DE102020130578A1 - Process for producing a membrane electrode assembly and a membrane electrode assembly for a fuel cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Membran-Elektroden-Anordnung (25) für eine Brennstoffzelle, mit einer ersten und zweiten Stützfolie (26, 27), die jeweils Ausschnitte (29) aufweisen, mit einem Membranfolienzuschnitt (31), der eine Elektrolytmembran (14) als Trägerschicht umfasst, auf welcher beidseitig eine Katalysatorschicht vorgesehen ist, wobei gegenüber den Katalysatorschichten (16, 17) ein umlaufender Rand (32) der Elektrolytmembran (14) ausgebildet ist, wobei jeweils eine Außenseite des umlaufend hervorstehenden Randes (32) des Membranfolienzuschnittes (31) mit der zum Rand (32) weisenden Seite der Stützfolie (26, 27) fest verbunden ist.The invention relates to a method and a membrane-electrode assembly (25) for a fuel cell, with a first and second supporting film (26, 27), which each have cutouts (29), with a membrane film blank (31) which has an electrolyte membrane ( 14) as a carrier layer on which a catalyst layer is provided on both sides, with a peripheral edge (32) of the electrolyte membrane (14) being formed opposite the catalyst layers (16, 17), with an outer side of the peripherally protruding edge (32) of the membrane foil blank in each case (31) is firmly connected to the edge (32) pointing side of the support film (26, 27).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, welche mehrschichtig aufgebaut ist sowie eine solche Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle.The invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, which has a multi-layer structure, and to such a membrane-electrode assembly for a fuel cell.
Aus der
Darauffolgend wird an der gegenüberliegenden Seite der ersten Stützfolie eine zweite Stützfolie mit Ausschnitten aufgebracht, wobei dessen Ausschnitte zu jenen der ersten Stützfolie ausgerichtet sind. Die Elektrolytmembran ist dazwischenliegend angeordnet. Anschließend wird eine weitere Trägerschicht mit Katalysatorschichten in einem Rotationsstanzwalzenpaar geschnitten. Danach wird die Trägerschicht mit den geschnittenen Katalysatorschichten auf jede Seite der Elektrolytmembran aufgebracht. Darauffolgend wird die jeweilige Trägerschicht abgezogen, sodass die Katalysatorschicht auf der Elektrolytmembran verbleibt. Des Weiteren ist die zweite Stützfolie durch eine Klebeschicht mit der ersten Stützfolie verklebt, wobei in einem Bereich, in welchem die Elektrolytmem-bran zwischen der ersten und zweiten Stützfolie angeordnet ist, die Elektrolytmembran nicht mit der ersten und zweiten Stützfolie verklebt ist.A second support film with cutouts is then applied to the opposite side of the first support film, the cutouts of which are aligned with those of the first support film. The electrolyte membrane is interposed. A further carrier layer with catalyst layers is then cut in a pair of rotary die-cutting rollers. Thereafter, the support layer with the cut catalyst layers is applied to each side of the electrolyte membrane. The respective carrier layer is then peeled off so that the catalyst layer remains on the electrolyte membrane. Furthermore, the second supporting film is bonded to the first supporting film by an adhesive layer, with the electrolyte membrane not being bonded to the first and second supporting film in an area in which the electrolyte membrane is arranged between the first and second supporting film.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung sowie eine Membran-Elektroden-Anordnung vorzuschlagen, bei welcher die Herstellkosten reduziert werden, um eine bessere Marktdurchdringung für die Brennstoffzellentechnologie zu ermöglichen.The invention is based on the object of proposing a method for producing a membrane-electrode assembly and a membrane-electrode assembly in which the production costs are reduced in order to enable better market penetration for fuel cell technology.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, gelöst,
- - bei dem eine erste Stützfolie als Bahnmaterial bereitgestellt wird,
- - bei dem in die erste Stützfolie aufeinanderfolgend und mit Abstand zueinander Ausschnitte eingebracht werden,
- - bei dem die mit Ausschnitten versehene Stützfolie einer Bearbeitungsstation zugeführt wird,
- - bei dem eine Membranfolie der Bearbeitungsstation zugeführt wird, welche eine bahnförmige Elektrolytmembran umfasst, auf welcher beidseitig in einem Format Katalysatorschichten aufgebracht sind,
- - bei dem die Membranfolien in der Bearbeitungsstation in Membranfolienzuschnitte zugeschnitten werden, sodass ein umlaufender Rand der Elektrolytmembran gegenüber dem Format der Katalysatorschichten verbleibt,
- - bei dem die Membranfolienzuschnitte zu den Ausschnitten in der ersten Stützfolie ausgerichtet und aufgebracht werden,
- - bei dem eine zweite Stützfolie als Bahnmaterial bereitgestellt wird,
- - bei dem in die zweite Stützfolie aufeinanderfolgend mit Abstand zueinander ausgerichtete Abschnitte eingebracht werden,
- - bei dem die zweite Stützfolie mit den Ausschnitten zu den der ersten Stützfolie gegenüberliegenden Katalysatorschichten der Membranfolienzuschnitte auf der ersten Stützfolie ausgerichtet und aufgebracht wird, und
- - bei dem die erste und zweite Stützfolie mit den dazwischen angeordneten Membranfolienzuschnitten fest zu einem Folienverbund miteinander verbunden werden.
- - in which a first supporting film is provided as web material,
- - in which cutouts are made in the first supporting film one after the other and at a distance from one another,
- - in which the support film provided with cutouts is fed to a processing station,
- - in which a membrane foil is fed to the processing station, which comprises a strip-shaped electrolyte membrane on which catalyst layers are applied on both sides in a format,
- - in which the membrane foils are cut into membrane foil blanks in the processing station, so that a peripheral edge of the electrolyte membrane remains opposite the format of the catalyst layers,
- - in which the membrane foil cuts are aligned and applied to the cutouts in the first support foil,
- - in which a second supporting film is provided as web material,
- - in which sections aligned one after the other at a distance from one another are introduced into the second supporting film,
- - in which the second support film is aligned with the cutouts to the catalyst layers of the membrane film cuts opposite the first support film and applied to the first support film, and
- - In which the first and second supporting film with the interposed membrane film blanks are firmly connected to form a composite film.
Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung in einem automatisierten Prozess ermöglicht ist und somit hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten und Stückzahlen erzielt werden können.This method has the advantage that the production of the membrane electrode assembly is made possible in an automated process and thus high processing speeds and quantities can be achieved.
Bevorzugt werden die erste und/oder die zweite Stützfolie trägerschichtfrei bereitgestellt. Dies ermöglicht eine weitere Prozessoptimierung.The first and/or the second supporting film are preferably provided without a carrier layer. This enables further process optimization.
Vorteilhafterweise wird die erste und/oder zweite Stützfolie mit einer einseitigen Klebebeschichtung bereitgestellt. Dadurch können die einzelnen nachfolgenden Schichten unmittelbar darauf aufgebracht und vorfixiert werden. Alternativ kann in einer Klebestation einseitig auf die erste und/oder zweite Stützfolie eine Klebemittelschicht aufgebracht werden.Advantageously, the first and/or second supporting film is provided with an adhesive coating on one side. As a result, the individual subsequent layers can be applied and prefixed directly thereon. Alternatively, a layer of adhesive can be applied to one side of the first and/or second supporting film in a gluing station.
In einem weiteren Herstellungsschritt werden bevorzugt in die erste Stützfolie vor dem Zuführen in die Bearbeitungsstation die Ausschnitte durch Stanzen oder Laserschneiden eingebracht. Beide Herstellungsmöglichkeiten können bei einem kontinuierlichen Prozess eingesetzt werden.In a further production step, the cutouts are preferably introduced into the first supporting film by punching or laser cutting before it is fed into the processing station. Both Her Possibilities can be used in a continuous process.
In die zweite Stützfolie können vor dem Zuführen auf die mit der ersten Stützfolie bestückten Membranfolienzuschnitte die Ausschnitte durch Stanzen oder Laserschneiden eingebracht werden. Durch die Redundanz der Arbeitsstationen kann wiederum eine Kostenreduzierung des Herstellungsprozesses ermöglicht sein.The cut-outs can be made in the second supporting film by punching or laser cutting before it is fed to the membrane film blanks equipped with the first supporting film. The redundancy of the workstations can in turn make it possible to reduce the costs of the manufacturing process.
In der Bearbeitungsstation werden bevorzugt die Membranzuschnitte mit einem gegenüber den beidseitig auf die Elektrolytmembran aufgebrachten Katalysatorschichten umlaufenden Rand geschnitten, sodass der umlaufende Rand gegenüber allen Seitenkanten des Formats der Katalysatorschichten mit einem Überstand mit gleicher Breite ausgebildet ist. Dadurch kann eine sichere Aufnahme der Membranfolienzuschnitte zwischen den beiden Stützfolien ermöglicht sein. Zudem kann dadurch eine hohe Dichtheit geschaffen werden, welche beim Einsatz von mehreren übereinander angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen zu einer Brennstoffzelle von Vorteil ist.In the processing station, the membrane blanks are preferably cut with a peripheral edge compared to the catalyst layers applied to both sides of the electrolyte membrane, so that the peripheral edge is formed with an overhang of the same width compared to all side edges of the format of the catalyst layers. As a result, the membrane foil blanks can be securely accommodated between the two supporting foils. In addition, a high level of tightness can be created, which is advantageous when using a plurality of membrane electrode assemblies arranged one above the other in a fuel cell.
Die Katalysatorschichten können in einem quadratischen oder rechteckförmigen Format auf der Elektrolytmembran aufgebracht sein, und die Ausschnitte in der ersten und zweiten Stützfolie werden bevorzugt an das quadratische oder rechteckförmige Format der Katalysatorschichten angepasst. Vorteilhafterweise ist die Größe der Ausschnitte, welche in die erste und zweite Stützfolie eingebracht werden, gleich oder geringfügig kleiner als das Format der Katalysatorschichten ausgebildet. Dadurch können geforderte Toleranzen gut eingehalten werden. Beispielsweise können die Katalysatorschichten mit einer Toleranz +/- 0,1 mm zwischen den Rändern der Ausschnitte in den Stützfolien eingebracht sein. Diese Präzision beim Einbringen der Katalysatorschichten der Membranfolienzuschnitte in die Ausschnitte der Stützfolien ist ein maßgeblicher Faktor für eine Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle. Dadurch können höhere Packungsdichten und somit eine reduzierte Größe der Brennstoffzelle ermöglicht sein.The catalyst layers may be applied to the electrolyte membrane in a square or rectangular format, and the cutouts in the first and second support foils are preferably adapted to the square or rectangular format of the catalyst layers. Advantageously, the size of the cutouts that are made in the first and second supporting foil is the same as or slightly smaller than the format of the catalyst layers. As a result, required tolerances can be well maintained. For example, the catalyst layers can be introduced with a tolerance of +/- 0.1 mm between the edges of the cutouts in the supporting foils. This precision when introducing the catalyst layers of the membrane foil cuts into the cutouts of the supporting foils is a decisive factor for the performance of the fuel cell. As a result, higher packing densities and thus a reduced size of the fuel cell can be made possible.
Des Weiteren wird bevorzugt der gegenüber dem Format der Katalysatorschichten überstehende Rand des Membranfolienzuschnittes zwischen der ersten und zweiten Stützfolie beidseitig verklebt. Dadurch kann eine hohe Dichtigkeit einer solchen Membran-Elektroden-Anordnung sichergestellt werden.Furthermore, the edge of the membrane film blank that protrudes beyond the format of the catalyst layers is preferably glued on both sides between the first and second supporting film. As a result, a high degree of tightness of such a membrane electrode assembly can be ensured.
Vorteilhafterweise wird auf jeder Seite der Membranfolienzuschnitte des hergestellten Folienverbundes gleichzeitig oder aufeinanderfolgend zumindest eine Gasdiffusionslage auf die jeweilige Katalysatorschicht aufgebracht.Advantageously, at least one gas diffusion layer is applied simultaneously or sequentially to the respective catalyst layer on each side of the membrane foil cuts of the foil composite produced.
Vor dem Aufbringen der Gasdiffusionslage wird bevorzugt auf die jeweilige Katalysatorschicht des Membranfolienzuschnittes eine Klebeschicht, insbesondere in einer Klebebeschichtungsstation, aufgebracht. Dies ermöglicht des Weiteren einen kontinuierlichen Herstellungsprozess.Before the gas diffusion layer is applied, an adhesive layer is preferably applied to the respective catalyst layer of the membrane foil cut, in particular in an adhesive coating station. This also enables a continuous manufacturing process.
Insbesondere wird die Gasdiffusionslage in einer weiteren Bearbeitungsstation zugeschnitten und auf die jeweilige Katalysatorschicht der Membranfolienzuschnitte aufgebracht sowie mit diesen verklebt. In dieser weiteren Bearbeitungsstation können beispielsweise die Gasdiffusionslagen durch ein Rotationsstanzwalzenpaar zugeschnitten und darauffolgend aufgebracht werden.In particular, the gas diffusion layer is cut to size in a further processing station and applied to the respective catalyst layer of the membrane foil cuts and glued to them. In this further processing station, for example, the gas diffusion layers can be cut to size by a pair of rotary die-cutting rollers and then applied.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung der Membranfolienzuschnitte wird die Bearbeitungsstation durch ein Vakuum-Stanzwalzenpaar hergestellt, wobei die Membranfolienzuschnitte mit einer Rotationsstanze zugeschnitten und darauffolgend mit einer Vakuum-Stanzgegenwalze auf die erste Stützfolie aufgebracht beziehungsweise in dem Ausschnitt der ersten Stützfolie positioniert wird.According to a first preferred embodiment for producing the membrane foil blanks, the processing station is produced by a pair of vacuum punching rollers, the membrane foil blanks being cut to size with a rotary die cutter and then applied to the first supporting film with a vacuum counter-punching roller or positioned in the cutout of the first supporting film.
Alternativ kann die Bearbeitungsstation durch ein Rotations-Stanzwalzenpaar geschnitten werden, wobei Haltestege zwischen dem Membranfolienzuschnitt und dem verbleibenden Bahnmaterial ausgebildet werden sowie mit einer in Förderrichtung dem Rotations-Stanzwalzenpaar nachfolgend angeordneten Ausdrück- und Laminierwalze die Membranfolienzuschnitte ausgedrückt und in den Ausschnitten der ersten Stützfolie positioniert und auf die Stützfolie aufgebracht werden.Alternatively, the processing station can be cut by a pair of rotary die-cutting rollers, with holding webs being formed between the membrane foil blank and the remaining web material, and with a squeezing and laminating roller arranged downstream of the pair of rotary die-cutting rollers in the conveying direction, the membrane foil blanks are pressed out and positioned in the cutouts of the first supporting foil and applied to the backing sheet.
Des Weiteren werden bevorzugt die einander gegenüberliegenden Längskanten des hergestellten Folienverbundes auf eine konstante Breite geschnitten, vorzugsweise mittels eines Lasers. Dadurch werden die Ränder der übereinanderliegenden Stützfolien gleichzeitig geschnitten, sodass deren Ränder deckungsgleich sind.Furthermore, the mutually opposite longitudinal edges of the film composite produced are preferably cut to a constant width, preferably by means of a laser. As a result, the edges of the support films lying one on top of the other are cut at the same time, so that their edges are congruent.
Vorteilhafterweise kann der hergestellte Folienverbund, insbesondere nach dem Beschneiden des Folienverbundes auf eine konstante Breite, in Membran-Elektroden-Anordnungen vereinzelt werden. Beispielsweise kann die Vereinzelung durch Stanzen oder mittels eines Lasers durch Querschneiden ermöglicht sein.Advantageously, the film composite produced can be separated into membrane-electrode assemblies, in particular after the film composite has been trimmed to a constant width. For example, the separation can be made possible by punching or by means of a laser by cross-cutting.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die erste Stützfolie, die zweite Stützfolie und die Membranfolie als Halbzeuge auf einer Rolle bereitgestellt und zugeführt werden. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Herstellungsprozess, der darüber hinaus eine hohe Präzisierung in der Ausrichtung der einzelnen Schichten beziehungsweise der Ausschnitte der Stützfolien zu den Katalysatorschichten der Membranfolie ermöglicht.A further preferred embodiment of the method provides that the first supporting film, the second supporting film and the membrane film are provided and supplied as semi-finished products on a roll will. This enables a continuous production process, which also enables a high degree of precision in the alignment of the individual layers or the cutouts of the support foils with respect to the catalyst layers of the membrane foil.
Das Aufbringen der Membranfolienzuschnitte auf die erste Stützfolie und das Zuführen der zweiten Stützfolie auf die erste Stützfolie wird vorteilhafterweise mit einer kontinuierlichen Bahngeschwindigkeit angesteuert. Dadurch kann eine hohe Stückzahl gefertigt und somit die Herstellkosten reduziert werden.The application of the membrane foil cuts to the first supporting foil and the feeding of the second supporting foil to the first supporting foil is advantageously controlled with a continuous web speed. As a result, a large number can be manufactured and thus the manufacturing costs can be reduced.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Membran-Elektroden-Anordnung gelöst, bei der eine erste und zweite Stützfolie jeweils einen Ausschnitt sowie einen Membranfolienzuschnitt aufweist, der eine Elektrolytmembran umfasst, auf welcher beidseitig eine Katalysatorschicht vorgesehen ist und gegenüber den beidseitig aufgebrachten Katalysatorschichten hervorstehend ein umlaufender Rand aus der Elektrolytmembran ausgebildet ist, wobei der umlaufend hervorstehende Rand des Membranfolienzuschnittes jeweils mit der zum umlaufenden Rand weisenden Seite der Stützfolie fest verbunden ist. Dadurch kann eine hohe Dichtheit dieser Membran-Elektroden-Anordnung erzielt werden. Vorteilhafterweise ist der umlaufende Rand beidseitig zur jeweiligen Stützfolie verklebt.The object on which the invention is based is also achieved by a membrane-electrode assembly, in which a first and second support film each have a cutout and a membrane film cut, which includes an electrolyte membrane on which a catalyst layer is provided on both sides and opposite the catalyst layers applied on both sides a peripheral edge protruding from the electrolyte membrane is formed, the peripherally protruding edge of the membrane foil blank being firmly connected to the side of the supporting foil pointing towards the peripheral edge. As a result, this membrane electrode assembly can be highly sealed. Advantageously, the peripheral edge is glued on both sides to the respective supporting film.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Ausschnitt der ersten Stützfolie und der Ausschnitt der zweiten Stützfolie deckungsgleich zueinander ausgerichtet. Dadurch kann ein gleichbleibend dimensionierter Überlappungsbereich zwischen den jeweiligen Stützfolien und dem außen umlaufenden Rand des Membranfolienzuschnitts ermöglicht sein.According to a further preferred embodiment, the section of the first supporting film and the section of the second supporting film are aligned congruently with one another. As a result, a consistently dimensioned overlapping area between the respective support films and the outer peripheral edge of the membrane film blank can be made possible.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
-
1 einen grundsätzlichen Aufbau einer bekannten Brennstoffzelle, -
2 eine schematische Schnittansicht eines Folienverbundes für eine Membran-Elektroden-Anordnung, -
3 eine schematische Ansicht auf den Folienverbund gemäß2 , -
4 eine schematische Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung, -
5 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform zu4 , -
6 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Membran-Elektroden-Anordnung, -
7 eine schematische Ansicht von oben auf die alternative Ausführungsform gemäß6 , und -
8 eine schematische Teilansicht der Anlage zur Herstellung der alternativen Ausführungsform der Membran-Elektroden-Anordnung gemäß6 .
-
1 a basic structure of a known fuel cell, -
2 a schematic sectional view of a film composite for a membrane electrode assembly, -
3 a schematic view of the composite film according to FIG2 , -
4 a schematic side view of a system for producing the membrane electrode assembly, -
5 a schematic side view of an alternative embodiment4 , -
6 a schematic sectional view of a further embodiment of the membrane electrode assembly, -
7 FIG. 12 is a schematic top view of the alternate embodiment of FIG6 , and -
8th a schematic partial view of the system for producing the alternative embodiment of the membrane electrode assembly according to FIG6 .
In
Diese Brennstoffzelle 11 kann mit einer Vielzahl von weiteren Brennstoffzellen 11 kombiniert und gestapelt werden. Die Anzahl der gestapelten Brennstoffzellen 11 bestimmt die Gesamtspannung beziehungsweise Netzspannung, wobei die Oberfläche der einzelnen Brennstoffzellen den gesamten Strom bestimmt. Die gesamte elektrische Leistung, die durch einen solchen Stapel von Brennstoffzellen 11 erzeugt wird, kann durch das Produkt aus Spannung und Strom ermittelt werden.This fuel cell 11 can be combined and stacked with a large number of other fuel cells 11 . The number of stacked fuel cells 11 determines the total voltage or mains voltage, with the surface area of the individual fuel cells determining the total current. The total electrical power that is generated by such a stack of fuel cells 11 can be determined by the product of voltage and current.
In
Üblicherweise wird diese erste Stützfolie 26 als Subgasket 1 und die zweite Stützfolie 27 als Subgasket 2 bezeichnet. Diese haben die Aufgabe, die Elektrolytmembran 14 mechanisch und/oder statisch zu stützen, ohne dass dadurch ein Einfluss auf die ablaufenden elektrochemischen Prozesse der Brennstoffzelle 11 genommen wird. Diese Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 25 ist folgendermaßen aufgebaut:This
Die erste Stützfolie 26 sowie die zweite Stützfolie 27 weisen jeweils Ausschnitte 29 auf. Zwischen der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 ist ein Membranfolienzuschnitt 31 vorgesehen. Dieser Membranfolienzuschnitt 31 besteht aus einer Elektrolytmembran 14, welche vorzugsweise als eine Polymerelektrolytmembran ausgebildet ist. Beidseitig zur Elektrolytmembran 14 sind die Katalysatorschichten 16, 17 vorgesehen. Die Katalysatorschicht 16 bildet die Anode. Die Katalysatorschicht 17 bildet die Kathode. Diese Katalysatorschichten 16, 17 sind vorzugsweise deckungsgleich übereinanderliegend und mit demselben Format ausgebildet. Beispielsweise ist ein rechteckförmiges Format vorgesehen, alternativ kann auch ein quadratisches Format ausgebildet sein. Der Membranfolienzuschnitt 31 umfasst einen umlaufenden Rand 32, der aus der Elektrolytmembran 14 besteht. Dieser umlaufende Rand 32 erstreckt sich vollständig umlaufend zu den Katalysatorschichten 16, 17. Bevorzugt ist die Breite des Randes 32 entlang jeder Längsseite des Formates der Katalysatorschichten 16, 17 in der Größe gleich ausgebildet. Der Membranfolienzuschnitt 31 ist mit der Katalysatorschicht 16, 17 in dem jeweiligen Ausschnitt 29 der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 angeordnet. Der umlaufende Rand 32 erstreckt sich über die Ausschnitte 29 zwischen der ersten Stützfolie 26 und der zweiten Stützfolie 27 hinaus. Dadurch ist ein Überlappungsbereich 33 zwischen dem umlaufenden Rand 32 und jeder dem umlaufenden Rand 32 zugeordneten Seite der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 ausgebildet. In diesem Überlappungsbereich 33 ist der umlaufende Rand 32 mit der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 fest verbunden. Vorzugsweise ist eine Klebeverbindung vorgesehen. Des Weiteren sind außerhalb des umlaufenden Randes 32 die erste und zweite Stützfolie 26, 27 direkt miteinander fest verbunden, insbesondere verklebt.The first supporting
Die Ausschnitte 29 in der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 sind in der Größe beziehungsweise dem Format gleich wie die flächige Erstreckung der Katalysatorschichten 16, 17. Auch können die Ausschnitte 29 nur geringfügig kleiner als das Format der Katalysatorschichten 16, 17 ausgebildet sein, sodass die Ränder der Katalysatorschichten 16, 17 direkt an die Ränder der Ausschnitte 29 angrenzen.The
In
In einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt werden aufeinanderfolgend und in einem vorbestimmten Abstand zueinander die Ausschnitte 29 eingebracht. Beispielsweise ist eine Laserschneidstation 46 dargestellt. Alternativ kann auch eine Stanzbearbeitungsstation zur Herstellung der Ausschnitte 29 vorgesehen sein. Des Weiteren können alternativ die Klebestation 44 und die Station 46 zum Ausstanzen der Ausschnitte 29 auch in der Reihenfolge vertauscht sein.In a subsequent processing step, the
In einer nachfolgenden Bearbeitungsstation 48 wird eine Membranfolie 49 verarbeitet. Diese Membranfolie 49 wird wiederum bevorzugt auf einer Rolle 50 bereitgestellt. Diese Membranfolie 49 besteht aus der Elektrolytmembran 14, auf welcher beidseitig die Katalysatorschichten 16, 17 in vorbestimmten Abständen und deckungsgleich einander gegenüberliegend aufgebracht sind. Diese Membranfolie 49 wird einem Vakuum-Stanzwalzenpaar zugeführt. Mittels einer Rotationsstanzwalze 51 wird aus der Membranfolie 41 ein Membranfolienzuschnitt 31 ausgestanzt. Dabei erfolgt die Stanzung derart, dass außerhalb der Katalysatorschichten 16, 17 der umlaufende Rand 32 ausgebildet ist. Die sich daraus ergebende ausgestanzte Membranfolie 49 wird zu einer weiteren Rolle 53 aufgewickelt. Die durch die Rotationsstanzwalze 51 ausgestanzten Membranfolienzuschnitte 31 werden an eine gegenläufig dazu angetriebene Vakuum-Stanzgegenwalze 52 übergeben, welche daraufhin passgenau die zur ersten Stützfolie 26 weisende Katalysatorschicht 16, 17 in dem Ausschnitt 29 positioniert und einsetzt. Gleichzeitig stützt sich der umlaufende Rand 32 des Membranfolienzuschnitts 31 auf der ersten Stützfolie 26 an den Ausschnitt 29 angrenzend ab. Aufgrund des Aufbringens der Klebemittelschicht kann ein erstes Anhaften des umlaufenden Randes 32 des Membranfolienzuschnitts 31 auf der ersten Stützfolie 26 gegeben sein.A
Dieser Bearbeitungsstation 48 nachgeschalten ist eine Zuführung der zweiten Stützfolie 27 vorgesehen. Diese zweite Stützfolie 27 wird wiederum von einer Rolle 57 als Bahnmaterial bereitgestellt und abgezogen. Diese zweite Stützfolie 27 ist ebenfalls bevorzugt trägerschichtfrei auf der Rolle 57 bereitgestellt. Die zweite Stützrolle 27 kann einer Klebestation 44 zugeführt werden, sofern die zweite Stützrolle 27 nicht bereits mit einer Klebemittelschicht versehen ist. Darauffolgend werden aufeinanderfolgend die Ausschnitte 29 in die zweite Stützfolie 27 beispielsweise mit der Laser-Schneidstation 46 eingebracht. Anschließend wird über Umlenkrollen 59 die zweite Stützfolie 27 der ersten Stützfolie 26 zugeführt. Die Zuführung der zweiten Stützfolie 27 ist derart angesteuert und ausgerichtet, dass die jeweiligen Ausschnitte 29 in der zweiten Stützfolie 27 zu den nach oben weisenden Katalysatorschichten 16, 17 ausgerichtet sind, sodass diese Katalysatorschichten 16, 17 in dem Ausschnitt 29 der zweiten Stützfolie 27 positioniert werden.Downstream of this
In einer nachfolgenden Station 61 können die Stützfolien 26, 27 und der dazwischen angeordnete Membranfolienzuschnitt 31, insbesondere der umlaufende Rand 32, fest miteinander verbunden werden. Bevorzugt erfolgt in dieser Station 61 eine Wärmeeinwirkung oder eine UV-Vernetzung des Klebemittels, um die erste und zweite Stanzfolie 26, 27 sowie den dazwischen angeordneten Rand 32 des Membranfolienzuschnittes 31 zu verkleben. Dieser fertiggestellte Folienverbund 35 ist beispielsweise fünflagig ausgebildet.In a
Im Anschluss daran kann in einer weiteren Bearbeitungsstation 63 ein Beschneiden der Längsränder der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 erfolgen, sodass diese Membran-Elektroden-Anordnung 25 über deren Länge eine konstante Breite aufweist.Subsequently, in a
Nachfolgend kann in einer Bearbeitungsstation 65 ein Vereinzeln der Membran-Elektroden-Anordnungen 25 erfolgen, die bis zu diesem Zeitpunkt als ein bahnförmiger Mehrschichtfolienverbund ausgebildet sind. Diese einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen 25 können einem Magazin zugeführt oder in weitere nachgeschaltete Bearbeitungsstationen übergeführt werden.Subsequently, in a
In
Der in den
In
In
In einem ersten Schritt sind beidseitig zum Folienverbund 35 Klebemittelauftragsvorrichtungen 76 vorgesehen, durch welche auf die Katalysatorschichten 16, 17, vorzugsweise vollflächig, Klebemittel aufgebracht wird. Darauffolgend kann wiederum beidseitig zum Folienverbund 75 die Bearbeitungsstation 74 mit einem Vakuum-Rotationsstanzwalzenpaar vorgesehen sein. Die Gasdiffusionslagen 18, 19 werden als Bahnware auf einer Rolle 78 bereitgestellt. Die Gasdiffusionslagen 18, 19 werden dem Vakuum-Rotationsstanzwalzenpaar zugeführt, sodass die Gasdiffusionslagen 18, 19 im Format der Katalysatorschichten 16, 17 beziehungsweise Ausschnitte 29 durch die Rotationsstanzwalze 51 zugeschnitten werden. Anschließend wird über die Vakuumwalze 52 ein Zuschnitt der Gasdiffusionslagen 18, 19 auf die Katalysatorschichten 16, 17 aufgebracht und mit dieser verklebt. Dies erfolgt aufeinanderfolgend oder beidseitig durch einander gegenüberliegende Vakuum-Rotationsstanzwalzenpaare. Dadurch wird eine Membran-Elektroden-Anordnung 25 hergestellt, welche siebenlagig beziehungsweise mit sieben Schichten ausgebildet ist. Danach erfolgt über die Bearbeitungsstation 63 durch Querschneiden eine Vereinzelung der Membran-Elektroden-Anordnung 25.In a first step,
Die vorliegend beschriebenen Verfahren weisen den Vorteil auf, dass die Schichten oder Lagen zur Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung 25 alle als Rollenware bereitgestellt werden. Dadurch können eine kontinuierliche Bearbeitung der einzelnen Schichten und das Zusammenführen der Schichten passgenau zueinander für die Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung 25 erfolgen. Insbesondere wird durch dieses Verfahren eine Katalysatorschicht 16, 17 des Membranfolienzuschnittes 31 passgenau zum Ausschnitt 29 der ersten Stützfolie 26 ausgerichtet und positioniert sowie darauffolgend ein Ausschnitt 29 der zweiten Stützfolie 27 passgenau zur zweiten Katalysatorschicht 17, 16 des Membranfolienzuschnittes 31 ausgerichtet und positioniert. Die erste und zweite Stützfolie 21, 22 sind mit deren Ausschnitte 29 deckungsgleich zueinander ausgerichtet.The methods described here have the advantage that the layers or plies for producing the
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