DE102019135277A1 - Method of manufacturing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device - Google Patents

Method of manufacturing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device Download PDF

Info

Publication number
DE102019135277A1
DE102019135277A1 DE102019135277.0A DE102019135277A DE102019135277A1 DE 102019135277 A1 DE102019135277 A1 DE 102019135277A1 DE 102019135277 A DE102019135277 A DE 102019135277A DE 102019135277 A1 DE102019135277 A1 DE 102019135277A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
seal
bipolar plate
tool
plate layer
electrochemical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019135277.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Stahl
Manuel Salzmann
Thomas Dix-Landgraf
Andreas Schmid
Paul Volz
Jürgen Kraft
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Original Assignee
ElringKlinger AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Priority to DE102019135277.0A priority Critical patent/DE102019135277A1/en
Priority to PCT/EP2020/085112 priority patent/WO2021122169A1/en
Publication of DE102019135277A1 publication Critical patent/DE102019135277A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/002—Shape, form of a fuel cell
    • H01M8/006—Flat
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Um ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung, umfassend Folgendes:- Erzeugen der Dichtung in einem Formgebungswerkzeug; und- Entnehmen der Dichtung aus dem Formgebungswerkzeug, zu schaffen, welches ermöglicht, die Dichtung in einfacher Weise unbeschädigt von dem Formgebungswerkzeug zu trennen und vorzugsweise eine präzise Positionierung der Dichtung relativ zu anderen Bestandteilen der elektrochemischen Einheit zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die noch am Formgebungswerkzeug angeordnete Dichtung mit mindestens einer Bipolarplattenlage einer Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit verbunden wird und dass die mindestens eine Bipolarplattenlage zusammen mit der damit verbundenen Dichtung von dem Formgebungswerkzeug entfernt wird.To a method for producing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device, comprising the following: - producing the seal in a forming tool; and removing the seal from the forming tool, which enables the seal to be separated from the forming tool in a simple manner undamaged and preferably to achieve precise positioning of the seal relative to other components of the electrochemical unit, it is proposed that the still on Forming tool arranged seal is connected to at least one bipolar plate layer of a bipolar plate of the electrochemical unit and that the at least one bipolar plate layer is removed from the forming tool together with the seal connected thereto.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

  • - Erzeugung der Dichtung in einem Formgebungswerkzeug; und
  • - Entnehmen der Dichtung aus dem Formgebungswerkzeug.
The present invention relates to a method for producing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device, the method comprising:
  • - Production of the seal in a molding tool; and
  • - Removal of the seal from the forming tool.

Die elektrochemische Vorrichtung kann insbesondere eine Brennstoffzellenvorrichtung, ein Elektrolyseur oder ein Batteriezellenstapel sein.The electrochemical device can in particular be a fuel cell device, an electrolyzer or a battery cell stack.

Bei bekannten Verfahren dieser Art wird in dem Formgebungswerkzeug eine Einheit aus der Dichtung und einer Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit hergestellt.In known methods of this type, a unit from the seal and a gas diffusion layer of the electrochemical unit is produced in the molding tool.

Die Außenbereiche einer solchen, insbesondere aus einem Elastomermaterial hergestellten, Dichtung sind jedoch ungestützte Bereiche, die aufgrund der fehlenden Anbindung an eine formsteife Komponente eine große mechanische Instabilität aufweisen. Dies kann beim Zusammenbau der elektrochemischen Einheit und/oder bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung aus den elektrochemischen Einheiten, die längs einer Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung aufeinander folgen, große Schwierigkeiten bereiten, da die Bereiche der Dichtung, welche Mediumkanäle zum Hindurchleiten von der elektrochemischen Vorrichtung zuzuführenden fluiden Medien oder zur Abfuhr von fluiden Medien aus der elektrochemischen Vorrichtung umgeben, nur mit großen Positioniertoleranzen an den jeweils benachbarten Bipolarplatten der elektrochemischen Vorrichtung positioniert werden können oder mit hohem Montageaufwand vorpositioniert werden müssen.However, the outer areas of such a seal, in particular made of an elastomer material, are unsupported areas which, due to the lack of connection to a dimensionally stable component, have great mechanical instability. This can cause great difficulties when assembling the electrochemical unit and / or when assembling the electrochemical device from the electrochemical units which follow one another along a stacking direction of the electrochemical device, since the areas of the seal, which medium channels are to be fed through from the electrochemical device surrounded fluid media or for the removal of fluid media from the electrochemical device, can only be positioned with large positioning tolerances on the respective adjacent bipolar plates of the electrochemical device or have to be prepositioned with a high assembly effort.

Außerdem ist die Entformung einer Dichtung aus einem Formgebungswerkzeug aufwändig, da die Dichtung bei der Entformung nicht beschädigt werden darf und aufgrund der geringen Steifigkeit der Dichtung nur schlecht gegriffen werden kann.In addition, the removal of a seal from a molding tool is complex, since the seal must not be damaged during removal from the mold and, due to the low rigidity of the seal, it can only be gripped with difficulty.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ermöglicht, die Dichtung in einfacher Weise unbeschädigt von dem Formgebungswerkzeug zu trennen und vorzugsweise eine präzise Positionierung der Dichtung relativ zu anderen Bestandteilen der elektrochemischen Einheit zu erzielen.The present invention is based on the object of creating a method for producing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device of the type mentioned at the outset, which enables the seal to be separated from the forming tool in a simple and undamaged manner and preferably a precise relative positioning of the seal to achieve other components of the electrochemical unit.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die noch am Formgebungswerkzeug angeordnete Dichtung mit mindestens einer Bipolarplattenlage einer Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit verbunden wird und dass die mindestens eine Bipolarplattenlage zusammen mit der damit verbundenen Dichtung von dem Formgebungswerkzeug entfernt wird.This object is achieved in a method with the features of the preamble of claim 1 according to the invention in that the seal still arranged on the forming tool is connected to at least one bipolar plate layer of a bipolar plate of the electrochemical unit and that the at least one bipolar plate layer together with the seal connected to it is connected to the The shaping tool is removed.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Konzept zugrunde, eine Dichtung in einem werkzeuggebundenen Prozess, beispielsweise in einem Spritzgießprozess, herzustellen, wobei die Dichtung an eine andere Komponente der elektrochemischen Einheit, insbesondere an eine Komponente einer Membran-Elektroden-Anordnung, beispielsweise an eine Gasdiffusionslage, angebunden werden kann.The present invention is based on the concept of producing a seal in a tool-related process, for example in an injection molding process, the seal being connected to another component of the electrochemical unit, in particular to a component of a membrane-electrode arrangement, for example to a gas diffusion layer can be.

Während der Öffnung des Formgebungswerkzeugs, insbesondere des Spritzgießwerkzeugs, verbleibt die Dichtung an einem Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs.During the opening of the molding tool, in particular the injection molding tool, the seal remains on a tool part of the molding tool.

Das Werkzeugteil, an welchem die Dichtung bei der Öffnung des Formgebungswerkzeugs verbleibt, kann ein bewegliches Werkzeugteil oder ein unbewegliches Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs sein.The tool part on which the seal remains when the forming tool is opened can be a movable tool part or an immovable tool part of the forming tool.

Ferner kann das Werkzeugteil, an welchem die Dichtung bei der Öffnung des Formgebungswerkzeugs verbleibt, mindestens einen Kanal und/oder mindestens eine Düse zum Einbringen eines Spritzgießmaterials in eine Kavität des Formgebungswerkzeugs aufweisen.Furthermore, the tool part on which the seal remains when the molding tool is opened can have at least one channel and / or at least one nozzle for introducing an injection molding material into a cavity of the molding tool.

Mindestens eine Bipolarplattenlage einer Bipolarplatte, vorzugsweise eine mehrere Bipolarplattenlagen umfassende Bipolarplatte, wird an die an dem Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs verbliebene Dichtung heranbewegt und durch Formschluss, durch Stoffschluss und/oder durch Kraftschluss mit der Dichtung verbunden. Anschließend wird die Bipolarplattenlage beziehungsweise die Bipolarplatte zusammen mit der Dichtung von dem Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs weg bewegt.At least one bipolar plate layer of a bipolar plate, preferably a bipolar plate comprising several bipolar plate layers, is moved towards the seal remaining on the tool part of the shaping tool and connected to the seal by form fit, material connection and / or force connection. The bipolar plate layer or the bipolar plate together with the seal is then moved away from the tool part of the shaping tool.

Hierdurch wird die Entformung der Dichtung aus dem Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs deutlich vereinfacht.This significantly simplifies the removal of the seal from the tool part of the shaping tool.

Ferner kann die Einheit aus Bipolarplattenlage oder Bipolarplatte und der damit verbundenen Dichtung leicht weiterverarbeitet, gelagert und zusammen mit anderen Bauteilen zu der elektrochemischen Vorrichtung assembliert werden, da die Einheit aus Bipolarplattenlage oder Bipolarplatte und Dichtung eine - im Vergleich zu der isolierten Dichtung - sehr hohe Formsteifigkeit aufweist und somit deutlich leichter positionierbar ist.Furthermore, the unit of bipolar plate layer or bipolar plate and the associated seal can easily be further processed, stored and assembled together with other components to form the electrochemical device, since the unit of bipolar plate layer or bipolar plate and seal has a - in comparison to the insulated seal - has very high dimensional stiffness and can therefore be positioned much more easily.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung und die mindestens eine Bipolarplattenlage mittels mindestens eines Verbindungselements miteinander verbunden werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the seal and the at least one bipolar plate layer are connected to one another by means of at least one connecting element.

Ein solches Verbindungselement kann insbesondere einstückig mit einem Grundkörper der Dichtung ausgebildet sein.Such a connecting element can in particular be designed in one piece with a base body of the seal.

Der Grundkörper der Dichtung kann insbesondere aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem Elastomermaterial, gebildet sein.The main body of the seal can in particular be formed from an elastic material, preferably from an elastomer material.

Das Verbindungselement kann aus demselben Material wie der Grundkörper der Dichtung gebildet sein oder aus einem von dem Material des Grundkörpers verschiedenen Material.The connecting element can be formed from the same material as the base body of the seal or from a material different from the material of the base body.

Das Verbindungselement kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Material gebildet sein.The connecting element can be formed from a thermoplastic material, for example.

Das Verbindungselement kann insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) gebildet sein.The connecting element can in particular be formed from a thermoplastic elastomer (TPE).

Das Verbindungselement kann als ein Einlegeteil in das Formgebungswerkzeug eingebracht werden, bevor die Dichtung erzeugt wird, oder im Formgebungswerkzeug als erste Komponente eines Zwei-Komponenten-Spritzgießvorgangs vor dem die zweite Komponente bildenden Grundkörper der Dichtung erzeugt werden.The connecting element can be introduced as an insert into the molding tool before the seal is produced, or it can be produced in the molding tool as a first component of a two-component injection molding process before the main body of the seal forming the second component.

Vorzugsweise umfasst mindestens ein Verbindungselement einen Hinterschneidungsbereich, welcher die mindestens eine Bipolarplattenlage hintergreift.At least one connecting element preferably comprises an undercut area which engages behind the at least one bipolar plate layer.

Grundsätzlich kann der Hinterschneidungsbereich eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise die Form eines Pilzes, eines Tropfens oder einer Pfeilspitze.In principle, the undercut area can have any shape, for example the shape of a mushroom, a drop or an arrowhead.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Verbindungselement einen Hinterschneidungsbereich umfasst, welcher an der Bipolarplattenlage angeordnet ist und die Dichtung hintergreift.As an alternative or in addition to this, it can be provided that at least one connecting element comprises an undercut area which is arranged on the bipolar plate layer and engages behind the seal.

Ein solches Verbindungselement kann insbesondere einstückig mit der betreffenden Bipolarplattenlage ausgebildet sein.Such a connecting element can in particular be designed in one piece with the relevant bipolar plate layer.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Dichtung und die mindestens eine Bipolarplattenlage durch Stoffschluss miteinander verbunden werden.As an alternative or in addition to this, it can be provided that the seal and the at least one bipolar plate layer are connected to one another by a material bond.

Ein solcher Stoffschluss kann beispielsweise mittels eines Stoffschlusselements erzeugt werden, dass an der Dichtung und/oder an der mindestens einen Bipolarplattenlage angeordnet wird.Such a material connection can be generated, for example, by means of a material connection element that is arranged on the seal and / or on the at least one bipolar plate layer.

Ein solches Stoffschlusselement kann beispielsweise einen Klebstoff, ein Harz und/oder einen Haftvermittler enthalten.Such a material connection element can contain, for example, an adhesive, a resin and / or an adhesion promoter.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Dichtung beim Öffnen des Formgebungswerkzeugs einen Vernetzungsgrad von weniger als 100 % aufweist, vorzugsweise einen Vernetzungsgrad von weniger als 80 %. Nach dem Öffnen des Formgebungswerkzeugs kann die mindestens eine Bipolarplattenlage in Kontakt mit der unvollständig vernetzten Dichtung gebracht werden, worauf eine weitere Vernetzung des Materials der Dichtung stattfindet, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Dichtung und der mindestens einen Bipolarplattenlage hergestellt wird.Furthermore, it can be provided that the seal has a degree of crosslinking of less than 100% when the forming tool is opened, preferably a degree of crosslinking of less than 80%. After opening the forming tool, the at least one bipolar plate layer can be brought into contact with the incompletely crosslinked seal, whereupon further crosslinking of the material of the seal takes place, as a result of which a material connection is established between the seal and the at least one bipolar plate layer.

Zur Verbesserung der Haftung zwischen der mindestens einen Bipolarplattenlage und der Dichtung kann dabei vorgesehen sein, dass die mindestens eine Bipolarplattenlage mit einem Haftvermittler vorbehandelt wird.To improve the adhesion between the at least one bipolar plate layer and the seal, it can be provided that the at least one bipolar plate layer is pretreated with an adhesion promoter.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch das Material der Dichtung einen Haftvermittler enthalten.As an alternative or in addition to this, the material of the seal can also contain an adhesion promoter.

Ferner können auf der Seite des Werkzeugteils des Formgebungswerkzeugs, an dem die Dichtung nach der Öffnung des Formgebungswerkzeugs verbleibt, Bereiche vorgesehen sein, die dazu dienen, eine erhöhte lokale Druckspannung auf die Dichtung und die mindestens eine Bipolarplattenlage zu erzeugen, während die Dichtung und die mindestens eine Bipolarplattenlage miteinander in Kontakt stehen. Diese Bereiche liegen vorzugsweise dort, wo sich mindestens ein Verbindungselement der Dichtung befindet.Furthermore, on the side of the tool part of the forming tool on which the seal remains after the opening of the forming tool, areas can be provided which serve to generate an increased local compressive stress on the seal and the at least one bipolar plate layer, while the seal and the at least a bipolar plate layer are in contact with each other. These areas are preferably where there is at least one connecting element of the seal.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Dichtung mittels einer Anpresseinrichtung gegen die mindestens eine Bipolarplattenlage gepresst wird.In particular, it can be provided that the seal is pressed against the at least one bipolar plate layer by means of a pressing device.

Eine solche Anpresseinrichtung kann insbesondere einen in dem Werkzeugteil, an welchem die Dichtung nach der Öffnung des Formgebungswerkzeugs verbleibt, angeordneten beweglichen Stift umfassen. Ein solcher Stift kann gegen die Dichtung bewegt werden, um die Dichtung gegen die mindestens eine Bipolarplattenlage zu pressen.Such a pressing device can in particular comprise a movable pin arranged in the tool part on which the seal remains after the opening of the shaping tool. Such a pin can be moved against the seal in order to press the seal against the at least one bipolar plate layer.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung in dem Formgebungswerkzeug an einen Bestandteil einer Membran-Elektroden-Anordnung der elektrochemischen Einheit, insbesondere an eine Gasdiffusionslage, angeformt wird.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the seal in the shaping tool is molded onto a component of a membrane-electrode arrangement of the electrochemical unit, in particular onto a gas diffusion layer.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Dichtung mit mindestens zwei Bipolarplattenlagen verbunden wird, welche vor deren Verbindung mit der Dichtung miteinander verbunden worden sind.Furthermore, it can be provided that the seal is connected to at least two bipolar plate layers which have been connected to one another before they are connected to the seal.

Dabei können die zwei Bipolarplattenlagen insbesondere durch Verklebung oder durch Verschweißung, insbesondere durch Laserverschweißung, miteinander verbunden worden sein.The two bipolar plate layers can in particular have been connected to one another by gluing or by welding, in particular by laser welding.

Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Baugruppe, welche die mindestens eine Bipolarplattenlage und die damit verbundene Dichtung umfasst, mit einer weiteren Dichtung, insbesondere durch Formschluss, Stoffschluss und/oder Kraftschluss, verbunden wird.Furthermore, it can be provided that an assembly which comprises the at least one bipolar plate layer and the seal connected to it is connected to a further seal, in particular by a form fit, material fit and / or force fit.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Baugruppe mit der weiteren Dichtung verbunden wird, während die weitere Dichtung an einem Werkzeugteil eines Formgebungswerkzeugs angeordnet ist, in welchem die Dichtung erzeugt worden ist, beispielsweise durch einen Spritzgießvorgang.In particular, it can be provided that the assembly is connected to the further seal while the further seal is arranged on a tool part of a molding tool in which the seal has been produced, for example by an injection molding process.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung, welche mindestens eine Bipolarplattenlage und eine Dichtung umfasst.The present invention further relates to an assembly for an electrochemical device which comprises at least one bipolar plate layer and a seal.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine solche Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung zu schaffen, welche ein leichtes und beschädigungsfreies Entformen der Dichtung aus einem Formgebungswerkzeug und vorzugsweise auch eine präzise Positionierung der Dichtung relativ zu anderen Bestandteilen der elektrochemischen Vorrichtung während der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung ermöglicht.The present invention is based on the further object of providing such an assembly for an electrochemical device, which allows easy and damage-free removal of the seal from a molding tool and preferably also precise positioning of the seal relative to other components of the electrochemical device during the assembly of the electrochemical device Device allows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung, die mindestens eine Bipolarplattenlage und mindestens eine in einem Formgebungswerkzeug separat von der mindestens einen Bipolarplattenlage erzeugte Dichtung, welche durch Formschluss, durch Stoffschluss und/oder durch Kraftschluss mit der mindestens einen Bipolarplattenlage verbunden ist, umfasst.This object is achieved according to the invention by an assembly for an electrochemical device, which has at least one bipolar plate layer and at least one seal produced in a shaping tool separately from the at least one bipolar plate layer, which is connected to the at least one bipolar plate layer by form fit, material connection and / or force connection , includes.

Besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung sind vorstehend bereits im Zusammenhang mit besonderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert worden.Special configurations of the assembly according to the invention for an electrochemical device have already been explained above in connection with particular configurations of the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung der erfindungsgemäßen Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung.The method according to the invention is particularly suitable for producing the assembly according to the invention for an electrochemical device.

Die erfindungsgemäße Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung ist vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.The assembly according to the invention for an electrochemical device is preferably produced according to the method according to the invention.

Die erfindungsgemäße Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, welche mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinander folgende elektrochemische Einheiten umfasst, die jeweils eine solche erfindungsgemäße Baugruppe umfassen.The assembly according to the invention for an electrochemical device is particularly suitable for use in an electrochemical device which comprises a plurality of electrochemical units following one another along a stacking direction, each of which comprises such an assembly according to the invention.

Die Dichtung kann zwei Dichtungsabschnitte aufweisen, wobei vorzugsweise ein anodenseitiger Dichtungsabschnitt an eine anodenseitige Gasdiffusionslage und ein kathodenseitiger Dichtungsabschnitt an eine kathodenseitige Gasdiffusionslage angebunden ist.The seal can have two sealing sections, a sealing section on the anode side preferably being connected to an anode-side gas diffusion layer and a cathode-side sealing section being connected to a gas diffusion layer on the cathode side.

Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Verbindungselement der Dichtung die mindestens eine Bipolarplattenlage am äußeren Umfang der Bipolarplattenlage hintergreift.It can be provided that at least one connecting element of the seal engages behind the at least one bipolar plate layer on the outer circumference of the bipolar plate layer.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Verbindungselement die mindestens eine Bipolarplattenlage längs ihres gesamten äußeren Umfangs hintergreift.In particular, it can be provided that a connecting element engages behind the at least one bipolar plate layer along its entire outer circumference.

Wenn die Dichtung und die mindestens eine Bipolarplattenlage durch Stoffschluss mittels eines Stoffschlusselements miteinander verbunden werden, so kann das Material des Stoffschlusselements, welches beispielsweise einen Klebstoff, ein Harz und/oder ein Elastomer enthält, durch Wärmeeintrag ausgehärtet und/oder vernetzt werden, während die Dichtung in Kontakt mit der mindestens einen Bipolarplattenlage steht.If the seal and the at least one bipolar plate layer are connected to one another by a material connection by means of a material connection element, the material of the material connection element, which contains, for example, an adhesive, a resin and / or an elastomer, can be cured and / or crosslinked by the input of heat while the seal is in contact with the at least one bipolar plate layer.

Dabei kann die Wärme zum Aushärten und/oder Vernetzen des Materials des Stoffschlusselements insbesondere über das Werkzeugteil, an dem die Dichtung nach der Öffnung des Formgebungswerkzeugs verbleibt, eingebracht werden.In this case, the heat for curing and / or crosslinking the material of the material connection element can be introduced in particular via the tool part on which the seal remains after the shaping tool has been opened.

Die Dichtung kann mindestens ein Rückhalteelement aufweisen, durch welches die Dichtung prozesssicher auf einem vorgegebenen Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs zurückgehalten wird, wenn das Formgebungswerkzeug geöffnet wird.The seal can have at least one retaining element, by means of which the seal is reliably retained on a predetermined tool part of the shaping tool when the shaping tool is opened.

Ein solches Rückhalteelement kann die Dichtung mittels Kraftschluss, Stoffschluss und/oder Formschluss an dem betreffenden Werkzeugteil zurückhalten.Such a retaining element can hold the seal back on the relevant tool part by means of a force fit, material fit and / or form fit.

Ein solches Rückhalteelement kann insbesondere einen Hinterschneidungsbereich aufweisen.Such a retaining element can in particular have an undercut area.

Ein solches Rückhalteelement kann entfernt und/oder zerstört werden, bevor die Dichtung zusammen mit der mindestens einen Bipolarplattenlage von dem Werkzeugteil, an dem die Dichtung beim Öffnen des Formgebungswerkzeugs verbleibt, weg bewegt wird.Such a retaining element can be removed and / or destroyed before the seal, together with the at least one bipolar plate layer, is moved away from the tool part on which the seal remains when the forming tool is opened.

Das Zerstören und/oder Entfernen des Rückhalteelements kann beispielsweise mittels eines Stanzvorgangs oder eines Reißvorgangs erfolgen.The retaining element can be destroyed and / or removed, for example, by means of a punching process or a tearing process.

Statt an eine Gasdiffusionslage kann die Dichtung bei ihrer Erzeugung in dem Formgebungswerkzeug auch an eine Membran-Elektroden-Anordnung, welche zwei Gasdiffusionslagen und eine Membran umfasst, an eine Randverstärkung, an eine mit einer Membran verbundene Randverstärkung, an eine mit einer oder mit zwei Gasdiffusionslagen verbundene Randverstärkung oder an eine mit einer Membran und mit einer oder mit zwei Gasdiffusionslagen verbundene Randverstärkung angebunden werden.Instead of a gas diffusion layer, when it is produced in the molding tool, the seal can also be attached to a membrane-electrode arrangement comprising two gas diffusion layers and a membrane, to an edge reinforcement, to an edge reinforcement connected to a membrane, to one with one or two gas diffusion layers connected edge reinforcement or to an edge reinforcement connected to a membrane and to one or two gas diffusion layers.

Nach dem Verbinden einer Einheit aus einer Dichtung und einer Gasdiffusionslage mit mindestens einer Bipolarplattenlage oder mit einer mehrlagigen Bipolarplatte kann die Baugruppe, welche die Einheit aus der Dichtung und der Gasdiffusionslage sowie die Bipolarplattenlage beziehungsweise die Bipolarplatte umfasst, in einem nachfolgenden Stapelvorgang zusammen mit einer Membran und/oder einer zweiten Einheit aus einer Dichtung und einer Gasdiffusionslage aufgestapelt werden.After connecting a unit of a seal and a gas diffusion layer with at least one bipolar plate layer or with a multi-layer bipolar plate, the assembly, which comprises the unit of the seal and the gas diffusion layer and the bipolar plate layer or the bipolar plate, can be stacked together with a membrane and / or a second unit consisting of a seal and a gas diffusion layer are stacked.

Dabei umfasst die erste Einheit aus Dichtung und Gasdiffusionslage, welche zum Entformen aus dem Formgebungswerkzeug mit der Bipolarplattenlage oder der Bipolarplatte verbunden worden ist, vorzugsweise mindestens einen Dichtungsbereich, welcher sich um einen Mediumkanal der elektrochemischen Vorrichtung herum erstreckt. Ein solcher sich um einen Mediumkanal herum erstreckender Dichtungsbereich weist eine besonders geringe eigene Steifigkeit auf, so dass die Erhöhung der Formsteifigkeit der Dichtung durch die Bipolarplattenlage beziehungsweise die Bipolarplatte sich in diesem Fall besonders günstig auswirkt.The first unit of seal and gas diffusion layer, which has been connected to the bipolar plate layer or the bipolar plate for demolding from the molding tool, preferably comprises at least one sealing area which extends around a medium channel of the electrochemical device. Such a sealing area extending around a medium channel has a particularly low inherent rigidity, so that the increase in the dimensional rigidity of the seal by the bipolar plate layer or the bipolar plate has a particularly favorable effect in this case.

Alternativ hierzu können auch zwei Einheiten aus jeweils einer Dichtung und einer Gasdiffusionslage auf einander abgewandte Seiten einer Bipolarplatte aufgebracht und insbesondere mittels jeweils mindestens eines Verbindungselements mit der Bipolarplatte verbunden werden.As an alternative to this, two units, each comprising a seal and a gas diffusion layer, can also be applied to sides of a bipolar plate facing away from one another and in particular connected to the bipolar plate by means of at least one connecting element in each case.

Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung werden dann diese Baugruppen, welche jeweils eine Bipolarplatte, zwei Dichtungen und zwei Gasdiffusionslagen umfassen, im Wechsel mit Membranen, insbesondere mit katalysatorbeschichteten Membranen (CCM), aufeinander gestapelt.When assembling the electrochemical device, these assemblies, which each include a bipolar plate, two seals and two gas diffusion layers, are stacked on top of one another in alternation with membranes, in particular with catalyst-coated membranes (CCM).

Mindestens ein Verbindungselement zum Verbinden einer Dichtung mit mindestens einer Bipolarplattenlage kann so ausgebildet sein, dass eine Relativbewegung zwischen der Dichtung und der mindestens einen Bipolarplattenlage, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen und/oder aufgrund eines Schrumpfens der Dichtung, in eine oder zwei Raumrichtungen möglich ist.At least one connecting element for connecting a seal to at least one bipolar plate layer can be designed so that a relative movement between the seal and the at least one bipolar plate layer is possible in one or two spatial directions, for example due to different thermal expansions and / or due to shrinkage of the seal.

Die Dichtung kann mindestens einen Dichtungsbereich umfassen, welcher sich im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung über einen Mediumkanal der elektrochemischen Vorrichtung herum erstreckt.The seal can comprise at least one sealing area which, in the assembled state of the electrochemical device, extends around a medium channel of the electrochemical device.

Ein solcher Dichtungsbereich kann an eine anodenseitige Gasdiffusionslage oder an eine kathodenseitige Gasdiffusionslage angebunden sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass alle einen Mediumkanal umgebenden Dichtungsbereiche der Dichtung an eine anodenseitige Gasdiffusionslage angebunden sind oder dass alle einen Mediumkanal umgebenden Dichtungsbereiche der Dichtung an eine kathodenseitige Gasdiffusionslage angebunden sind. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein einen Mediumkanal umgebender Dichtungsbereich der Dichtung an eine anodenseitige Gasdiffusionslage angebunden ist und dass mindestens ein anderer einen Mediumkanal umgebender Dichtungsbereich der Dichtung an eine kathodenseitige Gasdiffusionslage angebunden ist.Such a sealing area can be connected to a gas diffusion layer on the anode side or to a gas diffusion layer on the cathode side. In particular, it can be provided that all sealing areas of the seal surrounding a medium channel are connected to an anode-side gas diffusion layer or that all sealing areas of the seal surrounding a medium channel are connected to a cathode-side gas diffusion layer. Alternatively, it can be provided that at least one sealing area of the seal surrounding a medium channel is connected to an anode-side gas diffusion layer and that at least one other sealing area of the seal surrounding a medium channel is connected to a cathode-side gas diffusion layer.

Die Bipolarplattenlagen der Bipolarplatte können aus einem metallischen Material oder aus einem graphitischen Material gebildet sein.The bipolar plate layers of the bipolar plate can be formed from a metallic material or from a graphitic material.

Die Bipolarplattenlagen der Bipolarplatte können beispielsweise durch einen Schweißvorgang stoffschlüssig miteinander verbunden sein.The bipolar plate layers of the bipolar plate can be materially connected to one another, for example, by a welding process.

Die Dichtung kann aus einem Elastomermaterial gebildet sein.The seal can be formed from an elastomer material.

Die Dichtung kann in einem Spritzgießvorgang hergestellt und zugleich stoffschlüssig an eine Gasdiffusionslage angebunden werden. Dazu wird eine Gasdiffusionslage in das Formgebungswerkzeug, insbesondere ein Spritzgießwerkzeug, eingelegt und mit dem Spritzgießmaterial, aus welchem die Dichtung gebildet wird, umspritzt.The seal can be produced in an injection molding process and at the same time connected to a gas diffusion layer with a material fit. For this purpose, a gas diffusion layer is placed in the molding tool, in particular an injection molding tool, inserted and encapsulated with the injection molding material from which the seal is formed.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass eine Dichtung einer elektrochemischen Einheit ohne Randverstärkung und mit einem sehr kompakten Aufbau hergestellt und präzise relativ zu der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit positioniert werden kann.The present invention enables a seal of an electrochemical unit to be produced without edge reinforcement and with a very compact structure and to be precisely positioned relative to the bipolar plate of the electrochemical unit.

Da die Dichtung separat von der Bipolarplatte hergestellt wird, kann die Bipolarplatte leicht gereinigt werden, nachdem deren Bipolarplattenlagen durch einen Schweißvorgang oder einen Klebevorgang miteinander verbunden worden sind, da sich zu diesem Zeitpunkt kein Dichtungsmaterial an der Bipolarplatte befindet.Since the seal is produced separately from the bipolar plate, the bipolar plate can be easily cleaned after its bipolar plate layers have been connected to one another by a welding process or an adhesive process, since there is no sealing material on the bipolar plate at this time.

Außerdem kann ein Schweißvorgang zur Herstellung einer mehrlagigen Bipolarplatte aus mehreren Bipolarplattenlagen mit einem geringeren Qualitätssicherungs-Aufwand durchgeführt werden, da sich während des Schweißvorgangs keine andere Komponente, insbesondere keine Membran-Elektroden-Anordnung und/oder keine Dichtung, an einer der Bipolarplattenlagen befindet, welche nach dem Schweißvorgang auf ihre Funktionalität und/oder auf eine mögliche Kontamination hin überprüft werden müsste.In addition, a welding process for producing a multi-layer bipolar plate from several bipolar plate layers can be carried out with less quality assurance effort, since no other components, in particular no membrane-electrode arrangement and / or no seal, are located on one of the bipolar plate layers during the welding process would have to be checked for functionality and / or for possible contamination after the welding process.

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 matter of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine schematische Explosionsdarstellung von zwei elektrochemischen Einheiten einer elektrochemischen Vorrichtung, welche längs einer Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung aufeinander folgen und jeweils eine Baugruppe, die eine Bipolarplatte, eine Gasdiffusionslage und eine in einem Formgebungswerkzeug separat von der Bipolarplatte erzeugte und an die Gasdiffusionslage angeformte Dichtung, welche durch Formschluss, durch Stoffschluss und/oder durch Kraftschluss mit der Bipolarplatte verbunden ist, umfasst, eine elektrochemisch aktive Membran und eine weitere Gasdiffusionslage, an welche in einem Formgebungswerkzeug eine weitere Dichtung angeformt worden ist, umfassen;
  • 2 einen schematischen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein Werkzeugteil eines Formgebungswerkzeugs, an welchem eine an eine Gasdiffusionslage angeformte Dichtung angeordnet ist, und eine zweilagige Bipolarplatte, wobei die Dichtung ein Verbindungselement mit einem Hinterschneidungsbereich aufweist und die Bipolarplatte eine Durchtrittsöffnung für den Durchtritt des Verbindungselements durch die Bipolarplatte aufweist;
  • 3 einen schematischen ausschnittsweisen Querschnitt durch die Dichtung mit Verbindungselement und die Bipolarplatte aus 2 in einem verbundenen Zustand, in welchem der Hinterschneidungsbereich des Verbindungselements der Dichtung die Bipolarplatte hintergreift, längs der Linie 3 - 3 in 4;
  • 4 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Bipolarplatte aus 3, mit der Blickrichtung längs des Pfeils 4 in 3, auf die der Dichtung abgewandte Rückseite der Bipolarplatte;
  • 5 einen schematischen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Variante der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform einer Baugruppe aus Dichtung und Bipolarplatte, wobei die Bipolarplatte einen die Durchtrittsöffnung für das Verbindungselement der Dichtung umgebenden Kragen aufweist;
  • 6 einen schematischen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine weitere Variante der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform einer Baugruppe aus Dichtung und Bipolarplatte, wobei der Hinterschneidungsbereich des Verbindungselements beispielsweise eine Tropfenform aufweist;
  • 7 einen schematischen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein Werkzeugteil eines Formgebungswerkzeugs, an dem eine an eine Gasdiffusionslage angeformte Dichtung angeordnet ist, wobei die Dichtung mittels eines Verbindungselements mit einer Bipolarplatte verbunden ist und das Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs eine Anpresseinrichtung zum Anpressen eines das Verbindungselement umfassenden Bereichs der Dichtung an die Bipolarplatte umfasst;
  • 8 einen schematischen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Dichtung, die stoffschlüssig mit einer Bipolarplatte verbunden ist;
  • 9 eine schematische Explosionsdarstellung von zwei elektrochemischen Einheiten einer elektrochemischen Vorrichtung, welche längs einer Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung aufeinander folgen und jeweils eine Baugruppe, die eine Bipolarplatte und zwei in jeweils einem Formgebungswerkzeug separat von der Bipolarplatte erzeugte und an jeweils eine Gasdiffusionslage angeformte Dichtungen, welche durch Formschluss, durch Stoffschluss und/oder durch Kraftschluss mit der Bipolarplatte verbunden sind, umfasst, und eine elektrochemisch aktive Membran umfassen;
  • 10 einen schematischen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine weitere Variante der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform einer Baugruppe aus Dichtung und Bipolarplatte, wobei die Dichtung eine gestufte Durchtrittsöffnung und die Bipolarplatte ein die Dichtung hintergreifendes Verbindungselement aufweist; und
  • 11 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Baugruppe aus 10, wobei eine an einer Haltevorrichtung gehaltene Bipolarplatte zwischen einem ersten Werkzeugteil und einem zweiten Werkzeugteil eines Formgebungswerkzeugs dargestellt ist.
In the drawings show:
  • 1 a schematic exploded view of two electrochemical units of an electrochemical device, which follow one another along a stacking direction of the electrochemical device and in each case an assembly comprising a bipolar plate, a gas diffusion layer and a seal produced separately from the bipolar plate in a molding tool and molded onto the gas diffusion layer, which is through Form fit, connected to the bipolar plate by material connection and / or by force connection, comprise an electrochemically active membrane and a further gas diffusion layer on which a further seal has been molded in a molding tool;
  • 2 a schematic partial cross-section through a tool part of a forming tool, on which a seal formed on a gas diffusion layer is arranged, and a two-layer bipolar plate, the seal having a connecting element with an undercut area and the bipolar plate having a passage opening for the connecting element to pass through the bipolar plate;
  • 3 a schematic partial cross-section through the seal with connecting element and the bipolar plate 2 in a connected state, in which the undercut area of the connecting element of the seal engages behind the bipolar plate, along the line 3-3 in 4th ;
  • 4th a partial plan view of the bipolar plate 3 , with the viewing direction along the arrow 4 in 3 on the rear side of the bipolar plate facing away from the seal;
  • 5 a schematic partial cross-section through a variant of the in the 3 and 4th illustrated embodiment of an assembly of seal and bipolar plate, wherein the bipolar plate has a collar surrounding the passage opening for the connecting element of the seal;
  • 6th a schematic partial cross-section through a further variant of the in the 3 and 4th illustrated embodiment of an assembly of seal and bipolar plate, wherein the undercut area of the connecting element has, for example, a teardrop shape;
  • 7th a schematic partial cross-section through a tool part of a shaping tool on which a seal formed on a gas diffusion layer is arranged, the seal being connected to a bipolar plate by means of a connecting element and the tool part of the shaping tool having a pressing device for pressing a region of the seal comprising the connecting element onto the Bipolar plate includes;
  • 8th a schematic partial cross-section through a seal which is materially connected to a bipolar plate;
  • 9 a schematic exploded view of two electrochemical units of an electrochemical device, which follow one another along a stacking direction of the electrochemical device and in each case an assembly, the one bipolar plate and two in each case a forming tool produced separately from the bipolar plate and each molded on a gas diffusion layer, which by form fit , are connected to the bipolar plate by material connection and / or by force connection, and comprise an electrochemically active membrane;
  • 10 a schematic partial cross-section through a further variant of the in the 3 and 4th illustrated embodiment of an assembly of seal and bipolar plate, wherein the seal has a stepped passage opening and the bipolar plate has a connecting element engaging behind the seal; and
  • 11 a schematic representation of a method for producing the assembly from 10 , wherein a bipolar plate held on a holding device is shown between a first tool part and a second tool part of a shaping tool.

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 1 schematisch dargestellte und als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst mehrere, längs einer Stapelrichtung 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 aufeinander folgende elektrochemische Einheiten 104, von denen zwei in 1 schematisch in Form einer Explosionsdarstellung gezeigt sind.One in 1 The electrochemical device shown schematically and designated as a whole by 100 comprises several along a stacking direction 102 of the electrochemical device 100 consecutive electrochemical units 104 , two of which are in 1 are shown schematically in the form of an exploded view.

Jede der elektrochemischen Einheiten 104 umfasst jeweils eine Baugruppe 106, die eine Bipolarplatte 108 und eine in einem Formgebungswerkzeug 110 (siehe 2) separat von der Bipolarplatte 108 erzeugte und an eine Gasdiffusionslage 112 angeformte Dichtung 114 umfasst, sowie eine elektrochemisch aktive Membran 116, beispielsweise eine katalysatorbeschichtete Membran („catalyst-coated membrane“; CCM), insbesondere eine Polymerelektrolyt-Membran (PEM), und eine zweite Gasdiffusionslage 118, an welche eine zweite Dichtung 120 angeformt ist.Each of the electrochemical units 104 each includes an assembly 106 who have favourited a bipolar plate 108 and one in a forming tool 110 (please refer 2 ) separately from the bipolar plate 108 generated and to a gas diffusion layer 112 molded seal 114 includes, as well as an electrochemically active membrane 116 , for example a catalyst-coated membrane (CCM), in particular a polymer electrolyte membrane (PEM), and a second gas diffusion layer 118 to which a second seal 120 is molded.

Die Bipolarplatte 108 kann mehrlagig, insbesondere zweilagig, ausgebildet sein und insbesondere eine erste Bipolarplattenlage 122, welche der Dichtung 114 zugewandt ist, und eine zweite Bipolarplattenlage 124, welche der Dichtung 114 abgewandt ist, umfassen.The bipolar plate 108 can be multi-layer, in particular two-layer, and in particular a first bipolar plate layer 122 which of the seal 114 facing, and a second bipolar plate layer 124 which of the seal 114 is turned away, include.

Das Formgebungswerkzeug 110, mittels welchem die Dichtung 114 in einem Formgebungsvorgang erzeugt und, vorzugsweise stoffschlüssig, mit der Gasdiffusionslage 112 verbunden wird, umfasst ein (ausschnittsweise in 2 dargestelltes) erstes Werkzeugteil 126 und ein (nicht dargestelltes) zweites Werkzeugteil, welches während des Formgebungsvorgangs an dem ersten Werkzeugteil 126 anliegt und nach dem Formgebungsvorgang von dem ersten Werkzeugteil 126 entfernt wird, um das Formgebungswerkzeug 110 zu öffnen.The shaping tool 110 , by means of which the seal 114 generated in a shaping process and, preferably cohesively, with the gas diffusion layer 112 is connected, includes a (excerpts in 2 shown) first tool part 126 and a (not shown) second tool part, which during the shaping process on the first tool part 126 and after the shaping process of the first tool part 126 is removed to the forming tool 110 to open.

Bei diesem Öffnungsvorgang des Formgebungswerkzeugs 110 verbleibt die Dichtung 114 zusammen mit der Gasdiffusionslage 112 an dem ersten Werkzeugteil 126.During this opening process of the forming tool 110 the seal remains 114 together with the gas diffusion layer 112 on the first tool part 126 .

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Einheit 128 aus Gasdiffusionslage 112 und Dichtung 114 durch mindestens ein (nicht dargestelltes) Rückhalteelement, welches einen Hinterschneidungsbereich aufweisen kann, beim Öffnen des Formgebungswerkzeugs 110 an dem ersten Werkzeugteil 126 zurückgehalten wird.It can be provided that the unit 128 from gas diffusion layer 112 and poetry 114 by at least one retaining element (not shown), which can have an undercut area, when the forming tool is opened 110 on the first tool part 126 is held back.

Der Formgebungsvorgang kann insbesondere ein Spritzgießvorgang sein, bei welchem die Dichtung 114 in dem Formgebungswerkzeug 110 durch Einspritzen und zumindest teilweises Vernetzen eines Spritzgießmaterials gebildet wird.The shaping process can in particular be an injection molding process in which the seal 114 in the forming tool 110 is formed by injecting and at least partially crosslinking an injection molding material.

Die Verbindung der Dichtung 114 mit der vor dem Spritzgießvorgang in das Formgebungswerkzeug 110 eingelegten Gasdiffusionslage 112 kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Spritzgießmaterial bereichsweise in das poröse Material der Gasdiffusionslage 112 eindringt und dort aushärtet.The connection of the seal 114 with the before the injection molding process in the molding tool 110 inserted gas diffusion layer 112 can in particular take place in that the injection molding material is partially inserted into the porous material of the gas diffusion layer 112 penetrates and hardens there.

Wie aus den 2 bis 4 zu ersehen ist, umfasst die Dichtung 114 mindestens ein Verbindungselement 130, welches vorzugsweise einstückig mit einem Grundkörper 132 der Dichtung 114 ausgebildet ist.As from the 2 to 4th can be seen includes the seal 114 at least one connecting element 130 , which is preferably in one piece with a base body 132 the seal 114 is trained.

Das Verbindungselement 130 umfasst einen Hinterschneidungsbereich 134, welcher über einen Tragebereich 136 mit dem Grundkörper 132 der Dichtung 114 verbunden ist und einen größeren Durchmesser aufweist als der Tragebereich 136.The connecting element 130 includes an undercut area 134 , which has a carrying area 136 with the main body 132 the seal 114 is connected and has a larger diameter than the support area 136 .

Dem Verbindungselement 130 ist eine Durchtrittsöffnung 138 in der Bipolarplatte 108 zugeordnet, welche sich im Falle der zweilagigen Bipolarplatte 108 durch die erste Bipolarplattenlage 122 und durch die zweite Bipolarplattenlage 124 hindurch erstreckt.The connecting element 130 is a passage opening 138 in the bipolar plate 108 assigned, which in the case of the two-layer bipolar plate 108 through the first bipolar plate layer 122 and through the second bipolar plate layer 124 extends therethrough.

Der Hinterschneidungsbereich 134 des Verbindungselements 130 kann beispielsweise eine Kugelabschnittsform, insbesondere eine Halbkugelform, aufweisen.The undercut area 134 of the connecting element 130 can for example have a spherical segment shape, in particular a hemispherical shape.

Das Verbindungselement 130 kann insgesamt eine Pilzform aufweisen.The connecting element 130 can have a mushroom shape overall.

Die Anzahl der Verbindungselemente 130 wird so gewählt, dass insbesondere auch mechanisch instabile Bereiche der Dichtung 114, beispielsweise im Bereich von Mediumkanaldurchtrittsöffnungen der Dichtung 114, zuverlässig und präzise relativ zu der Bipolarplatte 108 positionierbar sind.The number of fasteners 130 is chosen so that in particular mechanically unstable areas of the seal 114 , for example in the area of medium duct openings in the seal 114 , reliable and precise relative to the bipolar plate 108 are positionable.

Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Verbindungselemente 130 mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens sechs.The number of connecting elements is preferably 130 at least two, in particular at least four, particularly preferably at least six.

Wie am besten aus 4 zu ersehen ist, kann die Durchtrittsöffnung 138 der Bipolarplatte 108 als ein Langloch 140 ausgebildet sein, welches in einer (vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu den Hauptflächen der Bipolarplattenlagen 122 und 124 verlaufenden) Längsrichtung 142 eine Längserstreckung L aufweist, die größer ist als die Quererstreckung I, welche das Langloch 140 in einer senkrecht zu der Längsrichtung 142 (und vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu den Hauptflächen der Bipolarplattenlagen 122 und 124) ausgerichteten Querrichtung 144 aufweist.How best to look 4th can be seen, the passage opening 138 the bipolar plate 108 than an elongated hole 140 be formed, which in a (preferably substantially parallel to the main surfaces of the bipolar plate layers 122 and 124 running) longitudinal direction 142 has a longitudinal extent L which is greater than the transverse extent I, which is the elongated hole 140 in a perpendicular to the longitudinal direction 142 (and preferably substantially parallel to the major surfaces of the bipolar plate layers 122 and 124 ) aligned transverse direction 144 having.

Vorzugsweise ist die Quererstreckung I des Langlochs 140 in der Querrichtung 144 im Wesentlichen gleich groß wie oder geringfügig größer als der Durchmesser d des Tragebereichs 136 des Verbindungselements 130.The transverse extent is preferably I of the elongated hole 140 in the transverse direction 144 essentially the same size as or slightly larger than the diameter d of the carrying area 136 of the connecting element 130 .

Der größte Durchmesser D des Hinterschneidungsbereichs 134 des Verbindungselements 130 ist größer als der Durchmesser d des Tragebereichs 136 und größer als die Quererstreckung I des Langlochs 140, so dass der Hinterschneidungsbereich 134 die Bipolarplattenlagen 122 und 124 hintergreift, wenn der Hinterschneidungsbereich 134 durch die Durchtrittsöffnung 138 der Bipolarplatte 108 hindurchgedrückt worden ist, wie in den 3 und 4 dargestellt.The largest diameter D of the undercut area 134 of the connecting element 130 is larger than the diameter d of the support area 136 and greater than the transverse extent I of the elongated hole 140 so that the undercut area 134 the bipolar plate layers 122 and 124 reaches behind when the undercut area 134 through the passage opening 138 the bipolar plate 108 has been pushed through, as in the 3 and 4th shown.

Vorzugsweise entspricht die Höhe h des Tragebereichs 136, das heißt dessen Erstreckung senkrecht zu den Hauptflächen der Bipolarplattenlagen 122 und 124 und - im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 - parallel zu der Stapelrichtung 102, im Wesentlichen der Gesamt-Materialstärke beider Bipolarplattenlagen 122 und 124 im Bereich der Durchtrittsöffnungen 138, so dass der Hinterschneidungsbereich 134, vorzugsweise im Wesentlichen flächig, an der dem Grundkörper 132 der Dichtung 114 abgewandten Rückseite 146 der zweiten Bipolarplattenlage 124 und damit der Bipolarplatte 108 anliegt.The height h of the carrying area preferably corresponds to 136 , that is, its extension perpendicular to the main surfaces of the bipolar plate layers 122 and 124 and - in the assembled state of the electrochemical device 100 - parallel to the stacking direction 102 , essentially the total material thickness of both bipolar plate layers 122 and 124 in the area of the passage openings 138 so that the undercut area 134 , preferably essentially flat, on the base body 132 the seal 114 facing away from the rear 146 the second bipolar plate layer 124 and thus the bipolar plate 108 is present.

Durch die formschlüssige Verbindung der Dichtung 114 mit der Bipolarplatte 108 mittel des Verbindungselements 130 ist die Dichtung 114 in ihrer Lage relativ zu der Bipolarplatte 108 längs der Querrichtung 144 des Langlochs 140 der Bipolarplatte 108 fixiert; jedoch ist die Relativposition der Dichtung 114 in Bezug auf die Bipolarplatte 108 in der Längsrichtung 142 des Langlochs 140 im Rahmen der Längserstreckung L des Langlochs 140 variabel, so dass ein Ausgleich von Positionierungs- und/oder Fertigungstoleranzen erfolgen kann.Due to the positive connection of the seal 114 with the bipolar plate 108 means of the fastener 130 is the poetry 114 in their position relative to the bipolar plate 108 along the transverse direction 144 of the elongated hole 140 the bipolar plate 108 fixed; however, is the relative position of the seal 114 in relation to the bipolar plate 108 in the longitudinal direction 142 of the elongated hole 140 in the context of the longitudinal extension L of the elongated hole 140 variable, so that positioning and / or manufacturing tolerances can be compensated.

Die Entformung des Hinterschneidungsbereichs 134 aus dem (nicht dargestellten) zweiten Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs 110 wird beispielsweise durch eine Verformung des Hinterschneidungsbereichs 134 und/oder durch verschiebbare Elemente im zweiten Werkzeugteil des Formgebungswerkzeugs 110 ermöglicht.The demolding of the undercut area 134 from the (not shown) second tool part of the shaping tool 110 is caused, for example, by a deformation of the undercut area 134 and / or by displaceable elements in the second tool part of the shaping tool 110 enables.

Um eine Verformung des Hinterschneidungsbereichs 134 zu gewährleisten, ist das zweite Werkzeugteil vorzugsweise mit einem definierten Hinterschnitt versehen.About a deformation of the undercut area 134 To ensure that the second tool part is preferably provided with a defined undercut.

Nachdem eine formschlüssige Verbindung der Dichtung 114 mit der Bipolarplatte 108 durch Hindurchdrücken des mindestens einen Verbindungselements 130 durch die demselben zugeordnete Durchtrittsöffnung 138 der Bipolarplatte 108 erfolgt ist, wird die Bipolarplatte 108 von dem ersten Werkzeugteil 126 des Formgebungswerkzeugs 110 weg bewegt, wodurch die mit der Bipolarplatte 108 verbundene Dichtung 114 und die mit der Dichtung 114 verbundene Gasdiffusionslage 112 von dem ersten Werkzeugteil 126 des Formgebungswerkzeugs 110 entfernt werden, so dass die Entformung der Einheit 128 aus Gasdiffusionslage 112 und Dichtung 114 aus dem Formgebungswerkzeug 110 abgeschlossen ist.After a positive connection of the seal 114 with the bipolar plate 108 by pushing through the at least one connecting element 130 through the passage opening assigned to the same 138 the bipolar plate 108 is done, the bipolar plate 108 from the first tool part 126 of the shaping tool 110 moved away, causing the with the bipolar plate 108 connected seal 114 and the one with the seal 114 connected gas diffusion layer 112 from the first tool part 126 of the shaping tool 110 removed so that the demolding of the unit 128 from gas diffusion layer 112 and poetry 114 from the forming tool 110 is completed.

Eine in 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer Verbindung zwischen der Dichtung 114 und der Bipolarplatte 108 unterscheidet sich von der in den 2 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Bipolarplattenlagen 122 und 124 im Bereich der Durchtrittsöffnungen 138 nicht flach ausgebildet sind, sondern einen Kragen 148 bilden, welcher die Durchtrittsöffnungen 138 zumindest teilweise umgibt.One in 5 illustrated second embodiment of a connection between the seal 114 and the bipolar plate 108 differs from that in the 2 to 4th illustrated first embodiment in that the bipolar plate layers 122 and 124 in the area of the passage openings 138 are not flat, but a collar 148 form which the passage openings 138 at least partially surrounds.

Gemäß der Darstellung in 5 bilden beide Bipolarplattenlagen 122 und 124 jeweils einen Teilkragen 150 beziehungsweise 152 aus.As shown in 5 form both bipolar plate layers 122 and 124 each with a partial collar 150 respectively 152 out.

Grundsätzlich kann aber vorgesehen sein, dass der Kragen 148 nur einen Teilkragen 150 der ersten Bipolarplattenlage 122 oder nur einen Teilkragen 152 der zweiten Bipolarplattenlage 124 umfasst, wobei dann die jeweils andere Bipolarplattenlage 122 beziehungsweise 124 im Bereich der Durchtrittsöffnung 138 im Wesentlichen flach ausgebildet sein kann.In principle, however, it can be provided that the collar 148 only a partial collar 150 the first bipolar plate layer 122 or just a partial collar 152 the second bipolar plate layer 124 comprises, in which case the respective other bipolar plate layer 122 respectively 124 in the area of the passage opening 138 can be formed substantially flat.

Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 5 Second embodiment shown in terms of structure, function and method of manufacture with the in the 1 to 4th first embodiment shown, reference is made to the above description in this respect.

Eine in 6 dargestellte dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Verbindungselement 130 keine Pilzform aufweist, sondern vielmehr der Hinterschneidungsbereich 134 des Verbindungselements 130 tropfenförmig ausgebildet ist.One in 6th The third embodiment shown differs from that in FIGS 1 to 4th illustrated first embodiment in that the connecting element 130 does not have a mushroom shape, but rather the undercut area 134 of the connecting element 130 is teardrop-shaped.

Der Hinterschneidungsbereich 134 liegt vorzugsweise nicht flächig an der Rückseite 146 der zweiten Bipolarplattenlage 124 an, was eine gewisse Relativbewegung zwischen der Dichtung 114 und der Bipolarplatte 108 längs der Stapelrichtung 102 ermöglicht.The undercut area 134 is preferably not flat on the back 146 the second bipolar plate layer 124 at what some relative movement between the seal 114 and the bipolar plate 108 along the stacking direction 102 enables.

Diese Relativbeweglichkeit kann dazu benutzt werden, bei der Montage der elektrochemischen Vorrichtung 100 Positionierungs- und/oder Fertigungstoleranzen auszugleichen.This relative mobility can be used when assembling the electrochemical device 100 Compensate for positioning and / or manufacturing tolerances.

Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte dritte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 6th Third embodiment shown in terms of structure, function and method of manufacture with that in the 1 to 4th first embodiment shown, reference is made to the above description in this respect.

Der Hinterschneidungsbereich 134 kann grundsätzlich auch eine beliebige andere Form aufweisen, beispielsweise die Form einer Pfeilspitze.The undercut area 134 can basically also have any other shape, for example the shape of an arrowhead.

Eine in 7 dargestellte vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass an dem ersten Werkzeugteil 126 des Formgebungswerkzeugs 110 eine Anpresseinrichtung 154 vorgesehen ist, mittels welcher der Bereich der Dichtung 114, an welcher das Verbindungselement 130 angeordnet ist, mit einer gegen die Bipolarplatte 108 gerichteten Anpresskraft beaufschlagt werden kann, um das Herstellen einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungselement 130 und der Durchtrittsöffnung 138 der Bipolarplatte 108 zu erleichtern.One in 7th The fourth embodiment shown differs from that in FIGS 1 to 4th illustrated first embodiment in that on the first tool part 126 of the shaping tool 110 a pressing device 154 is provided, by means of which the area of the seal 114 on which the connecting element 130 is arranged with one against the bipolar plate 108 Directed contact pressure can be applied to the establishment of a positive connection between the connecting element 130 and the passage opening 138 the bipolar plate 108 to facilitate.

Die Anpresseinrichtung 154 kann beispielsweise einen Stift 156 umfassen, welcher in einem Kanal 158 des ersten Werkzeugteils 126 des Formgebungswerkzeugs 110 längs einer Verschiebungsrichtung 160 verschieblich geführt ist und mit einer der Bipolarplatte 108 abgewandten Rückseite 162 der Dichtung 114 in Kontakt steht, während die Dichtung 114 an dem ersten Werkzeugteil 126 des Formgebungswerkzeugs 110 angeordnet ist.The pressing device 154 can for example a pen 156 include which in a channel 158 of the first tool part 126 of the shaping tool 110 along a direction of displacement 160 Is displaceably guided and with one of the bipolar plate 108 facing away from the rear 162 the seal 114 is in contact while the seal 114 on the first tool part 126 of the shaping tool 110 is arranged.

Ferner kann das Herstellen einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungselement 130 und der Durchtrittsöffnung 138 der Bipolarplatte 108 durch Maßnahmen erleichtert werden, welche die Reibung zwischen der Dichtung 114 und der Bipolarplattenlage 122 und/oder der Bipolarplattenlage 124 der Bipolarplatte 108 reduzieren, beispielsweise eine Anfasung und/oder eine Entgratung des Rands der Durchtrittsöffnung 138.Furthermore, the production of a form-fitting connection between the connecting element 130 and the passage opening 138 the bipolar plate 108 be facilitated by measures that reduce the friction between the seal 114 and the bipolar plate position 122 and / or the bipolar plate position 124 the bipolar plate 108 reduce, for example a chamfering and / or deburring of the edge of the passage opening 138 .

Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte vierte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 7th The fourth embodiment shown in terms of structure, function and method of manufacture with the in the 1 to 4th first embodiment shown, reference is made to the above description in this respect.

Eine in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Dichtung 114 nicht durch Formschluss mit der Bipolarplatte 108 verbunden wird, sondern durch Stoffschluss, insbesondere mittels eines Stoffschlusselements 164, das vor dem Zusammenführen von Dichtung 114 und Bipolarplatte 108 an der Dichtung 114 oder an der Bipolarplatte 108 angeordnet wird.One in 8th The fifth embodiment shown differs from that in FIGS 1 to 4th illustrated first embodiment in that the seal 114 not through a form fit with the bipolar plate 108 is connected, but by material connection, in particular by means of a material connection element 164 that seal before merging 114 and bipolar plate 108 on the seal 114 or on the bipolar plate 108 is arranged.

Das Stoffschlusselement 164 kann beispielsweise einen Klebstoff, ein klebriges Harz und/oder einen Haftvermittler enthalten.The material connection element 164 may for example contain an adhesive, a sticky resin and / or an adhesion promoter.

Nach der stoffschlüssigen Verbindung der Bipolarplatte 108 mit der Dichtung 114 wird die Bipolarplatte 108 - wie bei der ersten Ausführungsform - von dem ersten Werkzeugteil 126 des Formgebungswerkzeugs 110 weg bewegt, wodurch die Einheit 128 aus Gasdiffusionslage 112 und Dichtung 114 von dem ersten Werkzeugteil 126 des Formgebungswerkzeugs 110 entformt wird.After the material connection of the bipolar plate 108 with the seal 114 becomes the bipolar plate 108 - As in the first embodiment - from the first tool part 126 of the shaping tool 110 moved away, creating the unity 128 from gas diffusion layer 112 and poetry 114 from the first tool part 126 of the shaping tool 110 is demolded.

Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 8th Fifth embodiment shown in terms of structure, function and method of manufacture with the in 1 to 4th first embodiment shown, reference is made to the above description in this respect.

Eine in 9 dargestellte sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Bipolarplatte 108 nicht nur zur Entformung einer einzigen Einheit 128 aus Gasdiffusionslage 112 und Dichtung 114 verwendet wird, sondern auch zur Entformung einer zweiten Einheit 128' aus der zweiten Gasdiffusionslage 118 und der zweiten Dichtung 120.One in 9 The sixth embodiment shown differs from that in FIGS 1 to 4th illustrated first embodiment in that the bipolar plate 108 not just for demolding a single unit 128 from gas diffusion layer 112 and poetry 114 is used, but also for demolding a second unit 128 ' from the second gas diffusion layer 118 and the second seal 120 .

Zu diesem Zweck kann die zweite Dichtung 120 nach ihrer Erzeugung in einem Formgebungswerkzeug, welches mit dem Formgebungswerkzeug 110 zur Erzeugung der Dichtung 114 identisch oder von dem Formgebungswerkzeug 110 zur Erzeugung der Dichtung 114 verschieden sein kann, in derselben Weise (oder auch in anderer Weise) mit der Bipolarplatte 108 verbunden werden wie die Dichtung 114, um die zweite Dichtung 120 von einem Werkzeugteil ihres Formgebungswerkzeugs zu entformen.For this purpose, the second seal 120 after their generation in a shaping tool, which is connected to the shaping tool 110 to create the seal 114 identical to or from the forming tool 110 to create the seal 114 may be different, in the same way (or also in a different way) with the bipolar plate 108 be connected like the seal 114 , to the second seal 120 to demold from a tool part of their forming tool.

Die beiden Einheiten 128 und 128' aus jeweils einer Gasdiffusionslage 112 beziehungsweise 118 und einer Dichtung 114 beziehungsweise 120 sind dann auf einander abgewandten Seiten der Bipolarplatte 108 angeordnet, wie dies aus 9 zu ersehen ist.The two units 128 and 128 ' each from a gas diffusion layer 112 or 118 and a seal 114 respectively 120 are then on opposite sides of the bipolar plate 108 arranged like this 9 can be seen.

Bei dieser Ausführungsform umfasst jede elektrochemische Einheit 104 somit eine Baugruppe 106', die die Bipolarplatte 108, die im Formgebungswerkzeug 110 separat von der Bipolarplatte 108 hergestellte Dichtung 114, die Gasdiffusionslage 112, an welche die Dichtung 114 angeformt ist, die ebenfalls in einem Formgebungswerkzeug separat von der Bipolarplatte 108 erzeugte zweite Dichtung 120 und die zweite Gasdiffusionslage 118, an welche die zweite Dichtung 120 angeformt ist, umfasst, und eine elektrochemisch aktive Membran 116.In this embodiment each comprises an electrochemical unit 104 thus an assembly 106 ' who have favourited the bipolar plate 108 that are in the forming tool 110 separate from the bipolar plate 108 manufactured seal 114 , the gas diffusion layer 112 to which the seal 114 is formed, which is also in a shaping tool separately from the bipolar plate 108 produced second seal 120 and the second gas diffusion layer 118 to which the second seal 120 is formed, comprises, and an electrochemically active membrane 116 .

Die Dichtung 114 und die zweite Dichtung 120 können durch (nicht dargestellte) Verbindungsmittel, vorzugsweise formschlüssig, miteinander verbunden sein. Solche Verbindungsmittel können einstückig mit der Dichtung 114 oder einstückig mit der zweiten Dichtung 120 ausgebildet sein.The seal 114 and the second seal 120 can be connected to one another by connecting means (not shown), preferably in a form-fitting manner. Such connecting means can be integral with the seal 114 or integral with the second seal 120 be trained.

Beim Assemblieren der elektrochemischen Vorrichtung 100 kann zwischen jeweils zwei solcher Baugruppen 106' eine elektrochemisch aktive Membran 116 eingelegt werden, um auf diese Weise einen Stapel aus elektrochemischen Einheiten 104 zu bilden.When assembling the electrochemical device 100 can be between two such assemblies 106 ' an electrochemically active membrane 116 are inserted in this way a stack of electrochemical units 104 to build.

Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte sechste Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 9 The sixth embodiment shown in terms of structure, function and method of manufacture with that in the 1 to 4th first embodiment shown, reference is made to the above description in this respect.

Eine in 10 dargestellte siebte Ausführungsform einer Verbindung zwischen der Dichtung 114 und der Bipolarplatte 108 unterscheidet sich von der in den 2 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Verbindungselement 130 nicht an der Dichtung 114 ausgebildet ist, sondern an der Bipolarplatte 108, insbesondere an der der Dichtung 114 zugewandten ersten Bipolarplattenlage 122.One in 10 illustrated seventh embodiment of a connection between the seal 114 and the bipolar plate 108 differs from that in the 2 to 4th illustrated first embodiment in that the connecting element 130 not the seal 114 is formed, but on the bipolar plate 108 , especially on the seal 114 facing first bipolar plate layer 122 .

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Bipolarplattenlage 122 im Bereich der Durchtrittsöffnung 138 der Bipolarplattenlage 122 einen Kragen 170 bildet, welcher an einem radial nach außen abstehenden Ringbund 172 endet, der einen Hinterschneidungsbereich 134 des Verbindungselements 130 bildet.In particular, it can be provided that the bipolar plate layer 122 in the area of the passage opening 138 the bipolar plate position 122 a collar 170 forms, which on a radially outwardly protruding annular collar 172 ends, which has an undercut area 134 of the connecting element 130 forms.

Im in 10 dargestellten verbundenen Zustand von Bipolarplatte 108 und Dichtung 114 hintergreift der Ringbund 172 einen Randbereich 174 der Dichtung 114, welcher einen der Bipolarplatte 108 zugewandten engeren Abschnitt 176 einer gestuften Durchtrittsöffnung 178 in der Dichtung 114 berandet.In the in 10 shown connected state of bipolar plate 108 and poetry 114 the ring collar engages behind 172 an edge area 174 the seal 114 , which one of the bipolar plate 108 facing narrower section 176 a stepped passage opening 178 in poetry 114 edged.

Der Ringbund 172 ist in einem der Bipolarplatte 108 abgewandten weiteren Abschnitt 180 der gestuften Durchtrittsöffnung 178 angeordnet.The ring collar 172 is in one of the bipolar plate 108 averted further section 180 the stepped passage opening 178 arranged.

Um das Einbringen des Ringbunds 172 und des Kragens 170 in die Durchtrittsöffnung 178 der Dichtung 114 zu erleichtern, kann die Durchtrittsöffnung 178 der Dichtung 114 mit einer Anfasung 182 versehen sein.About the introduction of the collar 172 and the collar 170 into the passage opening 178 the seal 114 to facilitate the passage opening 178 the seal 114 with a chamfer 182 be provided.

Zur Herstellung der in 10 dargestellten Baugruppe aus Dichtung 114 und Bipolarplatte 108 kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden (siehe 11):

  • Um in dem Spritzgießvorgang, welcher in dem Formgebungswerkzeug 110 durchgeführt wird, die Dichtung 114 mit der gestuften Durchtrittsöffnung 178 zu erzeugen, ist in einer - vorzugsweise zylindrischen - Ausnehmung 184 in dem ersten Werkzeugteil 126 ein - vorzugsweise zylindrischer - Kern 186 angeordnet, von dessen der Kavität des Formgebungswerkzeugs 110 zugewandter Stirnfläche 188 ein - vorzugsweise zylindrischer - Vorsprung 190 vorspringt, welcher im geschlossenen Zustand des Formgebungswerkzeugs 110 in eine komplementär hierzu ausgebildete Ausnehmung 192 in dem zweiten Werkzeugteil 194 des Formgebungswerkzeugs 110 eingreift.
To produce the in 10 assembly of seal shown 114 and bipolar plate 108 can, for example, proceed as follows (see 11 ):
  • To in the injection molding process, which in the molding tool 110 is carried out the seal 114 with the stepped opening 178 to produce is in a - preferably cylindrical - recess 184 in the first tool part 126 a - preferably cylindrical - core 186 arranged, of which the cavity of the forming tool 110 facing face 188 a - preferably cylindrical - projection 190 protrudes, which in the closed state of the forming tool 110 into a complementary recess 192 in the second tool part 194 of the shaping tool 110 intervenes.

Der im ersten Werkzeugteil 126 angeordnete Kern 186 ist von einer beweglichen Hülse 196 umgeben.The one in the first tool part 126 arranged core 186 is of a movable sleeve 196 surround.

Nachdem die Dichtung 114 in einem Spritzvorgang in dem Formgebungswerkzeug 110 erzeugt worden ist, wird das Formgebungswerkzeug 110 geöffnet, indem das erste Werkzeugteil 126 und das zweite Werkzeugteil 194 voneinander weg bewegt werden.After the seal 114 in an injection process in the forming tool 110 has been created, becomes the forming tool 110 opened by the first tool part 126 and the second tool part 194 be moved away from each other.

Die zweilagige Bipolarplatte 108, an deren erster Bipolarplattenlage 122 der Kragen 170 und der Ringbund 172, beispielsweise durch einen Umformvorgang, insbesondere durch einen Umbördelvorgang, erzeugt worden sind, wird mittels einer Haltevorrichtung 198 so relativ zu dem ersten Werkzeugteil 126 und der Dichtung 114 positioniert, dass der Ringbund 172 nahe an der Durchtrittsöffnung 178 der Dichtung 114 angeordnet ist.The two-layer bipolar plate 108 , at their first bipolar plate position 122 the collar 170 and the ring collar 172 , for example by a forming process, in particular by a flanging process, are produced by means of a holding device 198 so relative to the first tool part 126 and the seal 114 positioned that the ring collar 172 close to the passage opening 178 the seal 114 is arranged.

Um eine möglichst präzise Positionierung der Bipolarplatte 108 relativ zu der Dichtung 114 zu ermöglichen, umfasst die Haltevorrichtung ein Positionierelement 200, beispielsweise einen Positionierstift 202, welcher von der der Dichtung 114 abgewandten Seite her in den Kragen 170 des Verbindungselements 130 eingreift.In order to position the bipolar plate as precisely as possible 108 relative to the seal 114 To enable the holding device comprises a positioning element 200 , for example a positioning pin 202 which of that of poetry 114 facing away in the collar 170 of the connecting element 130 intervenes.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Bipolarplatte 108 auch mittels eines oder mehrerer außerhalb der Kavität des Formgebungswerkzeugs 110 angeordneter Positionierelemente relativ zu der Dichtung 114 positioniert werden.Alternatively or in addition to this, the bipolar plate 108 also by means of one or more outside the cavity of the shaping tool 110 arranged positioning elements relative to the seal 114 be positioned.

Die Bipolarplatte 108 kann beispielsweise mittels eines Sauggreifers 204 der Haltevorrichtung 198 in ihrer Position relativ zu dem ersten Werkzeugteil 126 und der Dichtung 114 gehalten sein.The bipolar plate 108 can for example by means of a suction pad 204 the holding device 198 in their position relative to the first tool part 126 and the seal 114 be held.

In dem Sauggreifer 204 ist eine zu der Bipolarplatte 108 hin offene evakuierbare Kammer angeordnet, so dass die Bipolarplatte 108 durch den Luftdruck in der Umgebung der Bipolarplatte 108 gegen den Sauggreifer 204 gepresst wird.In the suction cup 204 is one to the bipolar plate 108 arranged towards the open evacuable chamber, so that the bipolar plate 108 by the air pressure in the vicinity of the bipolar plate 108 against the suction cup 204 is pressed.

Die bewegliche Hülse 196 wird auf die Bipolarplatte 108 zu bewegt, so dass der Randbereich 174 der Dichtung 114, welcher die gestufte Durchtrittsöffnung 178 umgibt, über den Ringbund 172 des Verbindungselements 130 weg bewegt wird und hinter dem Ringbund 172 einrastet, so dass die Dichtung 114 und die Bipolarplatte 108 durch Formschluss mittels des Verbindungselements 130 miteinander verbunden sind.The movable sleeve 196 is on the bipolar plate 108 too moved so that the edge area 174 the seal 114 , which is the stepped passage opening 178 surrounds, about the collar 172 of the connecting element 130 is moved away and behind the collar 172 clicks into place so that the seal 114 and the bipolar plate 108 by positive locking by means of the connecting element 130 are connected to each other.

Im Übrigen stimmt die in den 10 und 11 dargestellte siebte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, it is correct in the 10 and 11 The seventh embodiment shown in terms of structure, function and method of manufacture with that in FIG 1 to 4th first embodiment shown, reference is made to the above description in this respect.

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen einer Dichtung (114) für eine elektrochemische Einheit (104) einer elektrochemischen Vorrichtung (100), umfassend Folgendes: - Erzeugen der Dichtung (114) in einem Formgebungswerkzeug (110); und - Entnehmen der Dichtung (114) aus dem Formgebungswerkzeug (110) ; dadurch gekennzeichnet, dass die noch am Formgebungswerkzeug (110) angeordnete Dichtung (114) mit mindestens einer Bipolarplattenlage (122, 124) einer Bipolarplatte (108) der elektrochemischen Einheit (104) verbunden wird und dass die mindestens eine Bipolarplattenlage (122, 124) zusammen mit der damit verbundenen Dichtung (114) von dem Formgebungswerkzeug (110) entfernt wird.A method for producing a seal (114) for an electrochemical unit (104) of an electrochemical device (100), comprising: - producing the seal (114) in a forming tool (110); and - removing the seal (114) from the forming tool (110); characterized in that the seal (114) still arranged on the forming tool (110) is connected to at least one bipolar plate layer (122, 124) of a bipolar plate (108) of the electrochemical unit (104) and that the at least one bipolar plate layer (122, 124) together with the associated seal (114) is removed from the forming tool (110). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (114) und die mindestens eine Bipolarplattenlage (122, 124) mittels mindestens eines Verbindungselements (130) miteinander verbunden werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the seal (114) and the at least one bipolar plate layer (122, 124) are connected to one another by means of at least one connecting element (130). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (130) einstückig mit einem Grundkörper (132) der Dichtung (114) ausgebildet ist.Procedure according to Claim 2 , characterized in that at least one connecting element (130) is formed in one piece with a base body (132) of the seal (114). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (130) einen Hinterschneidungsbereich (134) umfasst, welcher die mindestens eine Bipolarplattenlage (122, 124) hintergreift.Method according to one of the Claims 2 or 3 , characterized in that at least one connecting element (130) comprises an undercut area (134) which engages behind the at least one bipolar plate layer (122, 124). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (114) und die mindestens eine Bipolarplattenlage (122, 124) durch Stoffschluss miteinander verbunden werden.Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the seal (114) and the at least one bipolar plate layer (122, 124) are connected to one another by a material bond. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (114) mittels einer Anpresseinrichtung (154) gegen die mindestens eine Bipolarplattenlage (122, 124) gepresst wird.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the seal (114) is pressed against the at least one bipolar plate layer (122, 124) by means of a pressing device (154). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (114) in dem Formgebungswerkzeug (110) an einen Bestandteil einer Membran-Elektroden-Anordnung der elektrochemischen Einheit (104) angeformt wird.Method according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the seal (114) in the forming tool (110) is molded onto a component of a membrane-electrode arrangement of the electrochemical unit (104). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (114) mit mindestens zwei Bipolarplattenlagen (122, 124) verbunden wird, welche vor deren Verbindung mit der Dichtung (114) miteinander verbunden worden sind.Method according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the seal (114) is connected to at least two bipolar plate layers (122, 124) which have been connected to one another before they are connected to the seal (114). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baugruppe (106), welche die mindestens eine Bipolarplattenlage (122, 124) und die damit verbundene Dichtung (114) umfasst, mit einer weiteren Dichtung (120) verbunden wird.Method according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that an assembly (106) which comprises the at least one bipolar plate layer (122, 124) and the seal (114) connected therewith is connected to a further seal (120). Baugruppe für eine elektrochemische Vorrichtung (100), umfassend mindestens eine Bipolarplattenlage (122, 124) und mindestens eine in einem Formgebungswerkzeug (110) separat von der mindestens einen Bipolarplattenlage (122, 124) erzeugte Dichtung (114, 120), welche durch Formschluss, durch Stoffschluss und/oder durch Kraftschluss mit der mindestens einen Bipolarplattenlage (122, 124) verbunden ist.An assembly for an electrochemical device (100), comprising at least one bipolar plate layer (122, 124) and at least one seal (114, 120) produced separately from the at least one bipolar plate layer (122, 124) in a forming tool (110), which seal is is connected to the at least one bipolar plate layer (122, 124) by material connection and / or by force connection.
DE102019135277.0A 2019-12-19 2019-12-19 Method of manufacturing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device Pending DE102019135277A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019135277.0A DE102019135277A1 (en) 2019-12-19 2019-12-19 Method of manufacturing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device
PCT/EP2020/085112 WO2021122169A1 (en) 2019-12-19 2020-12-08 Method for producing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019135277.0A DE102019135277A1 (en) 2019-12-19 2019-12-19 Method of manufacturing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019135277A1 true DE102019135277A1 (en) 2021-06-24

Family

ID=73834482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019135277.0A Pending DE102019135277A1 (en) 2019-12-19 2019-12-19 Method of manufacturing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019135277A1 (en)
WO (1) WO2021122169A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020130343A1 (en) 2020-11-17 2022-05-19 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Assembly for an electrochemically active device, electrochemically active device and method of manufacturing an assembly for an electrochemically active device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120072978A (en) * 2010-12-24 2012-07-04 평화오일씰공업주식회사 Injection mold for gasket of fuel battery
CN108110278A (en) * 2017-12-22 2018-06-01 重庆宗申氢能源动力科技有限公司 A kind of fuel battery double plates encapsulating method and sealing and curing mold

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4780940B2 (en) * 2004-07-29 2011-09-28 東海ゴム工業株式会社 Solid polymer fuel cell
DE102007003096A1 (en) * 2007-01-16 2008-07-17 Carl Freudenberg Kg Sealing arrangement for a plate element of a fuel cell
DE102013220486A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Elringklinger Ag Manufacturing multi-part, preferably multi-layer bipolar plate for electrochemical device, comprises generating sealing element from elastic material on first part of bipolar plate by molding-process, and connecting first and second part

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120072978A (en) * 2010-12-24 2012-07-04 평화오일씰공업주식회사 Injection mold for gasket of fuel battery
CN108110278A (en) * 2017-12-22 2018-06-01 重庆宗申氢能源动力科技有限公司 A kind of fuel battery double plates encapsulating method and sealing and curing mold

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020130343A1 (en) 2020-11-17 2022-05-19 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Assembly for an electrochemically active device, electrochemically active device and method of manufacturing an assembly for an electrochemically active device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021122169A1 (en) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10216306B4 (en) Method for producing a contact plate for an electrochemical cell and its uses
EP3659198B1 (en) Electrochemically active unit for an electrochemical device
DE112008000004B4 (en) Fuel cell module, fuel cell and method for producing a fuel cell module
DE19910487C1 (en) Manufacturing bipolar plates for fuel cells involves molding plate or forming liquid and gas channels by making impressions in plate, and applying sealing elements in tool in two successive steps
DE7234490U (en) INJECTION MOLD
DE102013220486A1 (en) Manufacturing multi-part, preferably multi-layer bipolar plate for electrochemical device, comprises generating sealing element from elastic material on first part of bipolar plate by molding-process, and connecting first and second part
DE102012214268A1 (en) Shaping and filling under seal
DE102015109393A1 (en) Electrochemical device and method for producing an electrochemical unit for an electrochemical device
DE102014220529A1 (en) Method for producing an end plate for a fuel cell stack
WO2020007731A1 (en) Method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit and assembly comprising a gas diffusion layer and a sealing element
DE102019135277A1 (en) Method of manufacturing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device
DE1779514A1 (en) Compression molding process and apparatus
EP3818195B1 (en) Assembly for an electrochemical device and method for producing an assembly of this type
EP2111662A1 (en) Sealing arrangement for a plate element of a fuel cell
WO2020007733A1 (en) Method for producing an electrochemically active unit and carrier element for an assembly of an electrochemically active unit
DE102019135292A1 (en) Electrochemical device and method of making an electrochemical device
DE102009039900A1 (en) Membrane assembly for a fuel cell stack and fuel cell stack with the membrane assembly
DE112004001748B4 (en) Fuel cell assembly and method of manufacture
EP3818197A1 (en) Electrochemical device
WO2023227423A2 (en) Electrochemical device and method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit
DE102021210520A1 (en) Method for producing a seal, seal arrangement with seal, fuel cell and fuel cell stack
EP4340076A2 (en) Reinforced seal structure for fuel cell applications
DE102015012646A1 (en) Method for manufacturing complex bipolar plates for fuel cells by using the extrusion
WO2021122159A1 (en) Electrochemical device and method for producing an electrochemical device
DE102022206639A1 (en) Stack structure for an electrochemical energy converter and method for producing the stack structure

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: EKPO FUEL CELL TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: ELRINGKLINGER AG, 72581 DETTINGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE