oder mehrere Randverstärkungsfolien umfassen.Such an edge reinforcement arrangement can in particular comprise one or more edge reinforcement films.

Die Randverstärkungsfolien werden auf der gesamten äußeren Umrandung der Membran-Elektroden-Einheit auflaminiert und bilden damit den gesamten Rand der elektrochemischen Einheit aus, auf dem abgedichtet wird.The edge reinforcement foils are laminated onto the entire outer border of the membrane-electrode unit and thus form the entire edge of the electrochemical unit on which sealing is carried out.

Die Dichtung wird in der Regel mit einer über die Dichtungslänge hinweg konstanten Dichtungsstruktur, beispielsweise als Sicke, Elastomerwulst, CIP („Cured in Place“)-Raupe konstanten Querschnitts oder mit Dichtungsflächen auf gleicher Höhe ausgeführt.The seal is usually designed with a sealing structure that is constant over the length of the seal, for example as a bead, elastomer bead, CIP ("cured in place") bead with a constant cross-section or with sealing surfaces at the same height.

Eine Ausnahme hiervon bildet die Durchführung von Medien unter einer versteiften oder abgestützten Dichtung, wobei nur auf der Gegenseite der Mediendurchführung abgedichtet werden muss. In diesem Fall sind die Dichtungslinien auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit, in der Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung gesehen, nicht deckungsgleich, sondern gegeneinander versetzt.An exception to this is when media is routed under a stiffened or supported seal, where sealing only needs to be done on the opposite side of the media route. In this case, the sealing lines on the two opposite sides of the membrane-electrode assembly, viewed in the stacking direction of the electrochemical device, are not congruent, but are offset from one another.

Bei bekannten elektrochemischen Einheiten mit Randverstärkungsanordnung wird mindestens eine Randverstärkungsfolie auf der gesamten Umrandung der Membran-Elektroden-Einheit, also auf allen Längs-Randbereichen und Quer-Randbereichen der Membran-Elektroden-Einheit, auflaminiert.In known electrochemical units with an edge reinforcement arrangement, at least one edge reinforcement film is laminated onto the entire border of the membrane-electrode unit, ie onto all longitudinal edge areas and transverse edge areas of the membrane-electrode unit.

Dies bietet den Vorteil, dass die Dichtungslinien auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Randverstärkungsanordnung gegeneinander versetzt angeordnet werden können, so dass insbesondere im Bereich der Zufuhr und Abfuhr der Medien zwischen den Gasverteilern oder Manifolds einerseits und den Strömungsfeldern andererseits die Medien durch Nutzung der verschiedenen Ebenen in der elektrochemischen Zelle zwischen den Manifolds und den Strömungsfeldern geführt werden, ohne dass die Dichtungsanordnung eine Querschnittsanpassung oder der Dichtungsverlauf einen Ebenenwechsel erfährt.This offers the advantage that the sealing lines on the two opposite sides of the edge reinforcement arrangement can be offset from one another, so that in particular in the area of the supply and discharge of the media between the gas distributors or manifolds on the one hand and the flow fields on the other hand, the media can be used by using the different levels be guided in the electrochemical cell between the manifolds and the flow fields without the sealing arrangement undergoing a cross-sectional adjustment or the sealing profile undergoing a change in level.

Der Aufbau der Dichtungsanordnung kann homogen sein, und die Dichtung einer Ebene der elektrochemischen Zelle wird an jeder Position in gleicher Weise zwischen einer Bipolarplatte und der Randverstärkungsanordnung verpresst.The structure of the sealing arrangement can be homogeneous, and the sealing of one level of the electrochemical cell is pressed in the same way between a bipolar plate and the edge reinforcement arrangement at each position.

Nachteilig bei dieser Ausgestaltung von Membran-Elektroden-Einheit und Randverstärkungsanordnung ist jedoch, dass bei der Verbindung der Randverstärkungsanordnung mit der Membran-Elektroden-Einheit nicht durchgängig in einem Rollenprozess gearbeitet werden kann.The disadvantage of this configuration of the membrane electrode unit and edge reinforcement arrangement, however, is that when connecting the edge reinforcement arrangement to the membrane electrode unit, it is not possible to work continuously in a roller process.

Die Randverstärkungsfolien weisen nämlich ein zentrales Fenster auf, in das die Membran-Elektroden-Einheit eingelegt wird, mit einem zum Laminieren dienenden Überlappungsbereich.This is because the edge-reinforcing films have a central window into which the membrane-electrode assembly is placed, with an overlapping area used for lamination.

Das Ausschneiden der zentralen Fenster aus den Randverstärkungsfolien verursacht einen erheblichen Verschnitt und erfordert einen zusätzlichen Prozessschritt.Cutting out the central window from the edge reinforcement foils causes considerable waste and requires an additional process step.

Die durch das Ausschneiden der Fenster zweidimensional strukturierten Randverstärkungsanordnungen können zu einer Rolle aufgewickelt oder als vereinzelte Teile bereitgestellt werden.The edge reinforcement arrangements structured two-dimensionally by cutting out the windows can be wound up into a roll or provided as individual parts.

Sobald die Randverstärkungsanordnung an das Membran-Elektroden-Material angebunden ist, werden die einzelnen elektrochemischen Einheiten vereinzelt. As soon as the edge reinforcement arrangement is bonded to the membrane electrode material, the individual electrochemical units are separated.

Selbst wenn das Gebilde aus Membran-Elektroden-Einheit und Randverstärkungsfolien in Form einer Rolle weiterverarbeitet werden würde, müsste in den folgenden Prozessschritten auf die jeweilige genaue Position längs der Lauflänge der Rolle geachtet werden, da die exakte Positionierung des elektrochemisch aktiven Bereichs, das heißt des innerhalb des Fensters der Randverstärkungsanordnung liegenden Bereichs der Membran-Elektroden-Einheit, in der elektrochemischen Zelle für die zuverlässige und ordnungsgemäße Funktion der elektrochemischen Zelle entscheidend ist.Even if the structure consisting of the membrane-electrode assembly and the edge-reinforcing foils were to be processed further in the form of a roll, the precise position along the running length of the roll would have to be observed in the subsequent process steps, since the exact positioning of the electrochemically active area, i.e. the the region of the membrane-electrode assembly lying within the window of the edge reinforcement assembly in which the electrochemical cell is critical to the reliable and proper functioning of the electrochemical cell.

Die EP 2 112 705 A1 offenbart eine elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.the EP 2 112 705 A1 discloses an electrochemical unit for an electrochemical device according to the preamble of claim 1.

Die US 2010/0 068 588 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Einheit, bei welchem ein Membran-Elektroden-Material in Bandform bereitgestellt wird, ein Randverstärkungs-Material in Bandform bereitgestellt wird, das Randverstärkungs-Material an dem Membran-Elektroden-Material festgelegt wird und eine elektrochemische Einheit aus dem Membran-Elektroden-Material und dem daran festgelegten Randverstärkungs-Material herausgetrennt wird.the US 2010/0 068 588 A1 discloses a method for manufacturing an electrochemical device, in which a membrane-electrode material is provided in ribbon form, an edge reinforcement material is provided in ribbon form, the edge reinforcement material is attached to the membrane-electrode material, and an electrochemical device from the Membrane electrode material and the edge reinforcement material attached to it is cut out.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine möglichst einfache Verarbeitung, insbesondere eine Verarbeitung von der Rolle, ermöglicht, bis die elektrochemische Einheit mit einer Dichtungsanordnung der elektrochemischen Vorrichtung zusammengeführt wird.The present invention has for its object to provide an electrochemical unit for an electrochemical device of the type mentioned, which is as simple as possible processing, in particular processing the roller, until the electrochemical unit is mated with a sealing assembly of the electrochemical device.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrochemische Einheit nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an electrochemical unit according to claim 1.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Konzept zugrunde, die Randverstärkungsanordnung, insbesondere in einem Rollenprozess, nur auf einem oder mehreren Längs-Randbereichen der Membran-Elektroden-Einheit und allenfalls auf Teilabschnitten der Quer-Randbereiche, nicht aber über die gesamte Länge der Quer-Randbereiche hinweg, anzuordnen.The present invention is based on the concept that the edge reinforcement arrangement, in particular in a roller process, only on one or more longitudinal edge areas of the membrane electrode assembly and possibly on sections of the transverse edge areas, but not over the entire length of the transverse edge areas , to arrange.

Dabei ist die Längsrichtung der Membran-Elektroden-Einheit, längs welcher sich der mindestens eine Längs-Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit erstreckt, grundsätzlich eine beliebige, parallel zu den Hauptflächen der Membran-Elektroden-Einheit und parallel zu mindestens einem äußeren Rand der Membran-Elektroden-Einheit verlaufende Richtung.The longitudinal direction of the membrane-electrode assembly, along which the at least one longitudinal edge region of the membrane-electrode assembly extends, is basically arbitrary, parallel to the main surfaces of the membrane-electrode assembly and parallel to at least one outer edge of the Membrane electrode assembly running direction.

Insbesondere kann die Erstreckung der Membran-Elektroden-Einheit in deren Längsrichtung kleiner sein als in deren Querrichtung.In particular, the extension of the membrane-electrode unit in its longitudinal direction can be smaller than in its transverse direction.

Vorzugsweise entspricht die Längsrichtung der Laufrichtung der Rolle, zu welcher das Membran-Elektroden-Material, aus welchem die Membran-Elektroden-Einheit herausgetrennt wird, zusammen mit dem daran angeordneten mindestens einen Randverstärkungsmaterial aufgewickelt wird. Diese Laufrichtung entspricht wiederum der Umfangsrichtung der Rolle.The longitudinal direction preferably corresponds to the running direction of the roll into which the membrane-electrode material, from which the membrane-electrode unit is separated, is wound up together with the at least one edge reinforcement material arranged on it. This running direction in turn corresponds to the circumferential direction of the roll.

Hierdurch kann die Herstellung der elektrochemischen Einheit durchgängig in einem Rollenprozess erfolgen.As a result, the production of the electrochemical unit can be carried out continuously in a roller process.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrochemische Einheit zwei Randverstärkungsanordnungen umfasst, die voneinander beabstandet und an jeweils einem Längs-Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sind, wobei zwei Quer-Randbereiche der Membran-Elektroden-Einheit jeweils einen Teilabschnitt aufweisen, der sich zwischen den zwei Randverstärkungsanordnungen erstreckt.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the electrochemical unit comprises two edge reinforcement arrangements that are spaced apart from one another and are each arranged on a longitudinal edge region of the membrane electrode assembly, with two transverse edge regions of the membrane electrode assembly each covering a section having extending between the two edge reinforcement assemblies.

In diesem Fall befinden sich die zwei Randverstärkungsanordnungen also an zwei aneinander gegenüberliegenden Endbereichen der Membran-Elektroden-Einheit, während der zwischen diesen Endbereichen liegende Bereich der Membran-Elektroden-Einheit von Randverstärkungsanordnungen frei bleibt. In this case, the two edge reinforcement arrangements are therefore located on two opposite end regions of the membrane-electrode assembly, while the area of the membrane-electrode assembly lying between these end regions remains free of edge reinforcement arrangements.

Diese Ausführungsform ist besonders günstig, wenn sich die Gasverteiler oder Manifolds einer elektrochemischen Zelle, in welcher die elektrochemische Einheit verwendet wird, in einander gegenüberliegenden Endbereichen der elektrochemischen Zelle befinden.This embodiment is particularly beneficial when the gas distributors or manifolds of an electrochemical cell in which the electrochemical unit is used are located in opposite end regions of the electrochemical cell.

Hierdurch können die Vorteile des Einsatzes einer Randverstärkungsanordnung im Bereich der Medienzufuhr und/oder Medienabfuhr in den beiden einander gegenüberliegenden Endbereichen der elektrochemischen Zelle genutzt werden.As a result, the advantages of using an edge reinforcement arrangement in the area of media supply and/or media discharge can be used in the two opposite end areas of the electrochemical cell.

Im Bereich zwischen den Randverstärkungsanordnungen liegt eine Dichtung direkt an der Membran-Elektroden-Einheit an oder ist eine Dichtung direkt an der Membran-Elektroden-Einheit festgelegt.In the area between the edge reinforcement arrangements, a seal rests directly on the membrane-electrode assembly or a seal is fixed directly on the membrane-electrode assembly.

Wenn die Medienzuführungen oder Medienabführungen, die eine entsprechende Dichtungsauslegung unter Nutzung einer Randverstärkungsanordnung verlangen, in nur einem Endbereich der elektrochemischen Zelle angeordnet sind, kann es ausreichend sein, eine Randverstärkungsanordnung nur an einem Längs-Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit anzuordnen.If the media inlets or media outlets, which require a corresponding seal design using an edge reinforcement arrangement, are arranged in only one end area of the electrochemical cell, it may be sufficient to arrange an edge reinforcement arrangement only on a longitudinal edge area of the membrane electrode assembly.

Um das Membran-Elektroden-Material mit dem daran festgelegten Randverstärkungsmaterial trotz der dann unterschiedlichen Dicken in den einander gegenüberliegenden Längs-Randbereichen des Membran-Elektroden-Materials gleichmäßig aufrollen zu können, kann an dem nicht mit Randverstärkungsmaterial versehenen Bereich des Membran-Elektroden-Materials eine Zwischenlage oder Trennfolie mit einer entsprechend angepassten Dicke angeordnet werden, um diese Dickendifferenz zu kompensieren.In order to be able to roll up the membrane electrode material with the edge reinforcement material fixed to it evenly despite the then different thicknesses in the opposite longitudinal edge areas of the membrane electrode material, a Intermediate layer or release film are arranged with an appropriately adjusted thickness to compensate for this thickness difference.

Die Festlegung von Randverstärkungsanordnungen auf nur einem Längs-Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit oder auf zwei einander gegenüberliegenden Längs-Randbereichen der Membran-Elektroden-Einheit ermöglicht die Applizierung des Randverstärkungsmaterials auf das Membran-Elektroden-Material und die Weiterverarbeitung dieser miteinander verbundenen Materialien in einem durchgängigen Rollenprozess.The definition of edge reinforcement arrangements on only one longitudinal edge area of the membrane electrode assembly or on two opposite longitudinal edge areas of the membrane electrode assembly enables the application of the edge reinforcement material to the membrane electrode material and the further processing of these interconnected materials in a continuous role process.

Die Verarbeitung von der Rolle kann kontinuierlich und sehr exakt erfolgen.The processing from the roll can be done continuously and very precisely.

Insbesondere können das Membran-Elektroden-Material und das Randverstärkungsmaterial oder die mehreren Randverstärkungsmaterialien sehr exakt relativ zueinander positioniert werden.In particular, the membrane electrode material and the edge reinforcement material or the plurality of edge reinforcement materials can be positioned very precisely relative to one another.

Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung mindestens eine Medium-Durchtrittsöffnung für den Durchtritt eines Mediums der elektrochemischen Vorrichtung, beispielsweise eines anodischen Fluids, eines kathodischen Fluids oder eines Kühlmediums, aufweist.In the invention it is provided that at least one edge reinforcement arrangement at least at least one medium passage opening for the passage of a medium of the electrochemical device, for example an anodic fluid, a cathodic fluid or a cooling medium.

Diese Medium-Durchtrittsöffnung wird vorzugsweise erst dann erzeugt, wenn das Randverstärkungsmaterial, aus welchem die Randverstärkungsanordnung erzeugt wird, bereits mit dem Membran-Elektroden-Material, aus welchem die Membran-Elektroden-Einheit erzeugt wird, verbunden worden ist.This medium passage opening is preferably only produced when the edge reinforcement material from which the edge reinforcement arrangement is produced has already been connected to the membrane-electrode material from which the membrane-electrode unit is produced.

Vorzugsweise weist mindestens eine Randverstärkungsanordnung zwei oder mehr Medium-Durchtrittsöffnungen für den Durchtritt verschiedener Medien der elektrochemischen Vorrichtung durch die elektrochemische Einheit auf.At least one edge reinforcement arrangement preferably has two or more medium passage openings for the passage of different media of the electrochemical device through the electrochemical unit.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung mindestens eine Randverstärkungsfolie umfasst.Furthermore, it is preferably provided that at least one edge reinforcement arrangement comprises at least one edge reinforcement film.

Eine solche Randverstärkungsfolie besteht vorzugsweise aus einem Material, das unter den Betriebsbedingungen der elektrochemischen Vorrichtung, beispielsweise des Brennstoffzellenstapels oder des Elektrolyseurs, unter Berücksichtigung des Kontakts mit den durch die elektrochemische Vorrichtung geführten Medien und mit den übrigen Komponenten der elektrochemischen Vorrichtung beständig ist.Such an edge reinforcement film is preferably made of a material that is stable under the operating conditions of the electrochemical device, for example the fuel cell stack or the electrolyzer, taking into account the contact with the media conducted through the electrochemical device and with the other components of the electrochemical device.

Beispielsweise kann das Material der Randverstärkungsfolie ein Polytetrafluorethylen, ein Polyvinylidenfluorid, einen Polyester, ein Polyamid, ein Copolyamid, ein Polyamid-Elastomer, ein Polyimid, ein Polyurethan, ein Polyurethan-Elastomer, ein Silikon, einen Silikonkautschuk und/oder ein Silikon-basiertes Elastomer umfassen und insbesondere im Wesentlichen vollständig aus einem oder mehreren dieser Materialien gebildet sein.For example, the material of the edge reinforcement film can be a polytetrafluoroethylene, a polyvinylidene fluoride, a polyester, a polyamide, a copolyamide, a polyamide elastomer, a polyimide, a polyurethane, a polyurethane elastomer, a silicone, a silicone rubber and/or a silicone-based elastomer include and in particular be formed substantially entirely from one or more of these materials.

Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung nur eine Randverstärkungsfolie umfasst.In principle, it can be provided that at least one edge reinforcement arrangement comprises only one edge reinforcement film.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung mindestens zwei Randverstärkungsfolien umfasst, die an einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit anliegen.In a preferred embodiment of the invention, however, it is provided that at least one edge reinforcement arrangement comprises at least two edge reinforcement foils, which rest on opposite sides of the membrane-electrode assembly.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die der Membran-Elektroden-Einheit zugewandten Ränder der zwei an einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit anliegenden Randverstärkungsfolien einen Versatz V in der Querrichtung der Membran-Elektroden-Einheit aufweisen.It can be provided in particular that the edges of the two edge reinforcement films lying on opposite sides of the membrane-electrode assembly facing the membrane-electrode assembly have an offset V in the transverse direction of the membrane-electrode assembly.

Dieser Versatz ist ferner senkrecht zur Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung ausgerichtet.This offset is also oriented perpendicular to the stacking direction of the electrochemical device.

Ein solcher Versatz kann insbesondere bei Verwendung relativ dicker Randverstärkungsfolien ein zuverlässiges Abdichten im Bereich des Übergangs der Dichtung von der Randverstärkungsanordnung zu dem nicht mit der Randverstärkungsanordnung versehenen Bereich der Membran-Elektroden-Einheit erleichtern, da die Gesamtdicke der elektrochemischen Einheit nicht an derselben Stelle um die Dicke beider Randverstärkungsfolien ansteigt, sondern an zwei voneinander beabstandeten Stellen jeweils um die Dicke einer der Randverstärkungsfolien ansteigt. Zwei geringere Stufenhöhen sind in der Dichtungsanordnung leichter zu bewältigen als eine Stufe mit der gesamten Höhe.Such an offset can facilitate reliable sealing in the area of the transition of the seal from the edge reinforcement arrangement to the area of the membrane-electrode assembly not provided with the edge reinforcement arrangement, especially when using relatively thick edge reinforcement films, since the total thickness of the electrochemical unit is not at the same point around the Thickness of both edge reinforcement films increases, but increases at two spaced locations in each case by the thickness of one of the edge reinforcement films. Two lower step heights are easier to accommodate in the seal assembly than one full height step.

Der Versatz V zwischen den Rändern der zwei an einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit anliegenden Randverstärkungsfolien beträgt vorzugsweise mindestens 50 µm und vorzugsweise weniger als 600 µm, insbesondere weniger als 400 µm, besonders bevorzugt weniger als 200 µm.The offset V between the edges of the two edge reinforcement films lying on opposite sides of the membrane electrode assembly is preferably at least 50 μm and preferably less than 600 μm, in particular less than 400 μm, particularly preferably less than 200 μm.

In einem seitlich über die Membran-Elektroden-Einheit überstehenden Überstandsbereich sind die Randverstärkungsfolien vorzugsweise miteinander laminiert, beispielsweise durch Heißlaminieren und/oder Kleben.The edge reinforcement films are preferably laminated to one another in an overhanging region laterally beyond the membrane-electrode assembly, for example by hot lamination and/or gluing.

Da bei Verwendung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Einheit die Dichtungsanordnung der elektrochemischen Zelle, in welcher die elektrochemische Einheit angeordnet ist, an Bereichen der elektrochemischen Einheit mit unterschiedlicher Dicke anliegt (nämlich an der Membran-Elektroden-Einheit ohne die Randverstärkungsanordnung, an der Membran-Elektroden-Einheit mit der Randverstärkungsanordnung und/oder an dem über die Membran-Elektroden-Einheit seitlich überstehenden Bereich der Randverstärkungsanordnung), ist es günstig, wenn die Dichtungsanordnung so ausgelegt ist, dass sie diese unterschiedlichen Dicken der elektrochemischen Einheit durch entsprechende Unterschiede in der Höhe der Dichtungsanordnung kompensiert.Since, when using the electrochemical unit according to the invention, the sealing arrangement of the electrochemical cell in which the electrochemical unit is arranged bears against areas of the electrochemical unit with different thicknesses (namely on the membrane-electrode unit without the edge reinforcement arrangement, on the membrane-electrode unit with the edge reinforcement arrangement and/or on the area of the edge reinforcement arrangement that protrudes laterally beyond the membrane-electrode unit), it is favorable if the sealing arrangement is designed in such a way that it compensates for these different thicknesses of the electrochemical unit by corresponding differences in the height of the sealing arrangement .

Die Abdichtung der verschiedenen Bereiche der elektrochemischen Einheit mit unterschiedlicher Dicke wird erleichtert, wenn mindestens ein der Membran-Elektroden-Einheit zugewandter Randbereich mindestens einer Randverstärkungsfolie sich zu dem der Membran-Elektroden-Einheit zugewandten Rand der Randverstärkungsfolie hin verjüngt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Dicke der elektrochemischen Einheit in dem Randbereich der Randverstärkungsfolie nicht sprunghaft, sondern allmählich abnimmt.The sealing of the different areas of the electrochemical unit with different thicknesses is facilitated if at least one edge area of at least one edge reinforcement foil facing the membrane-electrode assembly tapers towards the edge of the edge reinforcement foil facing the membrane-electrode assembly. on In this way it is achieved that the thickness of the electrochemical unit in the edge region of the edge reinforcement film does not decrease abruptly but gradually.

Vorzugsweise weist mindestens eine Randverstärkungsfolie eine Dicke von weniger als 100 µm, insbesondere von weniger als 50 µm, auf.At least one edge reinforcement film preferably has a thickness of less than 100 μm, in particular less than 50 μm.

Besonders bevorzugt weisen alle Randverstärkungsfolien der elektrochemischen Einheit eine Dicke von weniger als 100 µm, insbesondere von weniger als 50 µm, auf.Particularly preferably, all edge reinforcement films of the electrochemical unit have a thickness of less than 100 μm, in particular less than 50 μm.

Mindestens ein von einer Randverstärkungsanordnung überdeckter Bereich (Längs-Randbereich und/oder Quer-Randbereich) der Membran-Elektroden-Einheit ist vorzugsweise (auf der Kathodenseite und/oder auf der Anodenseite) frei von katalytisch aktivem Material, also nicht mit katalytisch aktivem Material beschichtet. Dies erleichtert die Herstellung der Membran-Elektroden-Einheit in einem Rollenprozess, da dann auch das Aufbringen des katalytisch aktiven Materials im Rollenprozess erfolgen kann.At least one area covered by an edge reinforcement arrangement (longitudinal edge area and/or transverse edge area) of the membrane electrode assembly is preferably (on the cathode side and/or on the anode side) free of catalytically active material, i.e. not coated with catalytically active material . This simplifies the production of the membrane-electrode unit in a roller process, since the catalytically active material can then also be applied in the roller process.

Besonders bevorzugt bleiben alle von einer Randverstärkungsanordnung überdeckten Bereiche der Membran-Elektroden-Einheit frei von katalytisch aktivem Material.All areas of the membrane electrode assembly covered by an edge reinforcement arrangement particularly preferably remain free of catalytically active material.

Die erfindungsgemäße elektrochemische Einheit eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Zelle für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, welche eine erfindungsgemäße elektrochemische Einheit und mindestens eine Dichtungsanordnung, die mit der mindestens einen Randverstärkungsanordnung und mit dem mindestens einen Teilabschnitt des mindestens einen Quer-Randbereichs der Membran-Elektroden-Einheit in Kontakt steht, umfasst.The electrochemical unit according to the invention is particularly suitable for use in an electrochemical cell for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, which has an electrochemical unit according to the invention and at least one sealing arrangement which is equipped with the at least one edge reinforcement arrangement and with the at least one section of the at least one Transverse edge region of the membrane electrode assembly is in contact includes.

Die Membran-Elektroden-Einheit der erfindungsgemäßen elektrochemischen Einheit umfasst vorzugsweise eine Polymerelektrolyt-Membran.The membrane-electrode unit of the electrochemical unit according to the invention preferably comprises a polymer electrolyte membrane.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, wobei die elektrochemische Einheit eine Membran-Elektroden-Einheit, die einen elektrochemisch aktiven Bereich, mindestens einen in einer Längsrichtung der Membran-Elektroden-Einheit verlaufenden Längs-Randbereich und mindestens einen in einer senkrecht zur Längsrichtung der Membran-Elektroden-Einheit ausgerichteten Querrichtung der Membran-Elektroden-Einheit verlaufenden Quer-Randbereich aufweist, umfasst.The present invention also relates to a method for producing an electrochemical unit for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, the electrochemical unit having a membrane-electrode unit which has an electrochemically active region, at least one in a longitudinal direction of the membrane electrodes unit and at least one transverse edge region running in a transverse direction of the membrane electrode assembly perpendicular to the longitudinal direction of the membrane electrode assembly.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung zu schaffen, welches eine möglichst einfache Verarbeitung des Membran-Elektroden-Materials und mindestens eines Randverstärkungsmaterials, insbesondere in einem Rollenprozess, ermöglicht, bis die Membran-Elektroden-Einheit zusammen mit dem mindestens einen Randverstärkungsmaterial mit einer Dichtungsanordnungen der elektrochemischen Vorrichtung zusammengeführt wird.The present invention is based on the further object of creating such a method for producing an electrochemical unit for an electrochemical device, which allows the simplest possible processing of the membrane electrode material and at least one edge reinforcement material, in particular in a roller process, until the membrane -electrode unit together with the at least one edge reinforcement material is brought together with a sealing arrangement of the electrochemical device.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 12.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verbleibt in der Querrichtung des Membran-Elektroden-Materials seitlich neben dem an dem Membran-Elektroden-Material festgelegten mindestens einen Randverstärkungs-Material ein von Randverstärkungs-Material freier Streifen des Membran-Elektroden-Materials, welcher sich in der Längsrichtung des Membran-Elektroden-Materials erstreckt. Hierdurch ist eine besonders einfache Weiterverarbeitbarkeit des Membran-Elektroden-Materials mit dem daran festgelegten mindestens einen Randverstärkungs-Material, insbesondere in einem Rollenprozess, gewährleistet.In the method according to the invention, a strip of membrane electrode material free of edge reinforcement material remains in the transverse direction of the membrane electrode material next to the at least one edge reinforcement material fixed to the membrane electrode material, which strip extends in the longitudinal direction of the Membrane electrode material extends. This ensures particularly simple further processing of the membrane electrode material with the at least one edge reinforcement material attached thereto, in particular in a roll process.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Membran-Elektroden-Material und das daran festgelegte mindestens eine Randverstärkungs-Material zumindest teilweise aufgerollt und zumindest teilweise wieder abgerollt werden, bevor mindestens eine elektrochemische Einheit aus dem Membran-Elektroden-Material und dem daran festgelegten mindestens einen Randverstärkungs-Material herausgetrennt wird.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the membrane electrode material and the at least one edge reinforcement material attached thereto are at least partially rolled up and at least partially unrolled again before at least one electrochemical unit made of the membrane electrode material and the at least one edge reinforcement material attached thereto is cut out.

Um die Verarbeitung des lokal unterschiedliche Dicken aufweisenden Membran-Elektroden-Materials mit dem daran festgelegten mindestens einen Randverstärkungs-Material zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass mindestens ein nicht mit dem mindestens einen Randverstärkungs-Material versehener Bereich des Membran-Elektroden-Materials, vorzugsweise vor dem zumindest teilweisen Aufrollen des Membran-Elektroden-Materials und des daran festgelegten mindestens einen Randverstärkungs-Materials, mit einem Trennelement, beispielsweise in Form einer Trennfolie, versehen wird.In order to facilitate the processing of the membrane electrode material, which has locally different thicknesses and the at least one edge reinforcement material attached to it, it can be provided that at least one area of the membrane electrode material not provided with the at least one edge reinforcement material, preferably is provided with a separating element, for example in the form of a separating film, before the at least partial rolling up of the membrane electrode material and the at least one edge reinforcement material attached thereto.

Ein solches Trennelement ist vorzugsweise nur auf das Membran-Elektroden-Material aufgelegt und nicht fest mit demselben verbunden, so dass das Trennelement bei der weiteren Verarbeitung leicht wieder von dem Membran-Elektroden-Material abgenommen werden kann.Such a separating element is preferably only placed on the membrane electrode material and is not firmly connected to the same, so that the separating element is light during further processing can be removed again from the membrane electrode material.

Solche Trennelemente können an nur einer oder an beiden einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Membran-Elektroden-Materials angeordnet sein.Such separating elements can be arranged on only one or on both opposing main surfaces of the membrane electrode material.

Um ein Verkleben von im aufgerollten Zustand in der Radialrichtung der Wicklung aufeinanderfolgenden Lagen des Membran-Elektroden-Materials und des mindestens einen Randverstärkungs-Materials zu vermeiden, kann ferner vorgesehen sein, dass ein sich über die gesamte Breite des Membran-Elektroden-Materials und des daran angeordneten mindestens einen Randverstärkungs-Materials hinweg erstreckendes Trennelement, beispielsweise in Form einer Trennfolie, auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Membran-Elektroden-Materials und des daran angeordneten mindestens einen Randverstärkungs-Materials angeordnet wird.In order to prevent successive layers of the membrane electrode material and the at least one edge reinforcement material from sticking together in the radial direction of the winding in the rolled-up state, it can also be provided that a layer extending over the entire width of the membrane electrode material and the at least one edge reinforcement material arranged thereon, extending away from the separating element, for example in the form of a separating film, is arranged on one side or on both sides of the membrane electrode material and the at least one edge reinforcement material arranged thereon.

Weitere besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrochemischen Einheit erläutert worden.Further special configurations of the method according to the invention have already been explained above in connection with the different configurations of the electrochemical unit according to the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine schematische Draufsicht auf eine elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, parallel zur Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung gesehen;
  • 2 einen parallel zur Stapelrichtung genommenen ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine Membran-Elektroden-Einheit und eine an der Membran-Elektroden-Einheit festgelegte Randverstärkungsanordnung der elektrochemischen Einheit aus 1, längs der Linie 2 - 2 in 1;
  • 3 eine schematische perspektivische Darstellung des Aufrollens eines bandförmigen Membran-Elektroden-Materials und daran festgelegter bandförmiger Randverstärkungs-Materialien;
  • 4 eine schematische perspektivische Darstellung des Aufrollens eines bandförmigen Membran-Elektroden-Materials und daran festgelegter bandförmiger Randverstärkungs-Materialien, wobei im Bereich zwischen in der Querrichtung des Membran-Elektroden-Materials voneinander beabstandeten Randverstärkungs-Materialien eine Trennfolie an dem Membran-Elektroden-Material angeordnet worden ist;
  • 5 einen der 2 entsprechenden ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Membran-Elektroden-Einheit und eine daran festgelegte Randverstärkungsanordnung bei einer zweiten Ausführungsform, bei welcher die Randverstärkungsanordnung zwei Randverstärkungsfolien umfasst, die an einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit anliegen, wobei die der Membran-Elektroden-Einheit zugewandten Ränder der zwei Randverstärkungsfolien in einer senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Richtung gegeneinander versetzt sind;
  • 6 einen der 2 entsprechenden ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Membran-Elektroden-Einheit und eine daran festgelegte Randverstärkungsanordnung bei einer dritten Ausführungsform, bei welcher die Randverstärkungsanordnung nur eine Randverstärkungsfolie umfasst, welche an einer Seite der Membran-Elektroden-Einheit anliegt;
  • 7 einen der 2 entsprechenden ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Membran-Elektroden-Einheit und eine daran festgelegte Randverstärkungsanordnung bei einer vierten Ausführungsform, bei welcher die der Membran-Elektroden-Einheit zugewandten Randbereiche der Randverstärkungsfolien sich zu dem der Membran-Elektroden-Einheit zugewandten Rand hin nicht verjüngen; und
  • 8 einen der 2 entsprechenden ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Membran-Elektroden-Einheit und eine daran festgelegte Randverstärkungsanordnung bei einer fünften Ausführungsform, bei welcher die Randverstärkungsanordnung nur eine Randverstärkungsfolie umfasst, deren der Membran-Elektroden-Einheit zugewandter Randbereich sich zu dem der Membran-Elektroden-Einheit zugewandten Rand hin nicht verjüngt.
In the drawings show:
  • 1 a schematic plan view of an electrochemical unit for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, seen parallel to the stacking direction of the electrochemical device;
  • 2 1 shows a partial longitudinal section taken parallel to the stacking direction through a membrane-electrode assembly and an edge reinforcement arrangement of the electrochemical unit fixed to the membrane-electrode assembly 1 , along the line 2 - 2 in 1 ;
  • 3 a schematic perspective representation of the rolling up of a strip-shaped membrane electrode material and strip-shaped edge reinforcement materials fixed thereto;
  • 4 a schematic perspective view of the rolling up of a strip-shaped membrane electrode material and strip-shaped edge reinforcement materials attached thereto, with a separating film being arranged on the membrane electrode material in the area between edge reinforcement materials spaced apart from one another in the transverse direction of the membrane electrode material is;
  • 5 one of the 2 corresponding partial longitudinal section through the membrane-electrode unit and an edge reinforcement arrangement fixed thereto in a second embodiment, in which the edge reinforcement arrangement comprises two edge reinforcement foils which rest on opposite sides of the membrane-electrode unit, with those facing the membrane-electrode unit edges of the two edge reinforcing sheets are offset from each other in a direction perpendicular to the stacking direction;
  • 6 one of the 2 corresponding partial longitudinal section through the membrane-electrode unit and an edge reinforcement arrangement fixed thereto in a third embodiment, in which the edge reinforcement arrangement comprises only one edge reinforcement film which rests on one side of the membrane-electrode unit;
  • 7 one of the 2 corresponding partial longitudinal section through the membrane-electrode unit and an edge reinforcement arrangement fixed thereto in a fourth embodiment, in which the edge regions of the edge-reinforcing films facing the membrane-electrode unit do not taper towards the edge facing the membrane-electrode unit; and
  • 8th one of the 2 Corresponding partial longitudinal section through the membrane-electrode unit and an edge reinforcement arrangement attached thereto in a fifth embodiment, in which the edge reinforcement arrangement comprises only one edge reinforcement film, whose edge area facing the membrane-electrode unit extends towards the edge facing the membrane-electrode unit not tapered.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference symbols in all figures.

Eine in den 1 und 2 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, umfasst eine Membran-Elektroden-Einheit 102, welche eine Kathode, eine Anode und eine dazwischenliegende Elektrolyt-Membran umfasst, wobei diese verschiedenen Schichten der Membran-Elektroden-Einheit 102 in den beigefügten Zeichnungen nicht einzeln dargestellt sind.one in the 1 and 2 The illustrated electrochemical unit, denoted as a whole by 100, for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, comprises a membrane-electrode unit 102, which comprises a cathode, an anode and an electrolyte membrane in between, these various layers of the Membrane electrode assembly 102 are not shown individually in the accompanying drawings.

Die Membran-Elektroden-Einheit 102 ist beispielsweise im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und erstreckt sich in einer Längsrichtung 104 und in einer senkrecht zur Längsrichtung 104 und ebenso wie die Längsrichtung 104 parallel zu den Hauptflächen 108 der Membran-Elektroden-Einheit 102 ausgerichteten Querrichtung 106.Membrane-electrode assembly 102 is, for example, essentially rectangular in shape and extends in a longitudinal direction 104 and in a transverse direction 106, which is perpendicular to longitudinal direction 104 and, like longitudinal direction 104, parallel to main surfaces 108 of membrane-electrode assembly 102.

Die Membran-Elektroden-Einheit 102 umfasst einen mittigen, elektrochemisch aktiven Bereich 110, der von zwei streifenförmigen, sich in der Längsrichtung 104 der Membran-Elektroden-Einheit 102 erstreckenden Längs-Randbereichen 112 und von zwei streifenförmigen, sich in der Querrichtung 106 der Membran-Elektroden-Einheit 102 erstreckenden Quer-Randbereichen 114 umgeben ist.The membrane-electrode assembly 102 comprises a central, electrochemically active area 110, which consists of two strip-shaped longitudinal edge regions 112 extending in the longitudinal direction 104 of the membrane-electrode assembly 102 and two strip-shaped longitudinal edge regions 112 extending in the transverse direction 106 of the membrane -Electrode unit 102 extending transverse edge regions 114 is surrounded.

An jedem der Längs-Randbereiche 112 der Membran-Elektroden-Einheit 102 ist jeweils eine Randverstärkungsanordnung 116 angeordnet.An edge reinforcement arrangement 116 is arranged on each of the longitudinal edge regions 112 of the membrane electrode assembly 102 .

Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der elektrochemischen Einheit 100 umfasst die Randverstärkungsanordnung 116 zwei Randverstärkungsfolien 118, die an den einander gegenüberliegenden Hauptflächen 108 der Membran-Elektroden-Einheit 102 anliegen.At the in the 1 and 2 In the illustrated embodiment of the electrochemical unit 100, the edge reinforcement arrangement 116 comprises two edge reinforcement foils 118 which rest against the opposite main surfaces 108 of the membrane electrode assembly 102.

Jede Randverstärkungsfolie 118 besteht vorzugsweise aus einem Polymermaterial.Each edge reinforcement sheet 118 is preferably made of a polymeric material.

Das Polymermaterial kann beispielsweise ein thermoplastisches, duroplastisches oder elastomeres Polymermaterial sein.The polymeric material can be, for example, a thermoplastic, thermosetting or elastomeric polymeric material.

Beispielsweise kann das Material der Randverstärkungsfolien 118 ein Polytetrafluorethylen, ein Polyvinylidenfluorid, ein Polyester, ein Polyamid, ein Copolyamid, ein Polyamid-Elastomer, ein Polyimid, ein Polyurethan, ein Polyurethan-Elastomer, ein Silikon, einen Silikonkautschuk und/oder ein Silikon-basiertes Elastomer umfassen.For example, the material of the edge reinforcement foils 118 can be a polytetrafluoroethylene, a polyvinylidene fluoride, a polyester, a polyamide, a copolyamide, a polyamide elastomer, a polyimide, a polyurethane, a polyurethane elastomer, a silicone, a silicone rubber and/or a silicone-based one include elastomer.

Die Dicke jeder Randverstärkungsfolie 118 beträgt vorzugsweise mindestens 10 µm.The thickness of each edge reinforcing sheet 118 is preferably at least 10 µm.

Ferner beträgt die Dicke jeder Randverstärkungsfolie 118 vorzugsweise höchstens 150 µm.Also, the thickness of each edge reinforcing sheet 118 is preferably 150 µm or less.

Im Bereich der Längs-Randbereiche 112 der Membran-Elektroden-Einheit 102 sind die Randverstärkungsfolien 118 vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Heißlaminieren und/oder Kleben, an der Membran-Elektroden-Einheit 102 festgelegt.In the area of the longitudinal edge regions 112 of the membrane-electrode unit 102, the edge-reinforcing films 118 are preferably fixed to the membrane-electrode unit 102 in a materially bonded manner, for example by hot lamination and/or gluing.

In einem über einen äußeren Rand 120 der Membran-Elektroden-Einheit 102 seitlich überstehenden Überstandsbereich 122 der Randverstärkungsanordnung 116 sind die Randverstärkungsfolien 118 vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Heißlaminieren und/oder Kleben, aneinander festgelegt.In a region 122 of the edge reinforcement arrangement 116 that protrudes laterally beyond an outer edge 120 of the membrane electrode assembly 102, the edge reinforcement films 118 are preferably bonded to one another, for example by hot lamination and/or gluing.

Wie aus 1 zu ersehen ist, ist die Randverstärkungsanordnung 116 in dem Überstandsbereich 122 vorzugsweise mit einer oder mehreren Medium-Durchtrittsöffnungen 124 versehen, welche jeweils den Durchtritt eines Mediums, das der elektrochemischen Vorrichtung, in welcher die elektrochemische Einheit 100 angeordnet ist, zugeführt oder aus der elektrochemischen Vorrichtung abgeführt wird, durch die Randverstärkungsanordnung 116 und damit durch die elektrochemische Einheit 100 hindurch ermöglichen.How out 1 As can be seen, the edge reinforcement arrangement 116 is preferably provided with one or more medium passage openings 124 in the overhanging region 122, which respectively permit the passage of a medium which is supplied to the electrochemical device in which the electrochemical unit 100 is arranged, or from the electrochemical device is discharged through the edge reinforcement arrangement 116 and thus through the electrochemical unit 100 through.

Beispielsweise kann eine Medium-Durchtrittsöffnung 124a für den Durchtritt eines Brenngases, eine Medium-Durchtrittsöffnung 124b für den Durchtritt eines Oxidationsmittels und/oder eine Medium-Durchtrittsöffnung 124c für den Durchtritt eines Kühlmittels durch die elektrochemische Einheit 100 vorgesehen sein.For example, a medium passage opening 124a for the passage of a combustion gas, a medium passage opening 124b for the passage of an oxidizing agent and/or a medium passage opening 124c for the passage of a coolant through the electrochemical unit 100 can be provided.

Die Anzahl und Anordnung der Medium-Durchtrittsöffnungen 124 in der Randverstärkungsanordnung 116, insbesondere auch die relative Größe der Medium-Durchtrittsöffnungen 124 und die Reihenfolge der Medium-Durchtrittsöffnungen 124 längs der Längsrichtung 104, ist grundsätzlich beliebig.The number and arrangement of the medium passage openings 124 in the edge reinforcement arrangement 116, in particular also the relative size of the medium passage openings 124 and the order of the medium passage openings 124 along the longitudinal direction 104, is fundamentally arbitrary.

Um eine Vermischung der verschiedenen Medien und/oder ein Austreten der Medien in die die elektrochemische Vorrichtung umgebende Atmosphäre zu verhindern, ist die elektrochemische Einheit 100 mit die Medium-Durchtrittsöffnungen 124 umschließenden Dichtungsanordnungen 126 versehen.In order to prevent the different media from mixing and/or the media from escaping into the atmosphere surrounding the electrochemical device, the electrochemical unit 100 is provided with sealing arrangements 126 surrounding the medium passage openings 124 .

Diese Dichtungsanordnungen 126 können an der Randverstärkungsanordnung 116 oder an einer in einer Stapelrichtung 128 auf die Randverstärkungsanordnung 116 folgenden (nicht dargestellten) Bipolarplatte der elektrochemischen Vorrichtung festgelegt sein.These sealing assemblies 126 may be secured to the edge reinforcement assembly 116 or to a bipolar plate (not shown) of the electrochemical device following the edge reinforcement assembly 116 in a stacking direction 128 .

Zwei verschiedenen Medium-Durchtrittsöffnungen 124 zugeordnete Dichtungsanordnungen 126 können einander berühren und/oder einstückig miteinander ausgebildet sein.Two different medium through-openings 124 associated sealing arrangements 126 can touch each other and / or be formed integrally with each other.

Vorzugsweise sind solche Dichtungsanordnungen 126 auf beiden Seiten der Randverstärkungsanordnung 116 angeordnet.Preferably, such seal assemblies 126 are disposed on both sides of the rim reinforcement assembly 116 .

Dort, wo ein durch eine Medium-Durchtrittsöffnung 124 hindurchtretendes Medium einer Kathodenseite oder einer Anodenseite der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugeführt werden soll, ist die der betreffenden Medium-Durchtrittsöffnung 124 zugeordnete Dichtungsanordnung 126 vorzugsweise unterbrochen oder mit Durchgangsöffnungen versehen, um eine Fluidverbindung zwischen dem elektrochemisch aktiven Bereich 110 der Membran-Elektroden-Einheit 102 einerseits und der betreffenden Medium-Durchtrittsöffnung 124 andererseits herzustellen.Where a medium passing through a medium through-opening 124 is to be supplied to a cathode side or an anode side of membrane-electrode unit 102, the sealing arrangement 126 associated with the relevant medium through-opening 124 is preferably interrupted or provided with through-openings in order to establish a fluid connection between the electrochemically active area 110 of the membrane-electrode unit 102 on the one hand and the relevant medium passage opening 124 on the other hand.

Auch der elektrochemisch aktive Bereich 110 der Membran-Elektroden-Einheit 102 ist von einer Dichtungsanordnung 130 umgeben, um zu verhindern, dass Betriebsmedien, beispielsweise Brenngas und/oder Oxidationsmittel, aus dem elektrochemisch aktiven Bereich 110 der Membran-Elektroden-Einheit 102 in die die elektrochemische Vorrichtung umgebende Atmosphäre gelangen.The electrochemically active region 110 of the membrane electrode assembly 102 is surrounded by a sealing arrangement 130 to prevent operating media, such as fuel gas and / or oxidizing agent, from the electrochemically active region 110 of the membrane electrode assembly 102 in the reach electrochemical device surrounding atmosphere.

Vorzugsweise ist auf jeder Seite der Membran-Elektroden-Einheit 102 eine solche Dichtungsanordnung 130 vorgesehen.Such a sealing arrangement 130 is preferably provided on each side of the membrane electrode assembly 102 .

Die Dichtungsanordnung 130 kann in den Längs-Randbereichen der Membran-Elektroden-Einheit 102 an der Randverstärkungsanordnung 116 oder an einer in der Stapelrichtung 128 auf die Randverstärkungsanordnung 116 folgenden (nicht dargestellten) Bipolarplatte festgelegt sein.The sealing arrangement 130 can be fixed in the longitudinal edge regions of the membrane electrode assembly 102 on the edge reinforcement arrangement 116 or on a bipolar plate (not shown) following the edge reinforcement arrangement 116 in the stacking direction 128 .

Im Bereich zwischen den beiden Randverstärkungsanordnungen 116 kann die Dichtungsanordnung 130 an der Membran-Elektroden-Einheit 102 oder an einer in der Stapelrichtung 128 auf die Membran-Elektroden-Einheit 102 folgenden (nicht dargestellten) Bipolarplatte festgelegt sein.In the region between the two edge reinforcement arrangements 116, the sealing arrangement 130 can be fixed to the membrane-electrode assembly 102 or to a bipolar plate (not shown) following the membrane-electrode assembly 102 in the stacking direction 128.

Die zwischen den Randverstärkungsanordnungen 116 verlaufenden Abschnitte 130a der Dichtungsanordnung 130 beranden eine elektrochemisch aktive Fläche 132 der Membran-Elektroden-Einheit 102 und begrenzen diese Fläche in der Längsrichtung 104.The sections 130a of the sealing arrangement 130 running between the edge reinforcement arrangements 116 border an electrochemically active surface 132 of the membrane electrode assembly 102 and delimit this surface in the longitudinal direction 104.

In der Querrichtung 106 der Membran-Elektroden-Einheit 102 wird die elektrochemisch aktive Fläche 132 durch die der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugewandten Ränder der Randverstärkungsfolien 118 der Randverstärkungsanordnungen 116 begrenzt, welche in der Längsrichtung 104 der Membran-Elektroden-Einheit 102 verlaufen.In the transverse direction 106 of the membrane-electrode assembly 102, the electrochemically active surface 132 is delimited by the edges of the edge-reinforcing films 118 of the edge-reinforcing arrangements 116 that face the membrane-electrode assembly 102, which run in the longitudinal direction 104 of the membrane-electrode assembly 102.

Die elektrochemisch aktiven Flächen 132 des elektrochemisch aktiven Bereichs 110 der Membran-Elektroden-Einheit 102 werden also durch die Abschnitte 130a der Dichtungsanordnung 130 und durch die Ränder 134 der Randverstärkungsanordnungen 116 berandet.The electrochemically active surfaces 132 of the electrochemically active area 110 of the membrane-electrode assembly 102 are therefore bordered by the sections 130a of the sealing arrangement 130 and by the edges 134 of the edge reinforcement arrangements 116 .

Die Längs-Randbereiche 112 der Membran-Elektroden-Einheit 102 entsprechen den Bereichen der Membran-Elektroden-Einheit 102, welche zwischen jeweils einem Rand 134 einer Randverstärkungsanordnung 116 einerseits und einem in der Längsrichtung 104 der Membran-Elektroden-Einheit 102 verlaufenden äußeren Randabschnitt 136 der Membran-Elektroden-Einheit 102 andererseits liegen.Longitudinal edge regions 112 of membrane-electrode assembly 102 correspond to the regions of membrane-electrode assembly 102 which lie between an edge 134 of an edge reinforcement arrangement 116 on the one hand and an outer edge section 136 running in longitudinal direction 104 of membrane-electrode assembly 102 of the membrane electrode assembly 102 on the other hand.

Die Quer-Randbereiche 114 der Membran-Elektroden-Einheit 102 entsprechen denjenigen Bereichen der Membran-Elektroden-Einheit 102, welche zwischen jeweils einem Teilabschnitt 130a der Dichtungsanordnung 130 einerseits und einem in der Querrichtung 106 der Membran-Elektroden-Einheit 102 verlaufenden äußeren Randabschnitt 138 der Membran-Elektroden-Einheit 102 andererseits liegen.Transverse edge regions 114 of membrane-electrode assembly 102 correspond to those regions of membrane-electrode assembly 102 which lie between a partial section 130a of sealing arrangement 130 on the one hand and an outer edge section 138 running in transverse direction 106 of membrane-electrode assembly 102 of the membrane electrode assembly 102 on the other hand.

An dem zwischen den einander zugewandten Rändern 134 der beiden Randverstärkungsanordnungen 116 liegenden Teilabschnitt 139 jedes Quer-Randbereichs 114 ist keine Randverstärkungsanordnung 116 angeordnet.No edge reinforcement arrangement 116 is arranged on the partial section 139 of each transverse edge region 114 lying between the mutually facing edges 134 of the two edge reinforcement arrangements 116 .

Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der elektrochemischen Einheit 100 liegen die einander zugewandten Ränder 134 der Randverstärkungsfolien 118 und die Teilabschnitte 130a der Dichtungsanordnungen 130 auf der Kathodenseite 140 und auf der Anodenseite 142 der Membran-Elektroden-Einheit 102 längs der Stapelrichtung 128 ohne Versatz übereinander, so dass die kathodenseitige elektrochemisch aktive Fläche 132a, durch welche Oxidationsmittel zu der Kathode der Membran-Elektroden-Einheit 102 gelangen kann, gleich groß ist wie die anodenseitige elektrochemisch aktive Fläche 132b, durch welche Brenngas zu der Anode der Membran-Elektroden-Einheit 102 gelangen kann.At the in the 1 and 2 In the illustrated embodiment of the electrochemical unit 100, the mutually facing edges 134 of the edge reinforcement foils 118 and the sections 130a of the sealing arrangements 130 on the cathode side 140 and on the anode side 142 of the membrane-electrode unit 102 lie one on top of the other along the stacking direction 128 without any offset, so that the cathode-side electrochemically active surface 132a, through which oxidizing agent can reach the cathode of the membrane electrode assembly 102, is the same size as the anode-side electrochemically active surface 132b, through which fuel gas can reach the anode of the membrane electrode assembly 102.

Wie am besten aus 2 zu ersehen ist, weist die elektrochemische Einheit 100 in unterschiedlichen Bereichen voneinander verschiedene Dicken auf.How best 2 As can be seen, the electrochemical assembly 100 has different thicknesses in different areas.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Dicke d1 der Membran-Elektroden-Einheit 102 geringer ist als die Dicke d2 der elektrochemischen Einheit 100 im Bereich der Längs-Randbereiche 112 der Membran-Elektroden-Einheit 102, welche im Wesentlichen der Summe der Dicken der Membran-Elektroden-Einheit 102 und der Randverstärkungsfolien 118 entspricht.In particular, it can be provided that the thickness d 1 of the membrane-electrode assembly 102 is less than the thickness d 2 of the electrochemical unit 100 in the area of the longitudinal edge regions 112 of the membrane-electrode assembly 102, which is essentially the sum of the thicknesses of the membrane-electrode assembly 102 and the edge reinforcing foils 118 corresponds.

Die Dicke d2 der elektrochemischen Einheit 100 im Bereich der Längs-Randbereiche 112 der Membran-Elektroden-Einheit 102 ist wiederum vorzugsweise größer als die Dicke d3 der elektrochemischen Einheit 100 in dem Überstandsbereich 122 der Randverstärkungsanordnungen 116, in welchem die Randverstärkungsfolien 118 direkt aneinander anliegen.The thickness d 2 of the electrochemical unit 100 in the area of the longitudinal edge regions 112 of the membrane-electrode assembly 102 is in turn preferably greater than the thickness d 3 of the electrochemical unit 100 in the overhanging area 122 of the edge reinforcement arrangements 116, in which the edge reinforcement films 118 directly adjoin each other issue.

Die Dicke d3 der Randverstärkungsanordnungen 116 im Überstandsbereich 122 kann grundsätzlich größer als die Dicke d1 der Membran-Elektroden-Einheit 102, gleich groß wie die Dicke d1 der Membran-Elektroden-Einheit 102 oder kleiner als die Dicke d1 der Membran-Elektroden-Einheit 102 sein.The thickness d 3 of the edge reinforcement arrangements 116 in the overhanging area 122 can in principle be greater than the thickness d 1 of the membrane-electrode assembly 102, the same size as the thickness d 1 of the membrane-electrode assembly 102 or smaller than the thickness d 1 of the membrane be electrode unit 102.

Vorzugsweise ist die Dicke d3 größer als die Dicke d1.The thickness d 3 is preferably greater than the thickness d 1 .

Die den elektrochemisch aktiven Bereich 110 der Membran-Elektroden-Einheit 102 umgebende Dichtungsanordnung 130 erstreckt sich durch alle vorstehend genannten Bereiche mit den unterschiedlichen Dicken d1, d2 beziehungsweise d3 hindurch. Um in allen diesen Bereichen eine ausreichende Dichtpressung an der Dichtungsanordnung 126 aufrechtzuerhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Unterschiede in den Dicken d1, d2 und d3 durch eine gegenläufige Anpassung der Höhen der Dichtungsanordnung 130 in diesen Bereichen zumindest teilweise, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig, kompensiert werden.The sealing arrangement 130 surrounding the electrochemically active area 110 of the membrane-electrode assembly 102 extends through all of the aforementioned areas with the different thicknesses d 1 , d 2 and d 3 . In order to maintain sufficient sealing pressure on the sealing arrangement 126 in all of these areas, it is preferably provided that the differences in the thicknesses d 1 , d 2 and d 3 are compensated for at least partially, particularly preferably in the Essentially fully compensated.

Um eine sprunghafte Änderung der Höhe der Dichtungsanordnung 130 beim Übergang von dem elektrochemisch aktiven Bereich 110 zu dem Längs-Randbereich 112 zu vermeiden, ist es günstig, wenn, wie in 2 dargestellt, die der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugewandten Randbereiche 144 der Randverstärkungsfolien 118 sich zu dem der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugewandten Rand 134 der jeweiligen Randverstärkungsfolie 118 hin, vorzugsweise im Wesentlichen stetig, verjüngen.In order to avoid a sudden change in the height of the sealing arrangement 130 at the transition from the electrochemically active region 110 to the longitudinal edge region 112, it is favorable if, as in 2 shown, the edge regions 144 of the edge reinforcement foils 118 facing the membrane electrode unit 102 taper, preferably essentially continuously, towards the edge 134 of the respective edge reinforcement foil 118 facing the membrane electrode unit 102 .

Besonders günstig ist es, wenn die Dicke der jeweiligen Randverstärkungsfolie 118 innerhalb des jeweiligen Randbereichs 144 bis zu dem jeweiligen Rand 134 hin bis auf null abnimmt.It is particularly favorable if the thickness of the respective edge reinforcement film 118 decreases to zero within the respective edge region 144 as far as the respective edge 134 .

Zur Herstellung der vorstehend beschriebenen elektrochemischen Einheit 100 wird wie folgt vorgegangen (siehe 3):

  • Ein Membran-Elektroden-Material 146 in Bandform wird bereitgestellt. Dabei entspricht die Ausdehnung des Membran-Elektroden-Materials 146 in seiner Querrichtung 106 der Ausdehnung der Membran-Elektroden-Einheit 102 in der Querrichtung 106.
To manufacture the electrochemical unit 100 described above, the procedure is as follows (see FIG 3 ):
  • A membrane electrode material 146 in ribbon form is provided. The expansion of membrane-electrode material 146 in its transverse direction 106 corresponds to the expansion of membrane-electrode assembly 102 in transverse direction 106.

Die Ausdehnung des bandförmigen Membran-Elektroden-Materials 146 in der Längsrichtung 104 ist hingegen größer als die Ausdehnung einer fertigen Membran-Elektroden-Einheit 102 in der Längsrichtung 104, vorzugsweise größer als die Ausdehnung von drei fertigen Membran-Elektroden-Einheiten 102 in der Längsrichtung 104.In contrast, the extent of the strip-shaped membrane-electrode material 146 in the longitudinal direction 104 is greater than the extent of a finished membrane-electrode unit 102 in the longitudinal direction 104, preferably larger than the extent of three finished membrane-electrode units 102 in the longitudinal direction 104

Zu beiden Längsseiten des Membran-Elektroden-Materials 146 werden jeweils zwei Randverstärkungs-Materialien 148, insbesondere in Form von Randverstärkungsfolien-Materialien, bereitgestellt.Two edge reinforcement materials 148, in particular in the form of edge reinforcement film materials, are provided on each of the two longitudinal sides of the membrane electrode material 146.

Die Breite dieser Randverstärkungs-Materialien 148 in der Querrichtung 106 entspricht jeweils im Wesentlichen der Breite einer der fertigen Randverstärkungsanordnungen 116 in der Querrichtung 106.The width of these edge reinforcement materials 148 in the transverse direction 106 corresponds essentially to the width of one of the finished edge reinforcement arrangements 116 in the transverse direction 106.

Die Ausdehnung der bandförmigen Randverstärkungs-Materialien 148 in der Längsrichtung 104 ist hingegen größer als die Ausdehnung einer Randverstärkungsanordnung 116 der fertigen elektrochemischen Einheit 100 in der Längsrichtung 104, vorzugsweise größer als die Ausdehnung von drei Randverstärkungsanordnungen 116 fertiger elektrochemischer Einheiten 100 in der Längsrichtung 104.The extent of the strip-shaped edge reinforcement materials 148 in the longitudinal direction 104, however, is greater than the extent of an edge reinforcement arrangement 116 of the finished electrochemical unit 100 in the longitudinal direction 104, preferably greater than the extent of three edge reinforcement arrangements 116 of finished electrochemical units 100 in the longitudinal direction 104.

Die Randverstärkungs-Materialien 148 werden mit den seitlichen Randbereichen des Membran-Elektroden-Materials 146 und (im Überstandsbereich 122) miteinander laminiert, beispielsweise durch Heißlaminieren und/oder Kleben.The edge reinforcement materials 148 are laminated to the lateral edge regions of the membrane electrode material 146 and to one another (in the overhanging region 122), for example by hot lamination and/or gluing.

Da es sich sowohl bei dem bandförmigen Membran-Elektroden-Material 146 als auch bei den bandförmigen Randverstärkungs-Materialien 148 um EndlosMaterialien handelt, ist es nicht erforderlich, die Randverstärkungs-Materialien 148 in der Längsrichtung 104 präzise relativ zu dem bandförmigen Membran-Elektroden-Material 146 zu positionieren.Because both the ribbon-shaped membrane-electrode material 146 and the ribbon-shaped edge reinforcement materials 148 are continuous materials, it is not necessary to precisely position the edge reinforcement materials 148 in the longitudinal direction 104 relative to the ribbon-shaped membrane-electrode material 146 to position.

Das Membran-Elektroden-Material 146 und die daran festgelegten Randverstärkungs-Materialien 148 werden in einer Transportrichtung 150, welche parallel zur Längsrichtung 104 ausgerichtet ist, transportiert und zumindest teilweise aufgerollt, indem sie auf den Umfang einer rotierenden Trommel 152 aufgewickelt werden.The membrane electrode material 146 and the edge reinforcement materials 148 attached thereto are transported in a transport direction 150, which is aligned parallel to the longitudinal direction 104, and are at least partially rolled up by being wound onto the circumference of a rotating drum 152.

In dieser aufgerollten Form ist das Membran-Elektroden-Material 146 mit den daran festgelegten Randverstärkungs-Materialien 148 einfach und platzsparend zu einem Weiterverarbeitungsort transportierbar.In this rolled-up form, the membrane-electrode material 146 with the edge-reinforcing materials 148 attached to it can be transported to a further processing location in a simple and space-saving manner.

Dort wird das Membran-Elektroden-Material 146 mit den daran festgelegten Randverstärkungs-Materialien 148 zumindest teilweise wieder abgerollt, und eine Mehrzahl von elektrochemischen Einheiten 100 wird durch Abtrennen der elektrochemischen Einheiten 100 von dem Membran-Elektroden-Material 146 mit den daran festgelegten Randverstärkungs-Materialien 148 längs der in der Querrichtung 106 verlaufenden äußeren Randabschnitte 138 der Membran-Elektroden-Einheiten 102 (siehe 1) erzeugt.There, the membrane electrode material 146 with the edge reinforcement materials 148 attached thereto is at least partially unrolled again, and a plurality of electrochemical units 100 is formed by severing the electrochemical devices 100 from the membrane electrode material 146 with the edge reinforcement materials 148 attached thereto along the outer edge portions 138 of the membrane electrode assemblies 102 running in the transverse direction 106 (see FIG 1 ) generated.

Vor diesem Vereinzeln der elektrochemischen Einheiten 100 können die Medium-Durchtrittsöffnungen 124 aus den Randverstärkungs-Materialien 148 herausgetrennt, beispielsweise ausgeschnitten oder ausgestanzt, werden.Before this separation of the electrochemical units 100, the medium passage openings 124 can be separated from the edge reinforcement materials 148, for example cut out or punched out.

Das Heraustrennen der Medium-Durchtrittsöffnungen 124 kann auch schon bereits vor dem Aufrollen des Membran-Elektroden-Materials 146 erfolgen.The medium passage openings 124 can also be cut out before the membrane electrode material 146 is rolled up.

Die so erzeugten elektrochemischen Einheiten 100 können mit den Dichtungsanordnungen 130 und 126 versehen und zusammen mit jeweils dazwischen angeordneten Bipolarplatten in der Stapelrichtung 128 aufeinander gestapelt werden, um die elektrochemische Vorrichtung, beispielsweise den Brennstoffzellenstapel oder den Elektrolyseur, zu bilden.The electrochemical assemblies 100 thus created may be provided with the gasket assemblies 130 and 126 and stacked together with bipolar plates disposed therebetween in the stacking direction 128 to form the electrochemical device, such as the fuel cell stack or the electrolyzer.

Bei einer in 4 schematisch dargestellten Variante des Verfahrens zum Herstellen der elektrochemischen Einheit 100 wird vor dem Aufrollen des Membran-Elektroden-Materials 146 mit den daran festgelegten Randverstärkungs-Materialien 148 ein Zwischenelement oder Trennelement 152 an dem zwischen den Randverstärkungs-Materialien 148 liegenden Bereich des Membran-Elektroden-Materials 146 angeordnet.At an in 4 In the schematically illustrated variant of the method for producing the electrochemical unit 100, before the membrane-electrode material 146 is rolled up with the edge-reinforcing materials 148 fixed thereto, an intermediate element or separating element 152 is attached to the area of the membrane-electrode Materials 146 arranged.

Das Zwischen- oder Trennelement 152 ist vorzugsweise als eine Zwischenfolie oder Trennfolie 154 ausgebildet.The intermediate or separating element 152 is preferably designed as an intermediate film or separating film 154 .

Die Dicke des Trennelements 152 entspricht vorzugsweise im Wesentlichen der Dicke einer Randverstärkungsfolie 118, so dass der Dickenunterschied zwischen dem mit den Randverstärkungs-Materialien 148 versehenen Bereich des Membran-Elektroden-Materials 146 einerseits und dem nicht mit den Randverstärkungs-Materialien 148 versehenen Bereich des Membran-Elektroden-Materials 146 weitgehend ausgeglichen wird, was das Aufrollen des Membran-Elektroden-Materials 146 mit den daran angeordneten Randverstärkungs-Materialien 148 erleichtert.The thickness of the separating element 152 preferably essentially corresponds to the thickness of an edge reinforcement film 118, so that the difference in thickness between the area of the membrane electrode material 146 provided with the edge reinforcement materials 148 on the one hand and the area of the membrane not provided with the edge reinforcement materials 148 -Electrode material 146 is largely evened out, which facilitates the rolling up of the membrane electrode material 146 with the edge reinforcement materials 148 arranged thereon.

Vorzugsweise ist auf beiden Seiten des Membran-Elektroden-Materials 146 jeweils ein Zwischenelement oder Trennelement 152 angeordnet.An intermediate element or separating element 152 is preferably arranged on both sides of the membrane electrode material 146 .

Das Zwischenelement oder Trennelement 152, insbesondere die Zwischenfolie oder Trennfolie 154, ist bandförmig und weist in der Querrichtung 106 vorzugsweise eine Ausdehnung auf, welche geringfügig kleiner ist als der Abstand zwischen den an dem Membran-Elektroden-Material 146 angeordneten Randverstärkungs-Materialien 148.The intermediate element or separating element 152, in particular the intermediate film or separating film 154, is in the form of a strip and preferably has an extent in the transverse direction 106 which is slightly smaller than the distance between the edge reinforcement materials 148 arranged on the membrane electrode material 146.

Ein Trennelement 152 kann auch insbesondere dann verwendet werden, wenn das Membran-Elektroden-Material 146 nur an einer seiner Längsseiten mit Randverstärkungs-Material 148 versehen werden soll. In diesem Fall erstreckt sich das Trennelement 152 vorzugsweise von dem Seitenrand des Membran-Elektroden-Materials 146, der nicht mit Randverstärkungs-Material 148 versehen ist, in der Querrichtung 106 bis nahezu zu dem Rand 134 des Randverstärkungs-Materials 148.A separating element 152 can also be used in particular when the membrane electrode material 146 is only to be provided with edge reinforcement material 148 on one of its longitudinal sides. In this case, the separator 152 preferably extends from the side edge of the membrane electrode material 146, which is not provided with edge reinforcement material 148, in the transverse direction 106 to nearly the edge 134 of the edge reinforcement material 148.

Hierdurch wird es ermöglicht, auch in diesem Fall einer nur einseitigen Randverstärkung des Membran-Elektroden-Materials 146 das Membran-Elektroden-Material 146 gleichmäßig aufzurollen.This makes it possible to evenly roll up the membrane electrode material 146 even in this case of only one-sided edge reinforcement of the membrane electrode material 146 .

Eine in 5 ausschnittsweise dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugewandten Ränder 134 der beiden an einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit 102 anliegenden Randverstärkungsfolien 118 in der Stapelrichtung 128 nicht genau übereinander liegen, sondern um einen Versatz V in einer senkrecht zur Stapelrichtung 128 und parallel zu den Hauptflächen 108 der Membran-Elektroden-Einheit 102 sowie senkrecht zu den Rändern 134 ausgerichteten Richtung gegeneinander versetzt sind.one inside 5 Partially illustrated second embodiment of an electrochemical unit 100 differs from that in FIGS 1 and 2 illustrated first embodiment in that the edges 134 facing the membrane-electrode assembly 102 of the two edge-reinforcing films 118 lying on opposite sides of the membrane-electrode assembly 102 are not exactly on top of one another in the stacking direction 128, but by an offset V in a vertical direction to the stacking direction 128 and parallel to the main surfaces 108 of the membrane-electrode assembly 102 and perpendicular to the edges 134 are offset from each other.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Rand 134 der auf der Anodenseite der Membran-Elektroden-Einheit 102 anliegenden Randverstärkungsfolie 118b gegenüber dem Rand 134 der auf der Kathodenseite der Membran-Elektroden-Einheit 102 anliegenden Randverstärkungsfolie 118a nach außen, das heißt zu dem äußeren Rand 120 der Membran-Elektroden-Einheit 102 hin, versetzt ist.It is preferably provided that edge 134 of edge reinforcement film 118b lying on the anode side of membrane-electrode assembly 102 faces outwards relative to edge 134 of edge reinforcement film 118a lying on the cathode side of membrane-electrode assembly 102, i.e. towards the outer edge 120 of the membrane electrode assembly 102 out, is offset.

Hierdurch wird erreicht, dass die anodenseitige elektrochemisch aktive Fläche 132b der Membran-Elektroden-Einheit 102 größer ist als die kathodenseitige elektrochemisch aktive Fläche 132a.The result of this is that the anode-side electrochemically active surface 132b of the membrane electrode assembly 102 is larger than the cathode-side electrochemically active surface 132a.

Dadurch ist gewährleistet, dass auch unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen der Einzelkomponenten und der Assemblierungstoleranzen der Einzelkomponenten zueinander kein Bereich der Membran-Elektroden-Einheit 102 im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung nur kathodenseitig mit Oxidationsmittel, nicht aber auch anodenseitig mit Brenngas versorgt wird.This ensures that, even taking into account the manufacturing tolerances of the individual components and the assembly tolerances of the individual components to one another, no area of the membrane-electrode unit 102 is damaged during operation electrochemical device is only supplied with oxidizing agent on the cathode side, but not also with fuel gas on the anode side.

Eine solche unterstöchiometrische Versorgung der Membran-Elektroden-Einheit 102 mit Brenngas in einem lokal begrenzten Bereich kann zu verstärkten Alterungseffekten führen. Dieser unerwünschte Effekt wird durch die Vergrößerung der anodenseitigen elektrochemisch aktiven Fläche 132b vermieden. Eine lokal nur einseitige Versorgung der Membran-Elektroden-Einheit 102 mit Brenngas stellt hingegen keine Quelle verstärkter Alterungsmechanismen dar und ist daher in Bezug auf die Dauerhaltbarkeit der Membran-Elektroden-Einheit 102 dem umgekehrten Fall der nur einseitigen Versorgung mit Oxidationsmittel vorzuziehen.Such a sub-stoichiometric supply of fuel gas to the membrane electrode assembly 102 in a locally limited area can lead to increased aging effects. This undesired effect is avoided by enlarging the anode-side electrochemically active surface 132b. A local supply of fuel gas to only one side of the membrane electrode assembly 102, however, does not represent a source of increased aging mechanisms and is therefore preferable to the opposite case of supplying oxidizing agent to only one side in relation to the durability of the membrane electrode assembly 102.

Der Versatz V zwischen den Rändern 134 der Randverstärkungsfolien 118 beträgt vorzugsweise mindestens 50 µm, insbesondere mindestens 100 µm.The offset V between the edges 134 of the edge reinforcement foils 118 is preferably at least 50 μm, in particular at least 100 μm.

Ferner beträgt der Versatz V vorzugsweise weniger als 600 µm, insbesondere weniger als 400 µm, besonders bevorzugt weniger als 200 µm.Furthermore, the offset V is preferably less than 600 μm, in particular less than 400 μm, particularly preferably less than 200 μm.

Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 5 illustrated second embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with in the 1 and 2 illustrated first embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine ausschnittsweise in 6 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform und von der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass eine der Randverstärkungsanordnungen 116 oder beide Randverstärkungsanordnungen 116 jeweils nur eine Randverstärkungsfolie 118 umfassen, welche, vorzugsweise stoffschlüssig, an einem Längs-Randbereich 112 der Membran-Elektroden-Einheit 102 festgelegt ist.A snippet in 6 illustrated third embodiment of an electrochemical unit 100 differs from that in FIGS 1 and 2 illustrated first embodiment and in 5 illustrated second embodiment in that one of the edge reinforcement arrangements 116 or both edge reinforcement arrangements 116 each comprise only one edge reinforcement foil 118 which is fixed, preferably cohesively, to a longitudinal edge area 112 of the membrane electrode unit 102.

Vorzugsweise liegt diese Randverstärkungsfolie 118 auf der Kathodenseite an der Membran-Elektroden-Einheit 102 an.This edge reinforcement film 118 is preferably in contact with the membrane-electrode unit 102 on the cathode side.

Hierdurch wird erreicht, dass die anodenseitige elektrochemisch aktive Fläche 132b der Membran-Elektroden-Einheit 102 größer ist als deren kathodenseitige elektrochemisch aktive Fläche 132a, mit den vorstehend im Zusammenhang mit der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform der elektrochemischen Einheit 100 beschriebenen vorteilhaften Wirkungen.This ensures that the anode-side electrochemically active surface 132b of the membrane electrode assembly 102 is larger than its cathode-side electrochemically active surface 132a, with the above in connection with the in 5 illustrated second embodiment of the electrochemical unit 100 described advantageous effects.

Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 6 illustrated third embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in the 1 and 2 illustrated first embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine ausschnittsweise in 7 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass die der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugewandten Randbereiche 144 der Randverstärkungsfolien 118 sich nicht zum jeweiligen der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugewandten Rand 134 der Randverstärkungsfolie 118 hin verjüngen. Vielmehr behält bei dieser Ausführungsform jede Randverstärkungsfolie 118 ihre volle Materialstärke bis zum Rand 134 bei.A snippet in 7 illustrated fourth embodiment of an electrochemical unit 100 differs from that in 5 illustrated second embodiment in that the edge regions 144 of the edge reinforcement foils 118 facing the membrane electrode assembly 102 do not taper towards the respective edge 134 of the edge reinforcement foil 118 facing the membrane electrode assembly 102 . Rather, in this embodiment, each edge reinforcement film 118 retains its full material thickness up to the edge 134 .

Hierdurch entfällt der Prozessschritt des Abschrägens oder Schäftens der Randbereiche 144 der Randverstärkungsfolien 118.This eliminates the process step of beveling or scarfing the edge areas 144 of the edge reinforcement foils 118.

Es ist auch möglich, in einer Randverstärkungsanordnung 116 eine Randverstärkungsfolie 118 mit einem sich zum Rand 134 hin verjüngenden Randbereich 144 mit einer sich im Randbereich 144 nicht verjüngenden Randverstärkungsfolie 118 zu kombinieren.It is also possible in an edge reinforcement arrangement 116 to combine an edge reinforcement film 118 with an edge area 144 tapering towards the edge 134 with an edge reinforcement film 118 which does not taper in the edge area 144 .

Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 7 illustrated fourth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 5 illustrated second embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 8 ausschnittsweise dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten dritten Ausführungsform ebenfalls dadurch, dass mindestens eine Randverstärkungsfolie 118 sich in ihrem Randbereich 144 nicht zu dem der Membran-Elektroden-Einheit 102 zugewandten Rand 134 hin verjüngt. Vielmehr behält die Randverstärkungsfolie 118, welche in diesem Fall die einzige Randverstärkungsfolie 118 der Randverstärkungsanordnung 116 darstellt, ihre volle Materialstärke bis zum Rand 134 bei.one inside 8th Fifth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 6 illustrated third embodiment also in that at least one edge reinforcement film 118 does not taper in its edge region 144 towards the edge 134 facing the membrane-electrode unit 102 . Rather, the edge reinforcement film 118, which in this case represents the only edge reinforcement film 118 of the edge reinforcement arrangement 116, retains its full material thickness up to the edge 134.

Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 6 dargestellten dritten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 8th illustrated fifth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 6 illustrated third embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Claims (14)

Elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, umfassend - eine Membran-Elektroden-Einheit (102), die einen elektrochemisch aktiven Bereich (110), mindestens einen in einer Längsrichtung (104) der Membran-Elektroden-Einheit (102) verlaufenden Längs-Randbereich (112) und mindestens einen in einer senkrecht zur Längsrichtung (104) der Membran-Elektroden-Einheit (102) ausgerichteten Querrichtung (106) der Membran-Elektroden-Einheit (102) verlaufenden Quer-Randbereich (114) aufweist, und - mindestens eine Randverstärkungsanordnung (116), die an mindestens einem Längs-Randbereich (112) der Membran-Elektroden-Einheit (102) angeordnet ist, wobei mindestens ein Quer-Randbereich (114) der Membran-Elektroden-Einheit (102) mindestens einen Teilabschnitt (139) aufweist, an dem keine Randverstärkungsanordnung (116) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung (116) mindestens eine Medium-Durchtrittsöffnung (124) für den Durchtritt eines Mediums der elektrochemischen Vorrichtung aufweist.Electrochemical unit for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, comprising - a membrane electrode assembly (102) which has an electrochemically active region (110), at least one in a longitudinal direction (104) of the membrane electrode assembly ( 102) running longitudinal edge region (112) and at least one transverse edge region (114) running in a transverse direction (106) of the membrane electrode assembly (102) perpendicular to the longitudinal direction (104) of the membrane electrode assembly (102) and - at least one edge reinforcement arrangement (116), which is arranged on at least one longitudinal edge area (112) of the membrane electrode assembly (102), wherein at least one transverse edge area (114) of the membrane electrode assembly (102 ) has at least one section (139) on which no edge reinforcement arrangement (116) is arranged, characterized in that at least one edge reinforcement arrangement (116) has at least ens has a medium passage opening (124) for the passage of a medium of the electrochemical device. Elektrochemische Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Einheit (100) zwei Randverstärkungsanordnungen (116) umfasst, die voneinander beabstandet und an jeweils einem Längs-Randbereich (112) der Membran-Elektroden-Einheit (102) angeordnet sind, wobei zwei Quer-Randbereiche (114) der Membran-Elektroden-Einheit (102) jeweils einen Teilabschnitt (139) aufweisen, der sich zwischen den zwei Randverstärkungsanordnungen (116) erstreckt.Electrochemical unit after claim 1 , characterized in that the electrochemical unit (100) comprises two edge reinforcement arrangements (116) which are spaced apart from one another and are each arranged on a longitudinal edge region (112) of the membrane electrode assembly (102), two transverse edge regions (114 ) of the membrane-electrode assembly (102) each have a section (139) which extends between the two edge reinforcement arrangements (116). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung (116) mindestens eine Randverstärkungsfolie (118) umfasst.Electrochemical unit according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that at least one edge reinforcement arrangement (116) comprises at least one edge reinforcement foil (118). Elektrochemische Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Randverstärkungsanordnung (116) zwei Randverstärkungsfolien (118) umfasst, die an einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit (102) anliegen.Electrochemical unit after claim 3 , characterized in that at least one edge reinforcement arrangement (116) comprises two edge reinforcement foils (118) which rest on opposite sides of the membrane-electrode assembly (102). Elektrochemische Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die der Membran-Elektroden-Einheit (102) zugewandten Ränder (134) der zwei an einander gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Einheit (102) anliegenden Randverstärkungsfolien (118) einen Versatz (V) in der Querrichtung (106) der Membran-Elektroden-Einheit (102) aufweisen.Electrochemical unit after claim 4 , characterized in that the edges (134) facing the membrane-electrode assembly (102) of the two edge-reinforcing films (118) lying on opposite sides of the membrane-electrode assembly (102) have an offset (V) in the transverse direction (106 ) of the membrane electrode assembly (102). Elektrochemische Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V) mindestens 50 µm beträgt.Electrochemical unit after claim 5 , characterized in that the offset (V) is at least 50 µm. Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V) weniger als 600 µm beträgt.Electrochemical unit according to one of Claims 5 or 6 , characterized in that the offset (V) is less than 600 µm. Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Randverstärkungsfolien (118) in einem seitlich über die Membran-Elektroden-Einheit (102) überstehenden Überstandsbereich (122) miteinander laminiert sind.Electrochemical unit according to one of Claims 4 until 7 , characterized in that the edge reinforcement films (118) are laminated to one another in a protruding region (122) which projects laterally beyond the membrane-electrode unit (102). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein der Membran-Elektroden-Einheit (102) zugewandter Randbereich (144) mindestens einer Randverstärkungsfolie (118) sich zu dem der Membran-Elektroden-Einheit (102) zugewandten Rand der Randverstärkungsfolie (118) hin verjüngt.Electrochemical unit according to one of claims 3 until 8th , characterized in that at least one edge region (144) of at least one edge reinforcement film (118) facing the membrane electrode unit (102) tapers towards the edge of the edge reinforcement film (118) facing the membrane electrode unit (102). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Randverstärkungsfolie (118) eine Dicke von weniger als 100 µm aufweist.Electrochemical unit according to one of claims 3 until 9 , characterized in that at least one edge reinforcement film (118) has a thickness of less than 100 µm. Elektrochemische Zelle für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, umfassend eine elektrochemische Einheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und mindestens eine Dichtungsanordnung (130), die mit der mindestens einen Randverstärkungsanordnung (116) und mit dem mindestens einen Teilabschnitt (139) des mindestens einen Quer-Randbereichs (114) der Membran-Elektroden-Einheit (102) in Kontakt steht.Electrochemical cell for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, comprising an electrochemical unit (100) according to one of Claims 1 until 10 and at least one gasket arrangement (130) in contact with the at least one edge reinforcement arrangement (116) and with the at least one partial section (139) of the at least one transverse edge region (114) of the membrane electrode assembly (102). Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit (100) für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur, wobei die elektrochemische Einheit (100) eine Membran-Elektroden-Einheit (102), die einen elektrochemisch aktiven Bereich (110), mindestens einen in einer Längsrichtung (104) der Membran-Elektroden-Einheit (102) verlaufenden Längs-Randbereich (112) und mindestens einen in einer senkrecht zur Längsrichtung (104) der Membran-Elektroden-Einheit (102) ausgerichteten Querrichtung (106) der Membran-Elektroden-Einheit (102) verlaufenden Quer-Randbereich (114) aufweist, umfasst und wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Bereitstellen eines Membran-Elektroden-Materials (146) in Bandform, wobei das Membran-Elektroden-Material (146) eine Erstreckung in einer Längsrichtung (104) des Membran-Elektroden-Materials (146) aufweist, welche größer ist als die Erstreckung der Membran-Elektroden-Einheit (102) der elektrochemischen Einheit (100) in deren Längsrichtung (104); - Bereitstellen mindestens eines Randverstärkungs-Materials (148) in Bandform, wobei das Randverstärkungs-Material (148) eine Erstreckung in einer Längsrichtung (104) des Randverstärkungs-Materials (148) aufweist, welche größer ist als die Erstreckung einer Randverstärkungsanordnung (116) der elektrochemischen Einheit (100) in deren Längsrichtung, und wobei das Randverstärkungs-Material (148) eine Erstreckung in einer senkrecht zu seiner Längsrichtung (104) ausgerichteten Querrichtung (106) aufweist, welche kleiner ist als die Erstreckung des Membran-Elektroden-Materials (146) in dessen senkrecht zur Längsrichtung (104) ausgerichteten Querrichtung (106); - Festlegen des mindestens einen Randverstärkungs-Materials (148) an dem Membran-Elektroden-Material (146), wobei die Längsrichtung (104) des mindestens einen Randverstärkungs-Materials (148) mit der Längsrichtung (104) des Membran-Elektroden-Materials übereinstimmt; - Heraustrennen mindestens einer elektrochemischen Einheit (100) aus dem Membran-Elektroden-Material (146) und dem daran festgelegten mindestens einen Randverstärkungs-Material (148); wobei mindestens eine Randverstärkungsanordnung (116) mindestens eine Medium-Durchtrittsöffnung (124) für den Durchtritt eines Mediums der elektrochemischen Vorrichtung aufweist.Method for producing an electrochemical unit (100) for an electrochemical device, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer, wherein the electrochemical unit (100) comprises a membrane-electrode unit (102) having an electrochemically active region (110), at least one in a longitudinal edge region (112) running longitudinally (104) of the membrane electrode assembly (102) and at least one transverse direction (106) of the membrane electrodes aligned perpendicular to the longitudinal direction (104) of the membrane electrode assembly (102). - Unit (102) having extending transverse edge region (114), and wherein the method comprises the following: - providing a membrane electrode material (146) in tape form, wherein the membrane electrode material (146) has an extension in a Having longitudinal direction (104) of the membrane electrode material (146), which is greater than the extent of Membrane electrode unit (102) of the electrochemical unit (100) in its longitudinal direction (104); - providing at least one edge reinforcement material (148) in ribbon form, the edge reinforcement material (148) having an extent in a longitudinal direction (104) of the edge reinforcement material (148) which is greater than the extent of an edge reinforcement arrangement (116) of the electrochemical unit (100) in its longitudinal direction, and wherein the edge reinforcement material (148) has an extension in a transverse direction (106) aligned perpendicular to its longitudinal direction (104), which is smaller than the extension of the membrane electrode material (146 ) in its transverse direction (106) perpendicular to the longitudinal direction (104); - fixing the at least one edge reinforcement material (148) to the membrane electrode material (146), wherein the longitudinal direction (104) of the at least one edge reinforcement material (148) corresponds to the longitudinal direction (104) of the membrane electrode material ; - Cutting out at least one electrochemical unit (100) from the membrane electrode material (146) and the at least one edge reinforcement material (148) attached thereto; wherein at least one edge reinforcement arrangement (116) has at least one medium passage opening (124) for the passage of a medium of the electrochemical device. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Membran-Elektroden-Material (146) und das daran festgelegte mindestens eine Randverstärkungs-Material (148) zumindest teilweise aufgerollt und zumindest teilweise wieder abgerollt werden, bevor mindestens eine elektrochemische Einheit (100) aus dem Membran-Elektroden-Material (146) und dem daran festgelegten mindestens einen Randverstärkungs-Material (148) herausgetrennt wird.procedure after claim 12 , characterized in that the membrane-electrode material (146) and the at least one edge reinforcement material (148) fixed thereto are at least partially rolled up and at least partially unrolled again before at least one electrochemical unit (100) from the membrane-electrode Material (146) and the at least one edge reinforcement material (148) attached thereto is severed. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein nicht mit dem mindestens einen Randverstärkungs-Material (148) versehener Bereich des Membran-Elektroden-Materials (146) mit einem Trennelement (152) versehen wird.procedure after Claim 13 , characterized in that at least one area of the membrane electrode material (146) not provided with the at least one edge reinforcement material (148) is provided with a separating element (152).
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