DE102016223975A1

DE102016223975A1 - Fuel cell for a fuel cell stack and fuel cell stack

Info

Publication number: DE102016223975A1
Application number: DE102016223975.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schmid
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle (2) für einen Brennstoffzellenstapel, insbesondere eines Kraftwagens, wobei die Brennstoffzelle (2) an Zellkomponenten der Brennstoffzelle (2) eine Membran-Elektroden-Anordnung und wenigstens eine Separatorplatte (6) umfasst, welche an einer der Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Seite ein Strömungsfeld aufweist. Wenigstens eine der Zellkomponenten weist zumindest ein Anschlagelement (7, 8, 9, 10) aus einem elektrisch nicht leitenden Material auf. Das zumindest eine Anschlagelement (7, 8, 9, 10) ist zum Ausrichten der wenigstens einen Zellkomponente bei einem Stapeln der Zellkomponenten ausgebildet. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von solchen Brennstoffzellen (2).

The invention relates to a fuel cell (2) for a fuel cell stack, in particular of a motor vehicle, wherein the fuel cell (2) comprises cell components of the fuel cell (2), a membrane electrode assembly and at least one separator plate (6), which at one of the membrane Electrode assembly facing side has a flow field. At least one of the cell components has at least one stop element (7, 8, 9, 10) made of an electrically non-conductive material. The at least one stop element (7, 8, 9, 10) is designed for aligning the at least one cell component during a stacking of the cell components. Furthermore, the invention relates to a fuel cell stack having a plurality of such fuel cells (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellenstapel, wobei die Brennstoffzelle an Zellkomponenten der Brennstoffzelle eine Membran-Elektroden-Anordnung und wenigstens eine Separatorplatte umfasst. Die Separatorplatte weist an einer der Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Seite ein Strömungsfeld auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl solcher Brennstoffzellen.The invention relates to a fuel cell for a fuel cell stack, wherein the fuel cell comprises cell components of the fuel cell, a membrane electrode assembly and at least one separator plate. The separator plate has a flow field on a side facing the membrane-electrode assembly. Furthermore, the invention relates to a fuel cell stack with a plurality of such fuel cells.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, an einer Separatorplatte in Form einer Monopolarplatte oder eine Bipolarplatte eine Kontur vorzusehen, welche dem Ausrichten und Abstützen der Brennstoffzellen beim Stapeln der Zellkomponenten dient. Im Bereich dieser Kontur fehlt das Material eines Rahmenelements der Membran-Elektroden-Anordnung, welches auch als Subframe bezeichnet wird. Wenn die gestapelten Brennstoffzellen verpresst werden, so wirkt eine vergleichsweise große Kraft auf die Brennstoffzellen und somit auch auf die Separatorplatten ein. Hierdurch kann es dazu kommen, dass sich die Separatorplatten in dem Bereich verbiegen, in welchem die dem Ausrichten dienende Kontur vorgesehen ist. Aufgrund des in diesem Bereich fehlenden Subframes, welcher aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, können sich dann benachbarte Separatorplatten berühren. Durch einen derartigen Kontakt benachbarter Separatorplatten kommt es zu einem unerwünschten elektrischen Kurzschluss im Betrieb des Brennstoffzellenstapels. Diese Art des Ausrichtens der Brennstoffzellen ist daher fehleranfällig.From the prior art, it is known to provide a contour on a separator plate in the form of a monopolar plate or a bipolar plate, which serves for aligning and supporting the fuel cells when stacking the cell components. In the region of this contour, the material of a frame element of the membrane-electrode assembly is missing, which is also referred to as subframe. When the stacked fuel cells are compressed, a comparatively large force acts on the fuel cells and thus also on the separator plates. As a result, it may happen that the separator plates bend in the region in which the alignment serving contour is provided. Due to the lack of subframes in this area, which is formed from an electrically insulating material, adjacent separator plates can then touch. Such a contact of adjacent separator plates leads to an undesired electrical short circuit during operation of the fuel cell stack. This type of alignment of the fuel cells is therefore error-prone.

Des Weiteren ist die Separatorplatte im Vergleich zu den übrigen Zellkomponenten relativ hart beziehungsweise steif. Ein Paket der gestapelten Brennstoffzellen ist üblicherweise in einem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels angeordnet. Um einen Kontakt der Separatorplatten des Pakets mit dem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels zu vermeiden, ist zudem ein separates, verformbares Abstützelement erforderlich. Das Abstützelement dient dem Abstützen des Pakets oder Zellpakets gegenüber dem Gehäuse, und dazu, Toleranzen der Zellposition auszugleichen. Das Bereitstellen eines solchen separaten Abstützelements geht mit einem unerwünscht hohen Aufwand einher. Furthermore, the separator plate is relatively hard or stiff compared to the other cell components. A stacked fuel cell package is usually disposed in a housing of the fuel cell stack. In order to avoid contact of the separator plates of the package with the housing of the fuel cell stack, a separate, deformable support element is also required. The support member serves to support the package or cell pack opposite the housing, and to compensate for tolerances of the cell position. The provision of such a separate support element is associated with an undesirably high cost.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle der eingangs genannten Art zu schaffen, welche im Hinblick auf das Ausrichten der Zellkomponenten beim Stapeln der Zellkomponenten verbessert ist, und einen Brennstoffzellenstapel mit solchen Brennstoffzellen bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a fuel cell of the type mentioned, which is improved in terms of aligning the cell components in stacking the cell components, and to provide a fuel cell stack with such fuel cells.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.This object is achieved by a fuel cell with the features of claim 1 and by a fuel cell stack with the features of claim 14. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the description.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellenstapel, bei welchem es sich insbesondere um einen Brennstoffzellenstapel für einen Kraftwagen handeln kann, umfasst an Zellkomponenten eine Membran-Elektroden-Anordnung und wenigstens eine Separatorplatte. Die Separatorplatte weist an einer der Membran-Elektroden-Anordnung zugwandten Seite ein Strömungsfeld auf. Wenigstens eine der Zellkomponenten weist zumindest ein Anschlagelement aus einem elektrisch nicht leitenden Material auf. Das zumindest eine Anschlagelement ist zum Ausrichten der wenigstens einen Zellkomponente bei einem Stapeln der Zellkomponenten ausgebildet. Dadurch, dass das Anschlagelement aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet ist, besteht nicht die Gefahr, dass durch das Anschlagelement ein elektrisch leitender Kontakt und somit ein Kurzschluss zwischen einer Separatorplatte mit einem Strömungsfeld für einen Brennstoff und einer Separatorplatte mit einem Strömungsfeld für ein Oxidationsmittel auftritt. Des Weiteren lassen sich die Zellkomponenten beim Stapeln aufgrund des Vorsehens des Anschlagelements verbessert ausrichten. Das zumindest eine Anschlagelement verbessert somit insbesondere die Positionierung der Brennstoffzellen im Stapelprozess. Dementsprechend ist die Brennstoffzelle im Hinblick auf das Ausrichten der Zellkomponenten beim Stapeln der Zellkomponenten verbessert. Bei einem derartigen Anschlagelement ist zudem kein elektrisch leitender Abrieb möglich, und ein Verbiegen ist unterbunden.The fuel cell for a fuel cell stack according to the invention, which may in particular be a fuel cell stack for a motor vehicle, comprises on cell components a membrane-electrode arrangement and at least one separator plate. The separator plate has a flow field on a side facing the membrane-electrode arrangement. At least one of the cell components has at least one stop element made of an electrically non-conductive material. The at least one stop element is designed to align the at least one cell component during stacking of the cell components. The fact that the stop element is formed from an electrically non-conductive material, there is no risk that an electrically conductive contact and thus a short circuit between a separator plate with a flow field for a fuel and a separator plate with a flow field for an oxidizing agent occurs through the stop element , Furthermore, the cell components can be better aligned during stacking due to the provision of the stop element. The at least one stop element thus improves in particular the positioning of the fuel cells in the stacking process. Accordingly, the fuel cell is improved in aligning the cell components in stacking the cell components. In such a stop element also no electrically conductive abrasion is possible, and bending is prevented.

Wenn die gestapelten Zellkomponenten miteinander fluchtend ausgerichtet sind, lässt sich sicherstellen, dass ein besonders großer Anteil eines aktiven Bereichs der jeweiligen Membran-Elektroden-Anordnung mit dem Brennstoff beziehungsweise mit dem Oxidationsmittel beaufschlagt werden kann. Es wird also quasi eine Vergrößerung der verfügbaren Oberflächen des aktiven Bereichs erreicht.If the stacked cell components are aligned with each other, it can be ensured that a particularly large proportion of an active region of the respective membrane-electrode assembly can be supplied with the fuel or with the oxidizing agent. In other words, an increase in the available surface area of the active region is achieved.

Des Weiteren bewirkt die genaue Positionierung der Zellkomponenten, dass die Randbereiche der Zellkomponenten über die Lebensdauer besonders stabil sind. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Druckverteilung und die Versorgung der Zellkomponenten mit den Reaktionsmedien beziehungsweise einem Kühlmittel. Zudem ist ein verbesserter Kraftübertrag beim Stapeln und beim Verpressen der Zellkomponenten gegeben. Wenn nämlich beispielsweise ein Versatz von Dichtungslinien oder linienförmigen Dichtungen vorliegt, so können beim Verpressen gegebenenfalls Kräfte auftreten, welche zu einer Seitwärtsbewegung führen. Dies ist vorliegend verhindert.Furthermore, the precise positioning of the cell components ensures that the edge regions of the cell components are particularly stable over the lifetime. This applies in particular with regard to the pressure distribution and the supply of the cell components with the reaction media or a coolant. In addition, there is an improved transfer of force when stacking and pressing the cell components. If, for example, there is an offset of sealing lines or line-shaped seals, forces may occur during pressing, which may lead to a Lead sideways movement. This is prevented in the present case.

Darüber hinaus lässt sich durch den Anschlag aus dem elektrisch nicht leitenden Material die elektrische Isolation zwischen auf gegenüberliegenden Seiten der Membran-Elektroden-Anordnung angeordneten Separatorplatten sicherstellen.In addition, can be ensured by the stopper of the electrically non-conductive material, the electrical insulation between arranged on opposite sides of the membrane-electrode assembly separator plates.

Das zumindest eine Anschlagelement kann an einem Rahmenelement der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet sein, welches einen aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung umfangsseitig umgibt. Die Membran-Elektroden-Anordnung umfasst üblicherweise eine protonenleitfähige Polymer-Elektrolyt-Membran. Auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Membran sind jeweilige Katalysatorschichten angeordnet, an welchen im Betrieb der Brennstoffzelle die elektrochemischen Brennstoffzellenreaktionen ablaufen. Dieser mit den Katalysatorschichten versehene Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung wird als der aktive Bereich bezeichnet. Das Rahmenelement, welches auch als Subframe bezeichnet wird, weist einen Ausschnitt auf, dessen Abmessungen etwas kleiner sind als der aktive Bereich. Wird nun die mit den Katalysatoren beschichtete Membran (catalyst coated membrane, CCM) zwischen zwei solchen Rahmenelementen angeordnet, so überlappen die beiden Rahmenelemente geringfügig mit dem Rand des aktiven Bereichs. Entsprechend ist ein fünf Lagen umfassender Aufbau der Membran-Elektroden-Anordnung realisiert. Durch Anordnen von jeweiligen Gasdiffusionslagen auf den beiden Katalysatorschichten des aktiven Bereichs ist dann ein Aufbau der Membran-Elektroden-Anordnung mit sieben Lagen erreicht.The at least one stop element can be formed on a frame element of the membrane-electrode arrangement which surrounds an active region of the membrane-electrode arrangement on the circumference. The membrane-electrode assembly usually comprises a proton-conductive polymer electrolyte membrane. Respective catalyst layers are arranged on the opposite surfaces of the membrane, at which the electrochemical fuel cell reactions take place during operation of the fuel cell. This region of the membrane-electrode assembly provided with the catalyst layers is referred to as the active region. The frame element, which is also referred to as a subframe, has a section whose dimensions are slightly smaller than the active area. If the membrane coated with the catalysts (catalyst coated membrane, CCM) is now arranged between two such frame elements, then the two frame elements overlap slightly with the edge of the active region. Accordingly, a five layers comprehensive structure of the membrane-electrode assembly is realized. By arranging respective gas diffusion layers on the two catalyst layers of the active region, a construction of the membrane layer electrode arrangement with seven layers is achieved.

Das Rahmenelement der Membran-Elektroden-Anordnung eignet sich besonders gut zum Ausbilden beziehungsweise zum Anordnen des zumindest einen Anschlagelements, denn das Rahmenelement ist aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet. Das Rahmenelement hat nämlich unter anderem die Aufgabe, die Medien in Form des Brennstoffs und des Oxidationsmittels voneinander zu trennen und einen elektrischen Kurzschluss zwischen den bezüglich der Membran-Elektroden-Anordnung einander gegenüberliegenden Separatorplatten zu verhindern. Da das Rahmenelement in der Regel vergleichsweise weich ist beziehungsweise eine vergleichsweise geringe Steifigkeit aufweist, kann insbesondere das Rahmenelement durch das zumindest eine Anschlagelement bereichsweise verstärkt werden. Dann lässt sich das Anschlagelement besonders gut zum Ausrichten nutzen.The frame member of the membrane-electrode assembly is particularly well suited for forming or for arranging the at least one stop element, because the frame member is formed of an electrically non-conductive material. The purpose of the frame element is inter alia to separate the media in the form of the fuel and of the oxidizing agent and to prevent an electrical short circuit between the separator plates opposite one another with respect to the membrane-electrode arrangement. Since the frame element is usually comparatively soft or has a comparatively low rigidity, in particular the frame element can be reinforced in regions by the at least one stop element. Then the stop element can be used particularly well for aligning.

In einer weiteren Ausgestaltung ist auf einer der Separatorplatte zugewandten Oberfläche des Rahmenelements eine Dichteinrichtung angeordnet, wobei das zumindest eine Anschlagelement an der Dichteinrichtung anliegt. Bei dieser Ausgestaltung ist dann das zumindest eine Anschlagelement im Bereich einer Dichtungsebene der Membran-Elektroden-Anordnung bereitgestellt. Als derartige Dichteinrichtung können Dichtlippen oder dergleichen im Wesentlichen linienförmige Komponenten aus Dichtmaterial auf der Oberfläche des Rahmenelements angeordnet sein. Die Dichteinrichtung kann jedoch auch auf die Separatorplatte aufgebracht sein. Bei einem derartigen Anordnen der Dichteinrichtung an dem Rahmenelement und/oder an der Separatorplatte lässt sich besonders einfach das zumindest eine Anschlagelement bereitstellen. Dies kann etwa erfolgen, indem die Dichteinrichtung und das zumindest eine Anschlagelement in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren ausgebildet werden.In a further embodiment, a sealing device is arranged on a surface of the frame element facing the separator plate, wherein the at least one stop element bears against the sealing device. In this embodiment, the at least one stop element is then provided in the region of a sealing plane of the membrane-electrode arrangement. As such sealing means, sealing lips or the like may be arranged substantially linear components of sealing material on the surface of the frame member. However, the sealing device can also be applied to the separator plate. With such an arrangement of the sealing device on the frame element and / or on the separator plate, it is particularly easy to provide the at least one stop element. This can be done, for example, by the sealing device and the at least one stop element are formed in a two-component injection molding.

Des Weiteren kann die Dichteinrichtung insbesondere zusammen mit dem zumindest einen Anschlagelement separat gefertigt und dann auf das Rahmenelement und/oder die Separatorplatte aufgelegt werden.Furthermore, the sealing device can in particular be manufactured separately together with the at least one stop element and then placed on the frame element and / or the separator plate.

Mittels des Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens lässt sich insbesondere erreichen, dass das zumindest eine Anschlagelement eine größere Steifigkeit aufweist als die Dichteinrichtung oder Dichtung und damit für das Ausrichten der Zellkomponenten besonders gut geeignet ist.By means of the two-component injection molding process can be achieved in particular that the at least one stop element has a greater rigidity than the sealing device or seal and thus is particularly well suited for the alignment of the cell components.

Die Dichteinrichtung kann alternativ die Oberfläche des Rahmenelements flächig abdecken. Eine solche Dichteinrichtung etwa in Form einer Klebefolie weist dann im Hinblick auf die in dem Rahmenelement vorgesehenen Ausschnitte beziehungsweise Öffnungen eine korrespondierende Gestalt auf. Eine derartige, flächige Dichteinrichtung ist bevorzugt auf den jeweiligen Oberflächen der Rahmenelemente angeordnet, welche den bezüglich der Membran-Elektroden-Anordnung einander gegenüberliegenden Separatorplatten zugewandt sind. Bei der Anordnung des zumindest einen Anschlagelements an der flächigen Dichteinrichtung lässt sich das Einbringen und Fixieren des zumindest einen Anschlagelements besonders einfach realisieren. Denn zum Verbinden mit den Rahmenelementen werden die flächigen Dichteinrichtungen erwärmt. Hierbei erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung beziehungsweise ein Verbacken mit den Rahmenelementen. Das zumindest eine Anschlagelement nimmt so in vorteilhafter Weise die Fertigungstoleranzen eines beim Herstellen der Membran-Elektroden-Anordnung verwendeten Werkzeugs auf.The sealing device may alternatively cover the surface of the frame member surface. Such a sealing device, for example in the form of an adhesive film, then has a corresponding shape with regard to the cutouts or openings provided in the frame element. Such a flat sealing device is preferably arranged on the respective surfaces of the frame elements which face the separator plates opposite one another with respect to the membrane-electrode arrangement. In the arrangement of the at least one stop element on the flat sealing device, the introduction and fixing of the at least one stop element can be realized particularly easily. Because for bonding with the frame elements, the flat sealing devices are heated. Here, a cohesive connection or a caking takes place with the frame elements. The at least one stop element thus advantageously accommodates the manufacturing tolerances of a tool used in the manufacture of the membrane-electrode arrangement.

In diesem Bereich der Brennstoffzelle kann eine Struktur, welche die beiden Rahmenelemente und zwei flächige Dichteinrichtungen aufweist, insbesondere vierschichtig beziehungsweise vierlagig aufgebaut sein. Das zumindest eine Anschlagelement kann bei dieser Ausgestaltung insbesondere zwischen diese Lagen oder Schichten eingebracht werden. So ist für eine besonders gute Fixierung des zumindest einen Anschlagelements gesorgt.In this area of the fuel cell, a structure which has the two frame elements and two planar sealing devices can be constructed, in particular four-layered or four-layered. The at least one stop element can in particular in this embodiment be introduced between these layers or layers. Thus, a particularly good fixation of the at least one stop element is provided.

Bei einem derartigen Anordnen des Anschlagelementes an der linienförmigen und/oder flächigen Dichteinrichtung kann besonders gut von dem zumindest einen Anschlagelement eine zum Zwecke des Stapelns der Zellkomponenten beim Ausrichten derselben auftretende Kraft an die Dichteinrichtung flächig weitergegeben werden. So lassen sich die Toleranzen beim Ausrichten besonders gering halten. Es kann jedoch auch das zumindest eine Anschlagelement geringfügig verformbar sein. Auch ein geringfügig verformbares Anschlagelement kann nämlich gut die Kraft flächig an die Dichteinrichtung weitergeben.With such an arrangement of the stop element on the linear and / or flat sealing device, a force occurring for the purpose of stacking the cell components when aligning the same can be passed on to the sealing device in a particularly good manner by the at least one stop element. This allows the tolerances during alignment to be kept very low. However, it can also be slightly deformable, the at least one stop element. Even a slightly deformable stop element can namely pass well the force surface to the sealing device.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das zumindest einen Anschlagelement über einen Seitenrand der wenigstens einen Zellkomponente übersteht. Als Seitenrand der Zellkomponente ist hierbei derjenige Rand zu verstehen, welcher in Richtung der flächigen Erstreckung der Zellkomponente einen Abschluss der Zellkomponente bildet. Durch ein derartiges Anschlagelement kann besonders gut eine Abstützung eines die gestapelten Zellkomponenten umfassenden Pakets oder Zellpakets in einem Gehäuse eines Brennstoffzellenstapels erreicht werden.As further advantageous, it has been shown that the at least one stop element projects beyond a side edge of the at least one cell component. The margin of the cell component here is to be understood as that edge which forms a termination of the cell component in the direction of the planar extent of the cell component. By means of such a stop element, a support of a stack or cell packet comprising the stacked cell components in a housing of a fuel cell stack can be achieved particularly well.

Dies ist insbesondere bei einem Einsatz des Brennstoffzellenstapels in einem Kraftwagen von Vorteil. Denn beispielsweise bei einem Unfall jedoch auch bei im Fahrbetrieb auftretenden Beschleunigungen und/oder Vibrationen verhindern derartige, nach Art von Vorsprüngen ausgebildete Anschlagelemente ein Anstoßen des Zellpakets an einer Innenseite des Gehäuses des Brennstoffzellenstapels. Dies ist auch insofern von Bedeutung, als das Gehäuse des Brennstoffzellenstapels üblicherweise aus Metall gebildet ist und so ein Kontakt mit den elektrisch leitfähigen Separatorplatten zu vermeiden ist. Die Anschlagelemente isolieren also dann auch elektrisch gegen das Gehäuse des Brennstoffzellenstapels. Des Weiteren sorgen die Anschlagelemente in vorteilhafter Weise für eine thermische Isolierung gegenüber dem Gehäuse, und es können Vibrationen gedämpft werden.This is particularly advantageous when using the fuel cell stack in a motor vehicle. For example, in an accident, but also occurring during driving accelerations and / or vibrations prevent such, formed on the type of projections stop elements abutment of the cell stack on an inner side of the housing of the fuel cell stack. This is also important insofar as the housing of the fuel cell stack is usually formed of metal and so to avoid contact with the electrically conductive Separatorplatten. The stop elements then also insulate electrically against the housing of the fuel cell stack. Furthermore, the stop elements advantageously provide thermal insulation with respect to the housing and vibrations can be damped.

Vorzugsweise weist das über den Seitenrand überstehende Anschlagelement einen ersten Teilbereich auf, welcher an der wenigstens einen Zellkomponente anliegt, und einen zweiten Teilbereich, welcher von dem ersten Teilbereich absteht. Hierbei ist eine Verformbarkeit des ersten Teilbereichs geringer als eine Verformbarkeit des zweiten Teilbereichs. Mit anderen Worten ist der zweite, nach Art eines Vorsprungs von dem ersten Teilbereich ausgebildete zweite Teilbereich weniger hart beziehungsweise steif als der erste Teilbereich. Der erste Teilbereich mit der geringeren Verformbarkeit beziehungsweise der harte Teilbereich sorgt dann für eine besonders weit gehende Reduzierung der Ausrichtungstoleranz. Und der zweite, stärker oder leichter verformbare Teilbereich sorgt für eine besonders gute Abstützung an der Innenseite des Gehäuses des Brennstoffzellenstapels. Die Teilbereiche sind hierbei bevorzugt aus unterschiedlichen Materialien gebildet.Preferably, the stop element protruding beyond the side edge has a first partial area, which bears against the at least one cell component, and a second partial area, which protrudes from the first partial area. Here, a deformability of the first portion is less than a deformability of the second portion. In other words, the second, in the manner of a projection of the first portion formed second portion is less hard or stiff than the first portion. The first subregion with the lower deformability or the hard subregion then ensures a particularly extensive reduction of the alignment tolerance. And the second, stronger or more easily deformable portion ensures a particularly good support on the inside of the housing of the fuel cell stack. The subregions are preferably formed from different materials.

Vorzugsweise ist an wenigstens drei voneinander verschiedenen Seitenrändern der wenigstens einen Zellkomponente ein jeweiliges Anschlagelement ausgebildet. So lässt sich eine besonders genau definierte Ausrichtung beim Stapeln der Zellkomponenten erreichen.Preferably, a respective stop element is formed on at least three mutually different side edges of the at least one cell component. Thus, a particularly well-defined alignment when stacking the cell components can be achieved.

Insbesondere, wenn das zumindest eine Anschlagelement über den Seitenrand der Zellkomponente übersteht, können auch an vier voneinander verschiedenen Seitenrändern der Zellkomponente jeweilige Anschlagelemente ausgebildet sein. Denn dann wird das die gestapelten Brennstoffzellen umfassende Zellpaket in dem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels in vier Richtungen besonders gut abgestützt. So lassen sich beispielsweise beim Auftreten eines Unfalls des den Brennstoffzellenstapel aufweisenden Kraftwagens Kräfte besonders gut abfangen.In particular, if the at least one stop element protrudes beyond the side edge of the cell component, respective stop elements may also be formed on four mutually different side edges of the cell component. Because then the cell stack comprising the stacked fuel cell is particularly well supported in the housing of the fuel cell stack in four directions. For example, forces can be absorbed particularly well in the event of an accident of the motor vehicle having the fuel cell stack.

Insbesondere, wenn das zumindest eine Anschlagelement an dem Seitenrand der wenigstens einen Zellkomponente ausgebildet ist oder über den Seitenrand übersteht, kann das zumindest eine Anschlagelement geradlinig ausgebildet sein, also im Wesentlichen entlang eines Teils des Seitenrands verlaufen.In particular, if the at least one stop element is formed on the side edge of the at least one cell component or protrudes beyond the side edge, the at least one stop element can be rectilinear, that is, extend substantially along a part of the side edge.

Das zumindest eine Anschlagelement kann an der wenigstens einen Separatorplatte angeordnet sein. So kann die Separatorplatte zum Ausrichten genutzt werden, und dennoch besteht aufgrund der Ausbildung des Anschlagelements aus dem elektrisch nicht leitenden Material nicht die Gefahr einer unerwünschten Kontaktierung von benachbarten Separatorplatten miteinander im Bereich des zumindest einen Anschlagelements. Dies verringert somit die Fehleranfälligkeit des Brennstoffzellenstapels.The at least one stop element may be arranged on the at least one separator plate. Thus, the separator can be used for aligning, and yet due to the formation of the stop element of the electrically non-conductive material is not the risk of undesirable contacting of adjacent Separatorplatten together in the region of at least one stop element. This thus reduces the susceptibility of the fuel cell stack to failure.

Zum Anbringen des zumindest einen Anschlagelements an der wenigstens einen Separatorplatte kann beispielsweise ein Spritzgießverfahren zum Einsatz kommen.For attaching the at least one stop element to the at least one separator plate, for example, an injection molding process can be used.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine Separatorplatte im Bereich des zumindest einen Anschlagelements ein Strukturelement aufweist, welches mit einem Strukturelement korrespondiert, welches in dem Bereich an dem Anschlagelement ausgebildet ist. Durch solche miteinander korrespondierende Strukturelemente kann ein Verrutschen beziehungsweise ein Sich-Verschieben der Separatorplatte und des Anschlagelements gegenüber einander beziehungsweise relativ zueinander besonders einfach unterbunden werden. Beispielsweise kann als Strukturelement in der Separatorplatte eine Vertiefung beziehungsweise ein Loch ausgebildet sein und als Strukturelement in dem Bereich des Anschlagelements ein mit der Vertiefung beziehungsweise mit dem Loch korrespondierender Vorsprung oder eine derartige Kontur.As a further advantage, it has been shown that the at least one separator plate in the region of the at least one stop element has a structural element which corresponds to a structural element, which is formed in the region on the stop element. Such structural elements which correspond with one another can cause slippage or self-shifting the separator plate and the stopper element against each other or relative to each other are particularly easily prevented. For example, a recess or a hole may be formed as a structural element in the separator plate, and as a structural element in the region of the stop element, a projection or contour corresponding to the recess or to the hole may be formed.

Die wenigstens eine Separatorplatte kann als Bipolarplatte ausgebildet sein, welche eine erste Teilplatte und eine zweite Teilplatte umfasst. Zwischen den Teilplatten ist ein Dichtelement angeordnet. Das zumindest eine Anschlagelement kann an dem Dichtelement anliegen. In einem Zwischenraum zwischen den beiden Teilplatten der Bipolarplatte sind üblicherweise Kanäle für das Kühlmittel vorgesehen, welches dem Kühlen der Brennstoffzellen im Betrieb derselben dient. Es kann also das zumindest eine Anschlagelement auch im Bereich dieser Kühlmittel-Dichtungsebene angeordnet sein. Eine derartige Anordnung lässt sich besonders einfach realisieren, etwa indem beim Aufbringen des Dichtelements auf eine der Teilplatten in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren zugleich das Anschlagelement mit ausgebildet wird.The at least one separator plate may be formed as a bipolar plate, which comprises a first sub-plate and a second sub-plate. Between the sub-plates, a sealing element is arranged. The at least one stop element can rest against the sealing element. In a space between the two sub-plates of the bipolar plate usually channels for the coolant are provided, which serves the cooling of the fuel cell in the operation thereof. It can therefore be arranged at least one stop element in the region of this coolant seal plane. Such an arrangement can be realized in a particularly simple manner, for instance by simultaneously forming the stop element during the application of the sealing element to one of the partial plates in a two-component injection molding process.

Das zumindest eine Anschlagelement kann eine Durchtrittsöffnung in der wenigstens einen Zellkomponente und/oder eine randliche Ausnehmung in der wenigstens einen Zellkomponente umfassen. Durch eine derartige Durchtrittsöffnung oder Ausnehmung tritt beim Stapeln der Zellkomponenten und auch in dem Brennstoffzellenstapel dann ein stabförmiges Element hindurch, welches die korrekte Ausrichtung der Zellkomponenten relativ zueinander sicherstellt. Ein derartiges Anschlagelement lässt sich besonders einfach bereitstellen.The at least one stop element may comprise a passage opening in the at least one cell component and / or a marginal recess in the at least one cell component. By means of such a passage opening or recess, a rod-shaped element then passes through the stacking of the cell components and also in the fuel cell stack, which ensures the correct alignment of the cell components relative to one another. Such a stop element is particularly easy to deploy.

Beispielsweise kann im Bereich der Durchtrittsöffnung ein Ring aus einem elektrisch nicht leitenden Material an der Zellkomponente angeordnet sein. Dies gilt sowohl dann, wenn das Anschlagelement an einer Zellkomponente aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material ausgebildet ist, etwa an dem Rahmenelement der Membran-Elektroden-Anordnung, als auch dann, wenn das zumindest eine Anschlagelement an der Separatorplatte angeordnet ist, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus Metall gebildet ist.For example, a ring made of an electrically non-conductive material may be arranged on the cell component in the region of the passage opening. This applies both when the stop element is formed on a cell component of an electrically non-conductive material, such as on the frame member of the membrane-electrode assembly, as well as when the at least one stop element is arranged on the separator plate, which consists of an electrically conductive material, for example formed of metal.

In analoger Weise kann das zumindest eine Anschlagelement als Auskleidung der randlichen Ausnehmung in der wenigstens einen Zellkomponente ausgebildet sein und so dafür sorgen, dass die randliche Ausnehmung im Bereich des zumindest einen Anschlagelements elektrisch nicht leitend ist.In an analogous manner, the at least one stop element may be formed as a lining of the peripheral recess in the at least one cell component and thus ensure that the peripheral recess in the region of the at least one stop element is electrically non-conductive.

Die Brennstoffzelle kann eine erste Durchtrittsöffnung und eine zweite Durchtrittsöffnung aufweisen, wobei die zweite Durchtrittsöffnung in eine Erstreckungsrichtung der wenigstens einen Zellkomponente gesehen eine größere Abmessung aufweist als die erste Durchtrittsöffnung. Es kann also beispielsweise die erste Durchtrittsöffnung als Rundloch ausgebildet sein und die zweite Durchtrittsöffnung als Langloch. So lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine miteinander fluchtende Ausrichtung der Zellkomponenten sicherstellen, wobei das Langloch für einen entsprechenden Toleranzausgleich sorgt.The fuel cell may have a first passage opening and a second passage opening, wherein the second passage opening seen in an extension direction of the at least one cell component has a larger dimension than the first passage opening. Thus, for example, the first passage opening may be formed as a round hole and the second passage opening as a slot. In this way, it is possible to ensure alignment of the cell components that is in alignment with each other in a particularly simple manner, the slot providing a corresponding tolerance compensation.

In analoger Weise kann die Brennstoffzelle eine erste randliche Ausnehmung und eine zweite randliche Ausnehmung aufweisen, wobei die zweite randliche Ausnehmung in die Erstreckungsrichtung der wenigstens einen Zellkomponente gesehen, eine größere Abmessung aufweist als die erste randliche Ausnehmung. Es kann also beispielsweise ein zu einer Seite hin offenes Rundloch als die erste randliche Ausnehmung vorgesehen sein und ein zu einer Seite hin offenes Langloch als die zweite randliche Ausnehmung. Insbesondere können derartige randliche Ausnehmungen und/oder Durchtrittsöffnungen dreieckförmig ausgebildet sein.In an analogous manner, the fuel cell can have a first peripheral recess and a second peripheral recess, the second peripheral recess having a larger dimension than the first peripheral recess when viewed in the direction of extent of the at least one cell component. Thus, for example, a circular hole open to one side may be provided as the first peripheral recess and an oblong hole open to one side as the second peripheral recess. In particular, such peripheral recesses and / or passage openings may be formed triangular.

Das zumindest eine Anschlagelement ist bevorzugt aus wenigstens einem Polymer und/oder aus einem Keramikmaterial gebildet. Zusätzlich oder alternativ kann als das zumindest eine Anschlagelement wenigstens ein Metall zum Einsatz kommen, welches mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist. Auch durch derartige, oberflächenbeschichtete Metalleinsätze lässt sich besonders einfach ein Anschlagelement mit einer gewünschten Steifigkeit bereitstellen. Zusätzlich oder alternativ kann das zumindest eine Anschlagelement aus einem Dichtungsmaterial gebildet sein, insbesondere aus einem vergleichsweise steifen Dichtungsmaterial.The at least one stop element is preferably formed of at least one polymer and / or of a ceramic material. Additionally or alternatively, at least one metal may be used as the at least one stop element, which is provided with an electrically insulating coating. Such a surface-coated metal inserts also make it particularly easy to provide a stop element with a desired rigidity. Additionally or alternatively, the at least one stop element may be formed from a sealing material, in particular from a comparatively stiff sealing material.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das zumindest eine Anschlagelement eine Steifigkeit aufweist, bei welcher aufgrund einer zum Zwecke des Stapelns beim Ausrichten der wenigstens einen Zellkomponente auftretenden Kraft eine Verformung des zumindest einen Anschlagelements unterbleibt. Durch ein solches, vergleichsweise steifes Anschlagelement lässt sich nämlich eine besonders präzise Ausrichtung der Zellkomponenten beim Stapeln derselben erreichen.Finally, it has proven to be advantageous if the at least one stop element has a rigidity in which a deformation of the at least one stop element is avoided due to a force occurring for the purpose of stacking when aligning the at least one cell component. By means of such a comparatively stiff stop element, a particularly precise alignment of the cell components during stacking can be achieved.

Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel umfasst eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Brennstoffzellen. Der Brennstoffzellenstapel ist insbesondere zur Verwendung in einem Kraftwagen vorgesehen.The fuel cell stack according to the invention comprises a plurality of fuel cells according to the invention. The fuel cell stack is intended in particular for use in a motor vehicle.

In einer Ausgestaltung des Brennstoffzellenstapels kann insbesondere vorgesehen sein, dass das zumindest eine Anschlagelement ein Strukturelement aufweist, welches mit einem Strukturelement korrespondiert, welches an einer Innenseite eines Gehäuses des Brennstoffzellenstapels ausgebildet ist. Es kann also beispielsweise als Strukturelement des Anschlagelements ein Vorsprung vorgesehen sein, welcher mit einer in dem Gehäuse ausgebildeten Vertiefung und/oder Ausbuchtung einer Gehäusewand des Gehäuses korrespondiert. Des Weiteren können Rippen mit Nuten oder dergleichen Strukturelemente miteinander korrespondieren. Auch kann auf Seiten des Gehäuses als Strukturelement eine positive Form vorgesehen sein, welche im Bereich des Anschlagelements als entsprechendes, korrespondierendes Negativ abgebildet ist. So lässt sich ein besonders sicherer Sitz eines Pakets der Brennstoffzellen in dem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels sicherstellen. In one configuration of the fuel cell stack, provision can be made, in particular, for the at least one stop element to have a structural element which corresponds to a structural element which is formed on an inner side of a housing of the fuel cell stack. Thus, for example, a projection may be provided as a structural element of the stop element, which projection corresponds to a depression and / or bulge of a housing wall of the housing formed in the housing. Furthermore, ribs with grooves or similar structural elements can correspond to one another. Also, on the side of the housing as a structural element may be provided a positive shape, which is shown in the region of the stop element as a corresponding, corresponding negative. This ensures a particularly secure fit of a package of fuel cells in the housing of the fuel cell stack.

Die für die erfindungsgemäße Brennstoffzelle beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für den erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel und umgekehrt.The advantages and preferred embodiments described for the fuel cell according to the invention also apply to the fuel cell stack according to the invention and vice versa.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or in isolation.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch eine Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellenstapel eines Kraftwagens in einer Draufsicht;
2 in einer stark schematischen Darstellung eine Draufsicht auf die Brennstoffzelle, wobei über einen Rand einer Zellkomponente der Brennstoffzelle geradlinig ausgebildete Anschläge überstehen;
3 stark schematisiert die Brennstoffzelle mit einem der Anschläge gemäß 2, wobei der Anschlag einen harten Teilbereich und einen weicheren Teilbereich aufweist;
4 die Membran-Elektroden-Anordnung gemäß 1, wobei Anschlagelemente ein in einem Rahmenelement der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildetes Rundloch und ein Langloch umfassen; und
5 die Membran-Elektroden-Anordnung gemäß 4, wobei die Anschlagelemente anstelle des Rundlochs und des Langlochs an einem jeweiligen Rand offene Ausnehmungen umfasen.

The invention will now be explained in more detail with reference to a preferred embodiment and with reference to the drawings. Show it:

1 schematically a membrane electrode assembly of a fuel cell for a fuel cell stack of a motor vehicle in a plan view;
2 in a highly schematic representation of a plan view of the fuel cell, wherein over an edge of a cell component of the fuel cell straight formed stops survive;
3 strongly schematized the fuel cell with one of the stops according to 2 wherein the stop has a hard portion and a softer portion;
4 the membrane-electrode assembly according to 1 wherein stopper members comprise a round hole formed in a frame member of the membrane-electrode assembly and a slot; and
5 the membrane-electrode assembly according to 4 in which the stop elements comprise open recesses instead of the round hole and the oblong hole at a respective edge.

1 zeigt schematisch eine Membran-Elektroden-Anordnung 1, also eine Zellkomponente einer Brennstoffzelle 2, welche in 2 in einer Draufsicht schematisch gezeigt ist. Die Membran-Elektroden-Anordnung 1 umfasst einen aktiven Bereich 3, in welchem eine mit jeweiligen Katalysatoren beschichtete Membran (catalyst coated membrane, CCM) angeordnet ist. Auf einander gegenüberliegenden Seiten der katalysatorbeschichteten Membran sind Gasdiffusionslagen angeordnet. Eine der Gasdiffusionslagen sorgt für die Verteilung des Brennstoffs, etwa in Form von Wasserstoff, welcher dem entsprechenden Katalysator der Membran zugeführt wird. Die gegenüberliegende Gasdiffusionslage sorgt dementsprechend für die Verteilung des Oxidationsmittels, etwa in Form von Luft oder Sauerstoff, im Bereich des gegenüberliegenden Katalysators der katalysatorbeschichteten Membran. 1 schematically shows a membrane-electrode assembly 1 , ie a cell component of a fuel cell 2 , what a 2 is shown schematically in a plan view. The membrane electrode assembly 1 includes an active area 3 in which a membrane coated with respective catalysts (catalyst coated membrane, CCM) is arranged. Gas diffusion layers are disposed on opposite sides of the catalyst coated membrane. One of the gas diffusion layers provides for the distribution of the fuel, for example in the form of hydrogen, which is supplied to the corresponding catalyst of the membrane. The opposite gas diffusion layer accordingly provides for the distribution of the oxidizing agent, for example in the form of air or oxygen, in the region of the opposite catalyst of the catalyst-coated membrane.

Der aktive Bereich 3 ist von einem Rahmenelement 4 eingefasst, welches einen Ausschnitt aufweist, dessen Abmessungen geringfügig kleiner sind, als die Außenmaße des aktiven Bereichs 3. Zwei solche einander gegenüberliegende Rahmenelemente 4 der Membran-Elektroden-Anordnung 1 überlappen dementsprechend mit einem Rand der katalysatorbeschichteten Membran in dem aktiven Bereich 3. In dem Rahmenelement 4 beziehungsweise in den beiden Rahmenelementen 4 der Membran-Elektroden-Anordnung 1 sind in an sich bekannter Art und Weise Durchlässe 5 für die Reaktionsmedien, also für den zugeführten Brennstoff, den abgeführten Brennstoff, das zugeführte Oxidationsmittel und das abgeführte Oxidationsmittel, sowie für ein zugeführtes Kühlmittel und das abgeführte Kühlmittel vorgesehen. In den aufeinander gestapelten Brennstoffzellen 2 bilden diese Durchlässe 5 dementsprechende Kanäle für die Zufuhr beziehungsweise Abfuhr des Brennstoffs, des Oxidationsmittels und des Kühlmittels.The active area 3 is from a frame element 4 bordered, which has a section whose dimensions are slightly smaller than the outer dimensions of the active area 3 , Two such opposing frame members 4 the membrane-electrode assembly 1 Accordingly, they overlap one edge of the catalyst-coated membrane in the active region 3 , In the frame element 4 or in the two frame elements 4 the membrane-electrode assembly 1 are passages in a manner known per se 5 for the reaction media, that is, for the supplied fuel, the discharged fuel, the supplied oxidant and the discharged oxidant, and provided for a supplied coolant and the discharged coolant. In the stacked fuel cells 2 make up these passages 5 corresponding channels for the supply or discharge of the fuel, the oxidizing agent and the coolant.

In 2 sind die Durchlässe 5 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Jedoch zeigt 2 eine weitere Zellkomponente der Brennstoffzelle 2, welche als Separatorplatte 6 ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Die Separatorplatte 6 kann als Monopolarplatte ausgebildet sein oder als Bipolarplatte.In 2 are the passages 5 for the sake of simplicity not shown. However, shows 2 another cell component of the fuel cell 2 , which as a separator plate 6 is formed, in a plan view. The separator plate 6 can be designed as a monopolar plate or as a bipolar plate.

Des Weiteren ist aus 2 ersichtlich, dass an zumindest einer der Zellkomponenten Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 angeordnet sind, welche in 2 als geradlinige Anschläge ausgebildet sind. Diese Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 sind aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet, beispielsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Polymer. Die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 dienen dem Ausrichten der Zellkomponenten beim Stapeln der Zellkomponenten. Des Weiteren dienen die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 einer Abstützung der Brennstoffzellen 2 an einer Innenseite eines Gehäuses eines (vorliegend nicht gezeigten) Brennstoffzellenstapels.Furthermore, it is off 2 it can be seen that stop elements are provided on at least one of the cell components 7 . 8th . 9 . 10 are arranged, which in 2 are designed as rectilinear stops. These stop elements 7 . 8th . 9 . 10 are formed of an electrically non-conductive material, such as an electrically non-conductive polymer. The stop elements 7 . 8th . 9 . 10 serve to align the cell components when stacking the cell components. Furthermore, the stop elements serve 7 . 8th . 9 . 10 a support of the fuel cell 2 on an inside of a housing of a fuel cell stack (not shown).

Die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 können an den aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildeten Separatorplatten 6 angeordnet sein. In einer bevorzugten Variante sind die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 jedoch im Bereich einer Dichtungsebene der Brennstoffzelle 2 angeordnet.The stop elements 7 . 8th . 9 . 10 may be attached to the separator plates formed of an electrically conductive material 6 be arranged. In a preferred variant, the stop elements 7 . 8th . 9 . 10 however, in the region of a sealing plane of the fuel cell 2 arranged.

Beispielsweise kann bei Ausbildung der Separatorplatte 6 als Bipolarplatte zwischen einer ersten Teilplatte und einer zweiten Teilplatte der Bipolarplatte ein Dichtelement vorgesehen sein. Dieses dient der Abdichtung eines Zwischenraums zwischen den Teilplatten und verhindert dementsprechend das Austreten von Kühlmittel aus einem Kühlmittelströmungsfeld, welches in dem Zwischenraum zwischen den beiden Teilplatten ausgebildet ist. Wenn die Dichtung beispielsweise in einem Spritzgießverfahren auf eine der Teilplatten aufgebracht wird, so kann insbesondere ein Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren zum Einsatz kommen. Hierbei kann zugleich mit der Dichtung das Anschlagelement 7, 8, 9, 10 durch Spritzgießen ausgebildet werden.For example, when forming the separator plate 6 be provided as a bipolar plate between a first sub-plate and a second sub-plate of the bipolar plate, a sealing element. This serves to seal a gap between the sub-plates and accordingly prevents the escape of coolant from a coolant flow field formed in the space between the two sub-plates. For example, if the gasket is applied to one of the partial plates in an injection molding process, a two-component injection molding process can be used in particular. Here, at the same time as the seal, the stop element 7 . 8th . 9 . 10 be formed by injection molding.

Zusätzlich oder alternativ können die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 im Bereich der Dichtungsebene des Rahmenelements 4 angeordnet sein. Auch das Rahmenelement 4 hat nämlich eine Dichtfunktion, durch welche sichergestellt wird, dass die Medien in Form des Brennstoffs, des Oxidationsmittels und des Kühlmittels voneinander getrennt bleiben. Ein derartiges Dichtelement kann linienförmig ausgebildet sein.Additionally or alternatively, the stop elements 7 . 8th . 9 . 10 in the region of the sealing plane of the frame element 4 be arranged. Also the frame element 4 Namely has a sealing function, which ensures that the media in the form of the fuel, the oxidizing agent and the coolant remain separated from each other. Such a sealing element may be formed linear.

Des Weiteren kann als Dichtelement oder Dichteinrichtung eine flächige Dichtung zum Einsatz kommen. Eine derartige, flächige Dichtung entspricht von den Abmessungen und den Ausschnitten her der Gestalt des Rahmenelements 4 (vergleiche 1). Entsprechend weist auch eine solche flächige Dichteinrichtung etwa in Form einer flächigen Klebefolie die Durchlässe 5 und den Ausschnitt für den aktiven Bereich 3 auf. Auch im Bereich dieser Dichtungsebene lassen sich die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 besonders gut einbringen. Denn zum Fixieren der beiden flächigen Dichteinrichtungen an den einander gegenüberliegenden Rahmenelementen 4 erfolgt üblicherweise ein Erwärmen der flächigen Dichtungen beziehungsweise Klebefolien. Bei diesem Verbacken lassen sich die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 besonders gut im Bereich dieser Dichtungsebene fixieren.Furthermore, as a sealing element or sealing device, a flat seal can be used. Such a flat seal corresponds to the dimensions and the cut-out ago the shape of the frame member 4 (see 1 ). Accordingly, even such a flat sealing device in the form of a sheet-like adhesive film, the passages 5 and the clipping for the active area 3 on. Also in the area of this sealing level, the stop elements can be 7 . 8th . 9 . 10 bring in very well. Because for fixing the two flat sealing devices on the opposing frame members 4 usually takes place heating of the flat seals or adhesive films. In this Verbacken the stop elements can be 7 . 8th . 9 . 10 fix particularly well in the area of this sealing level.

In 2 sind die Anschlagelemente 7, 8, 10 als geradlinige Anschläge ausgebildet, während das Anschlagelement 9 L-förmig ausgebildet ist. Alle diese, bevorzugt verbackenen Anschläge beziehungsweise Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 stehen bei dieser Variante jedoch über jeweilige Seitenränder 11, 12, 13, 14 der entsprechenden Zellkomponente über. So steht das Anschlagelement 10 über den in 2 oberen Seitenrand 11 des Rahmenelements 4 beziehungsweise der Separatorplatten 6 über. Die Anschlagelemente 7, 8 stehen über den in 2 rechten Seitenrand 12 dieser Zellkomponenten über. Das Anschlagelement 9, welches eine Ecke der Zellkomponente umgreift, steht folglich über den in 2 unteren Seitenrand 13 und über den in 2 linken Seitenrand 14 der Zellkomponente über. Aufgrund dieses Überstehens über den jeweiligen Seitenrand 11, 12, 13, 14 kann mittels der vier Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 auch eine Abstützung, und zwar vorliegend eine Abstützung in vier Richtungen, an der Innenseite des Gehäuses des Brennstoffzellenstapels erreicht werden.In 2 are the stop elements 7 . 8th . 10 formed as rectilinear stops, while the stop element 9 L-shaped. All these, preferably baked stops or stop elements 7 . 8th . 9 . 10 stand in this variant, however, over respective margins 11 . 12 . 13 . 14 the corresponding cell component. So stands the stop element 10 over the in 2 upper margin 11 of the frame element 4 or the separator plates 6 above. The stop elements 7 . 8th stand above the in 2 right margin 12 of these cell components. The stop element 9 , which encompasses a corner of the cell component, thus stands over the in 2 lower margin 13 and about the in 2 left margin 14 the cell component over. Because of this overcoming the respective margin 11 . 12 . 13 . 14 can by means of the four stop elements 7 . 8th . 9 . 10 also a support, in the present case a support in four directions, can be achieved on the inside of the housing of the fuel cell stack.

Die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 dienen dem Positionieren der Brennstoffzellen 2 im Stapelprozess. Zudem stellt die Ausbildung der Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 aus dem elektrisch nicht leitenden Material die elektrische Isolation zwischen den Separatorplatten 6 der gestapelten Brennstoffzellen 2 sicher.The stop elements 7 . 8th . 9 . 10 serve to position the fuel cells 2 in the batch process. In addition, the formation of the stop elements 7 . 8th . 9 . 10 from the electrically non-conductive material, the electrical insulation between the separator plates 6 of the stacked fuel cells 2 for sure.

Die beispielsweise aus dem Polymer gebildeten Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 können selbst geringfügig verformbar sein oder vergleichsweise steif ausgebildet. Im letzteren Fall können die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 die beim Ausrichten auftretenden Kräfte flächig an die Dichtung weitergeben, wenn die Anschlagelemente 7, 8, 9, 10 im Bereich der Dichtungsebene angeordnet sind.The stop elements formed for example from the polymer 7 . 8th . 9 . 10 may themselves be slightly deformable or comparatively stiff. In the latter case, the stop elements 7 . 8th . 9 . 10 the forces occurring during alignment to pass flat to the seal when the stop elements 7 . 8th . 9 . 10 are arranged in the region of the sealing plane.

3 zeigt stark schematisiert eines der Anschlagelemente 7, 8, 9, 10, beispielsweise das Anschlagelement 7, in einer weiteren Ausgestaltung. Hierbei kann das Anschlagelement 7 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. So kann das Anschlagelement 7 einen ersten Teilbereich 15 aus einem härteren, also weniger leicht verformbaren Material, insbesondere Polymermaterial, aufweisen und einen zweiten Teilbereich 16. Der zweite Teilbereich 16 ist nach Art eines Vorsprungs ausgebildet, welcher von einer Oberfläche 17 des ersten Teilbereichs 15 absteht. Die Oberfläche 17 dient dementsprechend als harte Anschlagfläche des Anschlagelements 7. 3 shows a highly schematic of one of the stop elements 7 . 8th . 9 . 10 , For example, the stop element 7 in a further embodiment. Here, the stop element 7 made of different materials. Thus, the stop element 7 a first subarea 15 from a harder, that is less easily deformable material, in particular polymer material, and have a second portion 16 , The second part 16 is formed in the manner of a projection, which of a surface 17 of the first subarea 15 projects. The surface 17 serves accordingly as a hard stop surface of the stop element 7 ,

Der zweite Teilbereich 16 weist bei dieser Ausgestaltung eine größere Verformbarkeit auf, als der erste Teilbereich 15. Dementsprechend kann der zweite Teilbereich 16 besonders gut das Abstützen des Pakets oder Stapels der Brennstoffzellen 2 in dem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels sicherstellen. Dementsprechend dämpft ein derartiger Anschlag Vibrationen, und er isoliert thermisch und elektrisch gegenüber dem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels.The second part 16 has in this embodiment, a greater deformability, as the first portion 15 , Accordingly, the second portion 16 especially good at supporting the packet or stack of fuel cells 2 in the housing of the fuel cell stack. Accordingly, such a stop dampens vibrations and thermally and electrically insulates against the housing of the fuel cell stack.

4 zeigt eine Variante, bei welcher beispielsweise an der Zellkomponente in Form der Membran-Elektroden-Anordnung 1 keine geradlinigen Anschlagelemente vorgesehen sind. Vielmehr umfassen bei dieser Variante Anschlagelemente zum Ausrichten der Zellkomponenten ein Rundloch 18 und ein Langloch 19. Durch derartige Anschläge lässt sich zwar keine Abstützung der Zellkomponente an dem Gehäuse des Brennstoffzellenstapels erreichen. Jedoch lässt sich auch durch Vorsehen derartiger Durchtrittsöffnungen in der Zellkomponente eine einfache und exakte Ausrichtung der Zellkomponenten beim Stapeln realisieren, etwa indem jeweilige Stäbe durch das Rundloch 18 und das Langloch 19 hindurchgeführt werden. 4 shows a variant in which, for example, on the cell component in the form of the membrane electrode assembly 1 no rectilinear stop elements are provided. Rather, in this variant stop elements for aligning the cell components comprise a round hole 18 and a slot 19 , By such attacks can indeed achieve no support of the cell component to the housing of the fuel cell stack. However, by providing such passage openings in the cell component, it is also possible to realize simple and exact alignment of the cell components during stacking, for example by inserting respective rods through the round hole 18 and the slot 19 be passed.

Ein Rand 20 des Rundlochs 18 beziehungsweise eine Rand 20 des Langlochs 19 kann beispielsweise mit einem Kunststoffring versehen sein und so das bevorzugt steife oder eigensteife Anschlagelement bereitstellen. In analoger Weise kann ein solcher Ring aus einem Kunststoff beziehungsweise Polymer im Bereich eines jeweiligen Rundlochs 18 und im Bereich eines jeweiligen Langlochs 19 angeordnet sein, welches in der Separatorplatte 6 ausgebildet ist.An edge 20 of the round hole 18 or an edge 20 the long hole 19 For example, it can be provided with a plastic ring and thus provide the preferably rigid or inherently rigid stop element. In an analogous manner, such a ring of a plastic or polymer in the region of a respective round hole 18 and in the region of a respective slot 19 be arranged, which in the separator plate 6 is trained.

Bei der in 5 gezeigten Variante sind anstelle des geschlossenen Rundlochs 18 und des geschlossenen Langlochs 19 randliche Ausnehmungen 21, 22 vorgesehen. Die randliche Ausnehmung 21 kann als an einer Seite offenes Rundloch ausgebildet sein und die randliche Ausnehmung 22 als an einer Seite offenes Langloch. Auch durch derartige Ausnehmungen 21, 22 mit entsprechenden Rändern 20, welche in 5 in dem Rahmenelement 4 der Membran-Elektroden-Anordnung 1 gezeigt sind, lässt sich die korrekte Positionierung der Zellkomponenten im Stapelprozess sicherstellen.At the in 5 shown variant are instead of the closed round hole 18 and the closed slot 19 marginal recesses 21 . 22 intended. The marginal recess 21 can be formed as open on one side round hole and the marginal recess 22 as an open slot on one side. Also by such recesses 21 . 22 with corresponding margins 20 , what a 5 in the frame element 4 the membrane-electrode assembly 1 shown, can ensure the correct positioning of the cell components in the batch process.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Membran-Elektroden-AnordnungMembrane electrode assembly
22: Brennstoffzellefuel cell
33: aktiver Bereichactive area
44: Rahmenelementframe element
55: Durchlasspassage
66: Separatorplatteseparator
77: Anschlagelementstop element
88th: Anschlagelementstop element
99: Anschlagelementstop element
1010: Anschlagelementstop element
1111: Seitenrandmargin
1212: Seitenrandmargin
1313: Seitenrandmargin
1414: Seitenrandmargin
1515: Teilbereichsubregion
1616: Teilbereichsubregion
1717: Oberflächesurface
1818: Rundlochround hole
1919: LanglochLong hole
2020: Randedge
2121: Ausnehmungrecess
2222: Ausnehmungrecess

Claims

Fuel cell for a fuel cell stack, in particular of a motor vehicle, wherein the fuel cell (2) on cell components of the fuel cell (2) comprises a membrane electrode assembly (1) and at least one separator plate (6) attached to one of the membrane electrode assembly ( 1) facing side has a flow field, characterized in that at least one of the cell components has at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) made of an electrically non-conductive material, wherein the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) for aligning the at least one cell component is formed in a stacking of the cell components.

Fuel cell after Claim 1 , characterized in that the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) is formed on a frame element (4) of the membrane electrode assembly (1), which has an active region (3) of the membrane electrode assembly. Surrounds arrangement (1) circumferentially.

Fuel cell after Claim 2 , characterized in that on one of the separator plate (6) facing surface of the frame member (4), in particular the surface of the frame member (4) flat covering, sealing means is arranged, wherein the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) bears against the sealing device.

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) projects beyond a side edge (11, 12, 13, 14) of the at least one cell component.

Fuel cell after Claim 4 , characterized in that over the side edge (11, 12, 13, 14) projecting stop element (7, 8, 9, 10, 20) has a first portion (15), which on the at least one cell component is present, and a second portion (16) which protrudes from the first portion (15), wherein a deformability of the first portion (15) is less than a deformability of the second portion (16).

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that at least three mutually different side edges (11, 12, 13, 14) of the at least one cell component, a respective stop element (7, 8, 9, 10, 20) is formed.

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) is arranged on the at least one separator plate (6).

Fuel cell after Claim 7 , characterized in that the at least one separator plate (6) in the region of the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) has a structural element which corresponds to a structural element which in the region on the stop element (7, 8 , 9, 10, 20) is formed.

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one separator plate (6) is designed as a bipolar plate, which comprises a first sub-plate and a second sub-plate, wherein between the sub-plates, a sealing element is arranged, and wherein the at least one stop element (7 , 8, 9, 10, 20) bears against the sealing element.

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) has a passage opening (18, 19) in the at least one cell component and / or a peripheral recess (21, 22) in comprising at least one cell component.

Fuel cell after Claim 10 , characterized in that the fuel cell has a first passage opening (18) and / or marginal recess (21) and a second passage opening (19) and / or marginal recess (22), wherein the second passage opening (19) and / or marginal recess (22) seen in a direction of extension of the at least one cell component has a larger dimension than the first passage opening (18) and / or marginal recess (21).

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) of at least one polymer and / or of a ceramic material and / or at least one provided with an electrically insulating coating metal and or is formed of a sealing material.

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one stop element (7, 8, 9, 10, 20) has a rigidity in which, due to a force occurring for the purpose of stacking when aligning the at least one cell component, a deformation of at least a stop element (7, 8, 9, 10, 20) is omitted.

Fuel cell stack, in particular for a motor vehicle, having a plurality of fuel cells (2) according to one of Claims 1 to 13 wherein the at least one stopper member (7, 8, 9, 10, 20) has a structural member corresponding to a structural member formed on an inner side of a housing of the fuel cell stack.