DE102020200058A1 - Fuel cell arrangement with sealing element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung (1) umfassend mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit (3) mit einer ersten Dicke (5) und mindestens eine Bipolarplatte (7) mit einer zweiten Dicke (9),wobei die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit (3) ein Dichtungselement (11) mit einem Überstand (13) aufweist und wobei sich der Überstand (13) über die Membran-Elektroden-Einheit (3) hinaus erstreckt und eine Länge (15) besitzt, die mindestens so groß ist wie die Summe aus der ersten Dicke (5) und der zweiten Dicke (9). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung (1) sowie ein Fahrzeug.The invention relates to a fuel cell arrangement (1) comprising at least one membrane-electrode unit (3) with a first thickness (5) and at least one bipolar plate (7) with a second thickness (9), the at least one membrane-electrode unit (3) has a sealing element (11) with a protrusion (13) and wherein the protrusion (13) extends beyond the membrane-electrode unit (3) and has a length (15) which is at least as great as that Sum of the first thickness (5) and the second thickness (9). The invention also relates to a method for producing a fuel cell arrangement (1) and a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung umfassend mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit mit einer ersten Dicke und mindestens eine Bipolarplatte mit einer zweiten Dicke, wobei die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit ein Dichtungselement aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung sowie ein Fahrzeug.The invention relates to a fuel cell arrangement comprising at least one membrane-electrode unit with a first thickness and at least one bipolar plate with a second thickness, the at least one membrane-electrode unit having a sealing element. The invention also relates to a method for producing a fuel cell arrangement and a vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.A fuel cell is an electrochemical cell that converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent into electrical energy. A fuel cell is therefore an electrochemical energy converter. In known fuel cells, hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in particular are converted into water (H 2 O), electrical energy and heat.

Unter anderem sind Protonenaustauschmembranen (Proton Exchange Membrane = PEM)-Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt.Among other things, proton exchange membranes (PEM) fuel cells are known. Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane that is permeable to protons, i.e. hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is thereby spatially separated from the fuel, in particular hydrogen.

Ferner sind Festoxidbrennstoffzellen, die auch als solid oxide fuel cell (SOFC) bezeichnet werden, bekannt. SOFC-Brennstoffzellen besitzen eine höhere Betriebstemperatur und Abgastemperatur als PEM-Brennstoffzellen und finden insbesondere im stationären Betrieb Anwendung.Solid oxide fuel cells, which are also referred to as solid oxide fuel cells (SOFC), are also known. SOFC fuel cells have a higher operating temperature and exhaust gas temperature than PEM fuel cells and are used in particular in stationary operation.

Brennstoffzellen weisen eine Anode und eine Kathode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert, die zur Kathode gelangen. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zur Kathode.Fuel cells have an anode and a cathode. The fuel is fed to the anode of the fuel cell and is catalytically oxidized to protons, releasing electrons, which then reach the cathode. The released electrons are diverted from the fuel cell and flow to the cathode via an external circuit.

Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: O2 + 4H+ +4e- → 2H2O The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is fed to the cathode of the fuel cell and reacts by absorbing electrons from the external circuit and protons to form water. The resulting water is drained from the fuel cell. The gross response is: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

Durch eine Membran-Elektroden-Einheit, die auch als Membran-ElektrodenAnordnung oder membrane electrode assembly (MEA) bezeichnet wird, können die Membran und die Elektroden, insbesondere die Anode und die Kathode, konstruktiv zusammengefasst sein.The membrane and the electrodes, in particular the anode and the cathode, can be structurally combined by a membrane electrode unit, which is also referred to as a membrane electrode assembly (MEA).

Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel, der auch als Stack bezeichnet wird, angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden. Der Brennstoffzellenstapel kann von einem Gehäuse umgeben sein.A voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell. To increase the voltage, several fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack, which is also referred to as a stack, and electrically connected in series. The fuel cell stack can be surrounded by a housing.

Brennstoffzellenstapel weisen in der Regel Bipolarplatten auf, die auch als Gasverteilerplatten bezeichnet werden können. Sie dienen zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode. Bipolarplatten weisen üblicherweise eine Oberflächenstruktur, beispielsweise kanalartige Strukturen, zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels an die Elektroden auf. Die kanalartigen Strukturen dienen zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers. Zusätzlich können Bipolarplatten Strukturen zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle zur Abführung von Wärme aufweisen.Fuel cell stacks generally have bipolar plates, which can also be referred to as gas distributor plates. They serve to distribute the fuel evenly to the anode and to distribute the oxidizing agent evenly to the cathode. Bipolar plates usually have a surface structure, for example channel-like structures, for distributing the fuel and the oxidizing agent to the electrodes. The channel-like structures serve to drain off the water produced during the reaction. In addition, bipolar plates can have structures for conducting a cooling liquid through the fuel cell in order to dissipate heat.

Neben der Medienführung bezüglich Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser gewährleisten Bipolarplatten einen flächigen elektrischen Kontakt zur Membran. In addition to the media flow with regard to oxygen, hydrogen and water, bipolar plates ensure a flat electrical contact with the membrane.

Die einzelnen Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels sind üblicherweise mit Dichtungen gegeneinander abgedichtet. Brennstoffzellenstapel können mehrere hundert Brennstoffzellen und eine entsprechende Anzahl an Dichtungen umfassen.The individual fuel cells of a fuel cell stack are usually sealed against one another with seals. Fuel cell stacks can include several hundred fuel cells and a corresponding number of seals.

Brennstoffzellenfahrzeuge werde derzeit in eher moderater Stückzahl hergestellt, so dass für den Zusammenbau und die Konzepte bezüglich einer Gewährleistung der Dichtheit von Brennstoffzellenstapeln noch keine Massenproduktion etabliert ist.Fuel cell vehicles are currently being produced in rather moderate numbers, so that no mass production has yet been established for the assembly and the concepts for ensuring the tightness of fuel cell stacks.

Zumeist werden an die Bipolarplatten angebrachte Elastomerdichtungen verwendet, die im Zusammenbau verpresst werden. Die Aufbringung von Elastomerdichtungen oder auch das Dispensen von Silikondichtraupen ist zeitaufwändig und für eine Massenproduktion eher ungeeignet.Mostly, elastomer seals attached to the bipolar plates are used, which are pressed during assembly. The application of elastomer seals or the dispensing of silicone sealing beads is time-consuming and rather unsuitable for mass production.

Weiterhin können die einzelnen Zellen des Brennstoffzellenstapels aufeinander verklebt werden, wodurch jedoch eine Trennung der einzelnen Zellen nach dem Verkleben und damit ein Recycling sehr aufwändig ist.Furthermore, the individual cells of the fuel cell stack can be glued to one another, which means, however, that separation of the individual cells after gluing and thus recycling is very complex.

DE 101 51 380 B4 offenbart ein Verfahren zum Befestigen einer Dichtung in einer Brennstoffzelle. Die Dichtung ist dabei rahmenförmig ausgebildet und wird zwischen einem Membran-Elektroden-Aufbau und einer Separatorplatte angeordnet. DE 101 51 380 B4 discloses a method of securing a gasket in a Fuel cell. The seal is designed in the form of a frame and is arranged between a membrane-electrode structure and a separator plate.

DE 10 2018 107 985 A1 offenbart eine Dichtung, welche zwischen zwei Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels angeordnet ist. DE 10 2018 107 985 A1 discloses a seal which is arranged between two fuel cells of a fuel cell stack.

Auch DE 101 60 905 B4 offenbart eine Dichtungsanordnung für Brennstoffzellen. Dabei ist ein Dichtelement vorgesehen, das aus einem Polymer besteht und einen Brennstoffzellenverbund in Form eines umlaufenden Dichtbandes umschließt.Also DE 101 60 905 B4 discloses a seal assembly for fuel cells. A sealing element is provided which consists of a polymer and encloses a fuel cell assembly in the form of a circumferential sealing band.

DE 101 58 771 C2 betrifft ein Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstack aufweist, der zwischen zwei Endplatten angeordnet ist. Die Endplatten weisen jeweils einen Endplattenrundkörper auf, der auf einer dem Brennstoffzellenstack zugewandten Seite Dichtungen aufweist. DE 101 58 771 C2 relates to a fuel cell system which has a fuel cell stack which is arranged between two end plates. The end plates each have a round end plate body which has seals on a side facing the fuel cell stack.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird eine Brennstoffzellenanordnung vorgeschlagen, umfassend mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit mit einer ersten Dicke und mindestens eine Bipolarplatte mit einer zweiten Dicke, wobei die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit ein Dichtungselement mit einem Überstand aufweist und wobei sich der Überstand über die Membran-Elektroden-Einheit hinaus erstreckt und eine Länge besitzt, die mindestens so groß ist wie die Summe aus der ersten Dicke und der zweiten Dicke.A fuel cell arrangement is proposed, comprising at least one membrane-electrode unit with a first thickness and at least one bipolar plate with a second thickness, the at least one membrane-electrode unit having a sealing element with a protrusion and the protrusion extending over the membrane -Electrode unit extends out and has a length which is at least as large as the sum of the first thickness and the second thickness.

Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung vorgeschlagen, umfassend die folgenden Schritte:

  1. a) abwechselndes Anordnen von mindestens einer Membran-Elektroden-Einheit mit einer ersten Dicke und mindestens einer Bipolarplatte mit einer zweiten Dicke, so dass ein Brennstoffzellenstapel gebildet wird, wobei die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheiten ein Dichtungselement mit einem Überstand aufweist und wobei der Überstand aus einem thermoplastischen Polymermaterial aufgebaut ist, sich über die Membran-Elektroden-Einheit hinaus erstreckt und eine Länge besitzt, die mindestens so groß ist wie die Summe aus der ersten Dicke und der zweiten Dicke,
  2. b) Pressen des Brennstoffzellenstapels,
  3. c) Erwärmen des Überstands und
  4. d) Klappen des Überstands gegen eine erste Stirnseite, die Teil der mindestens einen Membran-Elektroden-Einheit ist, und eine zweite Stirnseite, die Teil der mindestens einen Bipolarplatte ist, so dass eine stoffschlüssige und gegebenenfalls formschlüssige Verbindung zwischen dem Überstand, der mindestens einen Membran-Elektroden-Einheit und der mindestens einen Bipolarplatte gebildet wird.
A method for producing a fuel cell arrangement is also proposed, comprising the following steps:
  1. a) alternating arrangement of at least one membrane-electrode unit with a first thickness and at least one bipolar plate with a second thickness, so that a fuel cell stack is formed, wherein the at least one membrane-electrode unit has a sealing element with a protrusion and wherein the The protrusion is constructed from a thermoplastic polymer material, extends beyond the membrane-electrode unit and has a length which is at least as great as the sum of the first thickness and the second thickness,
  2. b) pressing the fuel cell stack,
  3. c) heating the supernatant and
  4. d) Folding the protrusion against a first end face, which is part of the at least one membrane-electrode unit, and a second end face, which is part of the at least one bipolar plate, so that a cohesive and possibly form-fitting connection between the protrusion, the at least one Membrane-electrode unit and the at least one bipolar plate is formed.

Bevorzugt ist der Überstand, insbesondere das Dichtungselement, aus einem thermoplastischen Polymermaterial aufgebaut. Der Überstand, der auch als Lasche bezeichnet werden kann, besteht bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus dem thermoplastischen Polymermaterial. Weiter bevorzugt besteht der Überstand aus dem thermoplastischen Polymermaterial. Durch das thermoplastische Polymermaterial ist ein Umformen und/oder Verschweißen möglich.The protrusion, in particular the sealing element, is preferably made up of a thermoplastic polymer material. The protrusion, which can also be referred to as a tab, preferably consists of at least 80% by weight of the thermoplastic polymer material. More preferably, the protrusion consists of the thermoplastic polymer material. The thermoplastic polymer material enables reshaping and / or welding.

Weiter bevorzugt ist das thermoplastische Polymermaterial ein thermoplastisches Elastomermaterial. Das thermoplastische Elastomermaterial gewährleistet insbesondere eine Dichtwirkung über einen längeren Zeitraum. Bevorzugt besteht der Überstand zu mindestens 80 Gew.-% aus dem thermoplastischen Elastomermaterial. Auch das gesamte Dichtungselement kann zu 80 Gew.-% aus dem thermoplastischen Polymermaterial, insbesondere aus dem thermoplastischen Elastomermaterial aufgebaut sein.The thermoplastic polymer material is more preferably a thermoplastic elastomer material. The thermoplastic elastomer material ensures, in particular, a sealing effect over a longer period of time. The protrusion preferably consists of at least 80% by weight of the thermoplastic elastomer material. The entire sealing element can also be made up of 80% by weight of the thermoplastic polymer material, in particular of the thermoplastic elastomer material.

Das Dichtungselement, insbesondere der Überstand, kann auch zwei Komponenten umfassen, so dass ein Anteil des thermoplastischen Polymermaterials zum Beispiel im Bereich von Biegestellen oder ein Anteil des thermoplastischen Elastomermaterials zum Beispiel im Bereich von Dichtstellen angepasst werden kann.The sealing element, in particular the protrusion, can also comprise two components, so that a proportion of the thermoplastic polymer material, for example in the area of bending points, or a proportion of the thermoplastic elastomer material, for example, in the area of sealing points can be adapted.

Bevorzugt weist die Brennstoffzellenanordnung mindestens zwei Bipolarplatten auf, wobei die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit zwischen den mindestens zwei Bipolarplatten angeordnet ist.The fuel cell arrangement preferably has at least two bipolar plates, the at least one membrane-electrode unit being arranged between the at least two bipolar plates.

Bevorzugt ist der Überstand klappbar und kann weiter bevorzugt in einem Winkel von mindestens 75°, insbesondere mindestens 85°, zum Beispiel 90° zu der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet werden, insbesondere zu einer Oberfläche der Membran-Elektroden-Einheit, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Stirnfläche und einer Stapelrichtung der Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist. Weiter bevorzugt weist der Überstand eine Falznut auf. Die Falznut dient insbesondere einer definierten Biegung und Formgebung und der Gewährleistung der Abdichtung der nachfolgenden Platte.The protrusion is preferably foldable and can more preferably be arranged at an angle of at least 75 °, in particular at least 85 °, for example 90 ° to the membrane-electrode unit, in particular to a surface of the membrane-electrode unit that is essentially is arranged at right angles to the first end face and a stacking direction of the fuel cell arrangement. The protrusion further preferably has a rebate groove. The rebate groove is used in particular for a defined bending and shaping and for ensuring the sealing of the subsequent panel.

Das Dichtungselement ragt mit dem Überstand über die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit und über die mindestens eine Bipolarplatte hinaus. Ist der Brennstoffzellenstapel mit der mindestens einen Membran-Elektroden-Einheit und der mindestens einen Bipolarplatte angeordnet, so kann der Überstand von der mindestens einen Membran-Elektroden-Einheit zur benachbarten Bipolarplatte geklappt werden, dass auch als gefaltet, gefalzt oder gebogen bezeichnet werden kann.The overhang of the sealing element protrudes over the at least one membrane-electrode unit and over the at least one bipolar plate. Is the fuel cell stack with the at least one membrane-electrode unit and the at least one bipolar plate is arranged, the protrusion from the at least one membrane-electrode unit to the adjacent bipolar plate can be folded, which can also be referred to as folded, folded or bent.

Bevorzugt ist die Länge des Überstand ausreichend, so dass nach dem Klappen der Überstand ein weiteres Dichtungselement, insbesondere einen weiteren Überstand einer der benachbarten Bipolarplatte folgenden Membran-Elektroden-Einheit berührt. Die Länge ist insbesondere so lang, dass ein Umlegen und/oder Anlegen des Überstands an das nachfolgende Dichtungselement oder an eine Endplatte erfolgen kann. Als Länge des Überstands wird im Rahmen der Erfindung insbesondere die Länge bezeichnet, die der Überstand vor dem Erwärmen aufweist.The length of the protrusion is preferably sufficient so that, after folding, the protrusion touches a further sealing element, in particular a further protrusion of a membrane-electrode unit following the adjacent bipolar plate. In particular, the length is so long that the protrusion can be folded over and / or placed on the subsequent sealing element or on an end plate. In the context of the invention, the length of the protrusion is in particular the length that the protrusion has before it is heated.

Der Überstand kann auch zwei Teile aufweisen, wobei ein erster Teil des Überstands und ein zweiter Teil des Überstands in unterschiedliche Richtung geklappt werden können, insbesondere in Richtung zweier verschiedener benachbarter Bipolarplatten.The protrusion can also have two parts, wherein a first part of the protrusion and a second part of the protrusion can be folded in different directions, in particular in the direction of two different adjacent bipolar plates.

Die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit kann eine Randverstärkung umfassen. Das Dichtungselement, insbesondere der Überstand, ist bevorzugt an der Randverstärkung angeordnet, wobei das Dichtungselement, insbesondere der Überstand, weiter bevorzugt an die Randverstärkung angespritzt oder angeformt ist. Die Randverstärkung kann das thermoplastische Elastomermaterial umfassen oder aus dem thermoplastischen Elastomermaterial bestehen. Die Randverstärkung umfasst zum Beispiel eine Polyethylennaphthalat (PEN)-Folie, insbesondere eine hochdichte PEN-Folie.The at least one membrane-electrode unit can comprise an edge reinforcement. The sealing element, in particular the protrusion, is preferably arranged on the edge reinforcement, the sealing element, in particular the protrusion, more preferably being injection-molded or molded onto the edge reinforcement. The edge reinforcement can comprise the thermoplastic elastomer material or consist of the thermoplastic elastomer material. The edge reinforcement comprises, for example, a polyethylene naphthalate (PEN) film, in particular a high-density PEN film.

Die Brennstoffzellenanordnung kann ferner Endplatten umfassen, die üblicherweise dem Verpressen des Brennstoffzellenstapels sowie der Stabilität dienen. Die Endplatten fungieren darüber hinaus als Pluspol beziehungsweise als Minuspol des Brennstoffzellenstapels zum Ableiten des Stroms.The fuel cell arrangement can furthermore comprise end plates, which are usually used for pressing the fuel cell stack and for stability. The end plates also function as a positive pole or a negative pole of the fuel cell stack to divert the current.

Bevorzugt weist die Brennstoffzellenanordnung mindestens eine, bevorzugt mehr als eine, Zuführdichtung auf, durch die Fluide der Brennstoffzellenanordnung zugeführt beziehungsweise von der Brennstoffzellenanordnung abgeführt werden können. Die mindestens eine Zuführdichtung kann über einen Dispensprozess mit zum Beispiel Silikon ausgeführt werden. Der Dispensprozess kann insbesondere zusätzlich ausgeführt werden. Weiter bevorzugt weist die Brennstoffzellenanordnung mindestens eine Zuführdichtung auf, die aus dem thermoplastischen Elastomermaterial aufgebaut ist. Die mindestens eine Zuführdichtung besteht bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus dem thermoplastischen Elastomermaterial. Ferner ist die mindestens eine Zuführdichtung entsprechend dem Überstand verarbeitbar.The fuel cell arrangement preferably has at least one, preferably more than one, feed seal, through which fluids can be fed to the fuel cell arrangement or removed from the fuel cell arrangement. The at least one feed seal can be implemented with, for example, silicone via a dispensing process. The dispensing process can in particular also be carried out. The fuel cell arrangement further preferably has at least one feed seal which is constructed from the thermoplastic elastomer material. The at least one feed seal preferably consists of at least 80% by weight of the thermoplastic elastomer material. Furthermore, the at least one feed seal can be processed in accordance with the protrusion.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Erwärmen in Schritt c) bevorzugt nach dem Pressen in Schritt b). Ferner erfolgt das Pressen in Schritt b) bevorzugt mit einem Stempel, insbesondere einem hydraulischen Stempel. Der Brennstoffzellenstapel wird bevorzugt gepresst bis vorbestimmte Regelparameter erreicht sind. Zur Regelung kann während des Pressens die ausgeübte Presskraft gemessen werden, die Dichtheit des Brennstoffzellenstapels insbesondere mittels Helium überprüft werden und/oder der elektrische Widerstand bestimmt werden. Geeignete Regelparameter bezüglich der Dauer des Pressens in Schritt b) sind zum Beispiel eine minimale Presskraft, die Dichtheit und/oder der elektrische Widerstand.In the method according to the invention, the heating in step c) takes place preferably after the pressing in step b). Furthermore, the pressing in step b) is preferably carried out with a punch, in particular a hydraulic punch. The fuel cell stack is preferably pressed until predetermined control parameters are reached. For control purposes, the pressing force exerted during pressing can be measured, the tightness of the fuel cell stack can be checked, in particular by means of helium, and / or the electrical resistance can be determined. Suitable control parameters with regard to the duration of the pressing in step b) are, for example, a minimum pressing force, the tightness and / or the electrical resistance.

Bevorzugt wird das thermoplastische Polymermaterial beim Erwärmen in Schritt c) zumindest teilweise geschmolzen oder angeschmolzen, insbesondere um das Umformen realisieren zu können. Ferner wird insbesondere zur Haftung auf der nachfolgenden Geometrie ein Reibschweißprozesses ausgeführt.The thermoplastic polymer material is preferably at least partially melted or partially melted when heated in step c), in particular in order to be able to carry out the reshaping. Furthermore, a friction welding process is carried out in particular for adhesion to the subsequent geometry.

Insbesondere nach dem Pressen in Schritt b) erfolgt bevorzugt eine Fixierung und Abdichtung der einzelnen Zellen des Brennstoffzellenstapels. Hierzu erfolgt durch das Erwärmen in Schritt c) bevorzugt ein thermisches Aufschmelzen des Überstands und das Klappen des Überstands um einen Winkel von insbesondere 90°, bevorzugt an eine benachbarte Bipolarplatte, weiter bevorzugt über die benachbarte Bipolarplatte hinaus, insbesondere bis hin zu einem nachfolgenden Dichtungselement.In particular after the pressing in step b), the individual cells of the fuel cell stack are preferably fixed and sealed. For this purpose, the heating in step c) preferably results in a thermal melting of the protrusion and the folding of the protrusion by an angle of in particular 90 °, preferably to an adjacent bipolar plate, more preferably beyond the adjacent bipolar plate, in particular to a subsequent sealing element.

Die erste Stirnseite, die Teil der mindestens einen Membran-Elektroden-Einheit ist, und die zweite Stirnseite, die Teil der mindestens einen Bipolarplatte ist, sind bevorzugt im Wesentlichen parallel zu der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels ausgerichtet. Die erste Stirnseite liegt bevorzugt mit der zweiten Stirnseite, in einer Ebene, insbesondere benachbart.The first end face, which is part of the at least one membrane electrode unit, and the second end face, which is part of the at least one bipolar plate, are preferably aligned essentially parallel to the stacking direction of the fuel cell stack. The first end face is preferably in one plane, in particular adjacent to the second end face.

Durch die stoffschlüssige und gegebenenfalls formschlüssige Verbindung, die mittels des Überstands hergestellt wird, sind die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit und die mindestens eine Bipolarplatte aneinander fixiert und zueinander abgedichtet.The at least one membrane-electrode unit and the at least one bipolar plate are fixed to one another and sealed from one another by the material-locking and, if appropriate, form-locking connection that is produced by means of the protrusion.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug umfassend die Brennstoffzellenanordnung oder eine Brennstoffzellenanordnung, die erfindungsgemäß hergestellt wurde.The invention also relates to a vehicle comprising the fuel cell arrangement or a fuel cell arrangement which was produced according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die Verbindung und gleichzeitige Abdichtung der Komponenten, insbesondere der Bipolarplatten und der Membran-Elektroden-Einheiten, der Brennstoffzellenanordnung mittels des Überstands des Dichtungselements wird ein für eine Großserie geeigneter Prozess möglich.The connection and simultaneous sealing of the components, in particular the bipolar plates and the membrane-electrode units, of the fuel cell arrangement by means of the protrusion of the sealing element enables a process that is suitable for large-scale production.

Gleichzeitig kann bei der Herstellung die Anpresskraft für jede Lage, also jede Membran-Elektroden-Einheit und/oder Bipolarplatte, zum Beispiel durch Messung des Widerstands oder Druckprüfung zur Sicherstellung der Dichtheit, individuell geprüft und angepasst werden.At the same time, the contact pressure for each layer, i.e. each membrane-electrode unit and / or bipolar plate, can be individually checked and adjusted during manufacture, for example by measuring the resistance or pressure test to ensure tightness.

Durch das erfindungsgemäße Dichtungselement kann die Effizienz des Herstellungsverfahrens für Brennstoffzellenanordnungen gesteigert werden und Fehler können durch eine direkte Prozesskontrolle und gegebenenfalls eine Dichtheitsprüfung der einzelnen Lagen vermieden werden. Auch eine direkte Kontrolle der elektrischen Leitfähigkeit und der Fixierung der Lagen in entsprechender Position ist möglich, so dass Herstellfehler vermieden werden können.The sealing element according to the invention can increase the efficiency of the manufacturing process for fuel cell assemblies and errors can be avoided through direct process control and, if necessary, a leak test of the individual layers. A direct control of the electrical conductivity and the fixing of the layers in the appropriate position is also possible, so that manufacturing errors can be avoided.

Da die durch den Überstand hergestellte stoffschlüssige und gegebenenfalls formschlüssige Verbindung thermisch wieder gelöst werden kann, wird die Recyclingfähigkeit der hergestellten Brennstoffzellenanordnung verbessert.Since the cohesive and possibly form-fitting connection produced by the protrusion can be thermally released again, the recyclability of the fuel cell arrangement produced is improved.

Darüber hinaus ist die Verwendung von thermoplastischen Elastomeren im grenzlagigen Temperaturbereich möglich, da kritische Dichtstellen nach außen nicht durch eine Verpressung des Materials sondern durch ein Verschweißen hergestellt werden.In addition, the use of thermoplastic elastomers in the borderline temperature range is possible, since critical sealing points to the outside are not produced by pressing the material but by welding.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung,
  • 2 eine Schnittansicht einer Membran-Elektroden-Einheit,
  • 3 eine Schnittansicht einer Bipolarplatte und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell arrangement,
  • 2 a sectional view of a membrane electrode unit,
  • 3 a sectional view of a bipolar plate and
  • 4th a schematic representation of a method for producing a fuel cell assembly.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung 1 in Form eines Brennstoffzellenstapels 23 mit mehreren Brennstoffzellen 31. Jede Brennstoffzelle 31 weist eine Membran 33, zwei Gasdiffusionslagen 35, eine Anode 37 und eine Kathode 39 auf. Die einzelnen Brennstoffzellen 31 sind durch Bipolarplatten 7, die eine Kühlplatte 41 umfassen können, voneinander abgegrenzt. Der Brennstoffzellenstapel 23, dem Wasserstoff 47 und Sauerstoff 45 in Form von Luft sowie ein Kühlmittel 43 zugeführt werden, wird durch zwei Endplatten 49 abgeschlossen und weist Stromsammler 51 auf. 1 shows a schematic representation of a fuel cell arrangement 1 in the form of a fuel cell stack 23 with several fuel cells 31 . Every fuel cell 31 has a membrane 33 , two gas diffusion layers 35 , an anode 37 and a cathode 39 on. The individual fuel cells 31 are by bipolar plates 7th who have favourited a cold plate 41 may include, delimited from one another. The fuel cell stack 23 , the hydrogen 47 and oxygen 45 in the form of air as well as a coolant 43 is fed through two end plates 49 completed and instructs current collectors 51 on.

2 zeigt eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Membran-Elektroden-Einheit 3 umfassend eine Membran-Elektroden-Lage 52 und eine Randverstärkung 21, in der die Membran-Elektroden-Lage 52 angeordnet ist. Die Randverstärkung 21 weist eine Aussparung 54 für Versorgungskanäle auf. 2 shows a sectional view of a detail of a membrane electrode unit 3 comprising a membrane electrode sheet 52 and an edge reinforcement 21 in which the membrane-electrode location 52 is arranged. The edge reinforcement 21 has a recess 54 for supply channels.

Die Randverstärkung 21 der Membran-Elektroden-Einheit 3 umfasst ein Dichtungselement 11. Das Dichtungselement 11 umfasst einen Überstand 13 aus einem thermoplastischen Polymermaterial 17. Der Überstand 13 besitzt eine Länge 15 und weist eine Falznut 56 auf. Die Falznut 56 ist so angeordnet, dass beim Falzen eine Berührung zwischen einer, insbesondere benachbarten, Bipolarplatte 7 (in 2 nicht dargestellt) und dem Dichtungselement 11 erfolgt.The edge reinforcement 21 the membrane-electrode assembly 3 comprises a sealing element 11 . The sealing element 11 includes a supernatant 13th made of a thermoplastic polymer material 17th . The supernatant 13th has a length 15th and has a rebate groove 56 on. The rebate groove 56 is arranged so that when folding there is contact between one, in particular adjacent, bipolar plate 7th (in 2 not shown) and the sealing element 11 he follows.

Ferner weist die Membran-Elektroden-Einheit 3 eine erste Dicke 5 auf. Der Überstand 13 ist durch Klappen, Knicken oder Falten beweglich an der Membran-Elektroden-Einheit 3 angeordnet.Furthermore, the membrane electrode unit 3 a first thickness 5 on. The supernatant 13th can be moved by folding, kinking or folding the membrane-electrode unit 3 arranged.

3 zeigt eine Bipolarplatte 7, der Wasserstoff 47, Sauerstoff 45 in Form von Luft und ein Kühlmittel 43 zugeführt werden können. Die Bipolarplatte 7 weist eine zweite Dicke 9 auf. 3 shows a bipolar plate 7th , the hydrogen 47 , Oxygen 45 in the form of air and a coolant 43 can be fed. The bipolar plate 7th has a second thickness 9 on.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung 1 in Form eines Brennstoffzellenstapels 23. Membran-Elektroden-Einheiten 3 und Bipolarplatten 7 werden alternierend, also abwechslend, übereinander angeordnet und mit einem Stempel 58 verpresst. 4th shows a schematic representation of a method for producing a fuel cell arrangement 1 in the form of a fuel cell stack 23 . Membrane electrode assemblies 3 and bipolar plates 7th are arranged alternately, i.e. alternately, one on top of the other and with a stamp 58 pressed.

Die Membran-Elektroden-Einheiten 3 weisen jeweils ein Dichtungselement 11 mit einem Überstand 13 aus einem thermoplastischen Polymermaterial 17 auf. Der Überstand 13 besitzt eine Länge 15, die größer ist als die Summe aus einer ersten Dicke 5 der jeweiligen Membran-Elektroden-Einheit 3 und einer zweiten Dicke 9 der jeweiligen Bipolarplatte 7.The membrane-electrode units 3 each have a sealing element 11 with a supernatant 13th made of a thermoplastic polymer material 17th on. The supernatant 13th has a length 15th that is greater than the sum of a first thickness 5 of the respective membrane-electrode unit 3 and a second thickness 9 of the respective bipolar plate 7th .

Die Überstände 13 werden durch Zuführung von Wärme 60 zumindest teilweise aufgeschmolzen beziehungsweise angeschmolzen und um einen Winkel 19 von ca. 90° gegen jeweils eine erste Stirnseite 25, die Teil einer Membran-Elektroden-Einheit 3 ist, und eine zweite Stirnseite 27, die Teil einer Bipolarplatte 7 ist, geklappt, so dass eine stoffschlüssige Verbindung 29 entsteht, die gegebenenfalls auch formschlüssig ist und den Brennstoffzellenstapel 23 fixiert und abdichtet.The overhangs 13th are made by adding heat 60 at least partially melted or partially melted and at an angle 19th of approx. 90 ° against a first face in each case 25th who have favourited part of a membrane-electrode assembly 3 is, and a second end face 27 who have favourited part of a bipolar plate 7th is folded, so that a material connection 29 arises, which is optionally also form-fitting and the fuel cell stack 23 fixed and sealed.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the range specified by the claims, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 10151380 B4 [0015]DE 10151380 B4 [0015]
  • DE 102018107985 A1 [0016]DE 102018107985 A1 [0016]
  • DE 10160905 B4 [0017]DE 10160905 B4 [0017]
  • DE 10158771 C2 [0018]DE 10158771 C2 [0018]

Claims (10)

Brennstoffzellenanordnung (1) umfassend mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit (3) mit einer ersten Dicke (5) und mindestens eine Bipolarplatte (7) mit einer zweiten Dicke (9), wobei die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit (3) ein Dichtungselement (11) mit einem Überstand (13) aufweist und wobei sich der Überstand (13) über die Membran-Elektroden-Einheit (3) hinaus erstreckt und eine Länge (15) besitzt, die mindestens so groß ist wie die Summe aus der ersten Dicke (5) und der zweiten Dicke (9).Fuel cell arrangement (1) comprising at least one membrane-electrode unit (3) with a first thickness (5) and at least one bipolar plate (7) with a second thickness (9), wherein the at least one membrane-electrode unit (3) has a sealing element (11) with a protrusion (13) and wherein the protrusion (13) extends beyond the membrane-electrode unit (3) and has a length (15) which is at least as great as the sum of the first thickness (5) and the second thickness (9). Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstand (13), insbesondere das Dichtungselement (11), aus einem thermoplastischen Polymermaterial (17) aufgebaut ist.Fuel cell assembly (1) according to Claim 1 , characterized in that the protrusion (13), in particular the sealing element (11), is made up of a thermoplastic polymer material (17). Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymermaterial (17) ein thermoplastisches Elastomermaterial ist.Fuel cell arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic polymer material (17) is a thermoplastic elastomer material. Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) mindestens eine Zuführdichtung aufweist, die aus dem thermoplastischen Elastomermaterial aufgebaut ist.Fuel cell arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell arrangement (1) has at least one feed seal which is constructed from the thermoplastic elastomer material. Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstand (13) klappbar ist und in einem Winkel (19) von mindestens 75° zu der Membran-Elektroden-Einheit (3) angeordnet werden kann.Fuel cell arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protrusion (13) is foldable and can be arranged at an angle (19) of at least 75 ° to the membrane-electrode unit (3). Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit (3) eine Randverstärkung (21) umfasst und das Dichtungselement (11), insbesondere der Überstand (13), an der Randverstärkung (21) angeordnet ist.Fuel cell arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one membrane-electrode unit (3) comprises an edge reinforcement (21) and the sealing element (11), in particular the protrusion (13), on the edge reinforcement (21) ) is arranged. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung (1), umfassend die folgenden Schritte: a) abwechselndes Anordnen von mindestens einer Membran-Elektroden-Einheit (3) mit einer ersten Dicke (5) und mindestens einer Bipolarplatte (7) mit einer zweiten Dicke (9), so dass ein Brennstoffzellenstapel (23) gebildet wird, wobei die mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit (3) ein Dichtungselement (11) mit einem Überstand (13) aufweist und wobei der Überstand (13) aus einem thermoplastischen Polymermaterial (17) aufgebaut ist, sich über die Membran-Elektroden-Einheit (3) hinaus erstreckt und eine Länge (15) besitzt, die mindestens so groß ist wie die Summe aus der ersten Dicke (5) und der zweiten Dicke (9), b) Pressen des Brennstoffzellenstapels (23), c) Erwärmen des Überstands (13) und d) Klappen des Überstands (13) gegen eine erste Stirnseite (25), die Teil der mindestens einen Membran-Elektroden-Einheit (3) ist, und eine zweite Stirnseite (27), die Teil der mindestens einen Bipolarplatte (7) ist, so dass eine stoffschlüssige und gegebenenfalls formschlüssige Verbindung (29) zwischen dem Überstand (13), der mindestens einen Membran-Elektroden-Einheit (3) und der mindestens einen Bipolarplatte (7) gebildet wird.A method for producing a fuel cell assembly (1), comprising the following steps: a) alternating arrangement of at least one membrane electrode unit (3) with a first thickness (5) and at least one bipolar plate (7) with a second thickness (9) so that a fuel cell stack (23) is formed, wherein the at least one membrane-electrode unit (3) has a sealing element (11) with a protrusion (13) and wherein the protrusion (13) is made up of a thermoplastic polymer material (17), extends over the membrane-electrode unit ( 3) extends out and has a length (15) which is at least as great as the sum of the first thickness (5) and the second thickness (9), b) pressing the fuel cell stack (23), c) heating the supernatant (13) and d) folding the protrusion (13) against a first end face (25), which is part of the at least one membrane-electrode unit (3), and a second end face (27), which is part of the at least one bipolar plate (7), so that a cohesive and possibly form-fitting connection (29) is formed between the protrusion (13), the at least one membrane-electrode unit (3) and the at least one bipolar plate (7). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymermaterial (17) beim Erwärmen in Schritt c) zumindest teilweise geschmolzen wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the thermoplastic polymer material (17) is at least partially melted when heated in step c). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Reibschweißprozess umfasst.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the method comprises a friction welding process. Fahrzeug umfassend eine Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eine Brennstoffzellenanordnung (1) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9.Vehicle comprising a fuel cell arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 6th or a fuel cell arrangement (1) produced by a method according to one of the Claims 7 to 9 .
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10158771C2 (en) 2001-11-23 2003-09-18 Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg The fuel cell system
DE10160905B4 (en) 2001-12-12 2007-07-19 Carl Freudenberg Kg Sealing arrangement for fuel cells, method for producing and using such a sealing arrangement
DE10151380B4 (en) 2000-10-18 2009-04-09 Honda Giken Kogyo K.K. Method for attaching gaskets for a fuel cell
DE102018107985A1 (en) 2017-04-13 2018-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha SEAL AND FUEL CELL STACK THAT CONTAINS THE SEAL

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10151380B4 (en) 2000-10-18 2009-04-09 Honda Giken Kogyo K.K. Method for attaching gaskets for a fuel cell
DE10158771C2 (en) 2001-11-23 2003-09-18 Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg The fuel cell system
DE10160905B4 (en) 2001-12-12 2007-07-19 Carl Freudenberg Kg Sealing arrangement for fuel cells, method for producing and using such a sealing arrangement
DE102018107985A1 (en) 2017-04-13 2018-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha SEAL AND FUEL CELL STACK THAT CONTAINS THE SEAL

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