DE102021105029A1 - Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device - Google Patents
Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021105029A1 DE102021105029A1 DE102021105029.4A DE102021105029A DE102021105029A1 DE 102021105029 A1 DE102021105029 A1 DE 102021105029A1 DE 102021105029 A DE102021105029 A DE 102021105029A DE 102021105029 A1 DE102021105029 A1 DE 102021105029A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrochemical unit
- electrode
- electrochemical
- bipolar plate
- gas diffusion
- 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
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
- H01M8/0276—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
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
Abstract
Um eine elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, umfassend eine Membran, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste Gasdiffusionslage, eine zweite Gasdiffusionslage, eine Bipolarplatte und eine Dichtung, welche mindestens ein Dichtungselement umfasst, das an die Membran, an die erste Elektrode, an die zweite Elektrode, an ein Subgasket und/oder an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und/oder an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, zu schaffen, welche mit einer geringeren Anzahl von Prozessschritten und vorzugsweise auch mit einfacheren und dadurch kostengünstigeren Einzelprozessen herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass die zweite Elektrode und die zweite Gasdiffusionslage einen elektrochemisch aktiven Verbund bilden, in dem die zweite Elektrode als eine auf die zweite Gasdiffusionslage applizierte Beschichtung ausgebildet ist.An electrochemical unit for an electrochemical device, comprising a membrane, a first electrode, a second electrode, a first gas diffusion layer, a second gas diffusion layer, a bipolar plate and a seal, which comprises at least one sealing element which is attached to the membrane, to the first electrode , is connected to the second electrode, to a subgasket and/or to the bipolar plate of the electrochemical unit and/or to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit, which with a smaller number of process steps and preferably also with simpler ones and thus more cost-effective individual processes can be produced, it is proposed that the second electrode and the second gas diffusion layer form an electrochemically active composite, in which the second electrode is formed as a coating applied to the second gas diffusion layer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Membran, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste Gasdiffusionslage, eine zweite Gasdiffusionslage, eine Bipolarplatte und eine Dichtung, welche mindestens ein Dichtungselement umfasst, das an die Membran, an die erste Elektrode, an die zweite Elektrode, an ein Subgasket und/oder an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und/oder an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, umfasst.The present invention relates to an electrochemical unit for an electrochemical device comprising a membrane, a first electrode, a second electrode, a first gas diffusion layer, a second gas diffusion layer, a bipolar plate and a seal, which comprises at least one sealing element which is attached to the membrane the first electrode is connected to the second electrode, to a subgasket and/or to the bipolar plate of the electrochemical unit and/or to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten elektrochemischen Einheiten dieser Art werden die erste Elektrode und die zweite Elektrode an der Membran ausgebildet, und die aus diesen drei Elementen gebildete Einheit (CCM für „Catalyst Coated Membrane“) wird zwischen die erste Gasdiffusionslage und die zweite Gasdiffusionslage eingelegt. Die Dichtung der elektrochemischen Einheit kann dabei an die erste Gasdiffusionslage und/oder an die zweite Gasdiffusionslage angespritzt sein.In electrochemical units of this type known from the prior art, the first electrode and the second electrode are formed on the membrane, and the unit formed from these three elements (CCM for "Catalyst Coated Membrane") is placed between the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer inserted. The seal of the electrochemical unit can be injection molded onto the first gas diffusion layer and/or onto the second gas diffusion layer.
Die Gesamtheit aus der Membran, der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode, der ersten Gasdiffusionslage und der zweiten Gasdiffusionslage wird zusammen als Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) bezeichnet.The entirety of the membrane, the first electrode, the second electrode, the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is collectively referred to as a membrane-electrode assembly (MEA).
Beim Stand der Technik muss diese MEA aus drei Bauteilen, nämlich aus der mit den beiden Elektroden versehenen Membran (CCM) und den beiden Gasdiffusionslagen, assembliert werden, wodurch sich mehrere Bauteiltoleranzen und Assembliertoleranzen aufsummieren. Die Handhabung dieser drei biegeweichen und empfindlichen Bauteile ist sehr anspruchsvoll. Die an den Gasdiffusionslagen angeordneten Dichtungselemente weisen Verzüge auf.In the prior art, this MEA must be assembled from three components, namely the membrane (CCM) provided with the two electrodes and the two gas diffusion layers, which means that a number of component tolerances and assembly tolerances add up. The handling of these three flexible and sensitive components is very demanding. The sealing elements arranged on the gas diffusion layers show distortions.
Die Prozesse zur Fertigung der Membran mit den daran angeordneten Elektroden einerseits und der Gasdiffusionslagen mit den daran angeordneten Dichtungselementen andererseits müssen sehr präzise durchgeführt werden und sind daher zeitaufwändig und teuer. Ferner wird zusätzlicher Bauraum zum Ausgleich der bei der Fertigung und Assemblierung auftretenden Toleranzen benötigt.The processes for manufacturing the membrane with the electrodes arranged thereon on the one hand and the gas diffusion layers with the sealing elements arranged thereon on the other hand have to be carried out very precisely and are therefore time-consuming and expensive. Furthermore, additional space is required to compensate for the tolerances that occur during manufacture and assembly.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Einheit der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit einer geringeren Anzahl von Prozessschritten und vorzugsweise auch mit einfacheren und dadurch kostengünstigeren Einzelprozessen herstellbar ist.The present invention is based on the object of creating an electrochemical unit of the type mentioned at the outset, which can be produced with a smaller number of process steps and preferably also with simpler and therefore more cost-effective individual processes.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrochemischen Einheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zweite Elektrode und die zweite Gasdiffusionslage einen elektrochemisch aktiven Verbund bilden, in dem die zweite Elektrode als eine auf die zweite Gasdiffusionslage applizierte Beschichtung ausgebildet ist.This object is achieved according to the invention with an electrochemical unit having the features of the preamble of claim 1 in that the second electrode and the second gas diffusion layer form an electrochemically active composite in which the second electrode is formed as a coating applied to the second gas diffusion layer.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt das Konzept zugrunde, einen elektrochemisch aktiven Verbund zu bilden, welcher zumindest die zweite Elektrode und die zweite Gasdiffusionslage umfasst. Da zumindest die zweite Elektrode bereits stoffschlüssig mit der zweiten Gasdiffusionslage verbunden ist, entfällt der sonst notwendige Schritt der Assemblierung der zweiten Gasdiffusionslage mit der zweiten Elektrode.The solution according to the invention is based on the concept of forming an electrochemically active composite which comprises at least the second electrode and the second gas diffusion layer. Since at least the second electrode is already materially connected to the second gas diffusion layer, the otherwise necessary step of assembling the second gas diffusion layer with the second electrode is omitted.
Zusätzlich zu der zweiten Gasdiffusionslage und der zweiten Elektrode kann der elektrochemisch aktive Verbund auch die Membran der elektrochemischen Einheit oder zumindest einen Teil der Membran der elektrochemischen Einheit umfassen, wobei die Membran beziehungsweise der Teil der Membran als eine auf die zweite Elektrode applizierte Beschichtung ausgebildet ist.In addition to the second gas diffusion layer and the second electrode, the electrochemically active composite can also include the membrane of the electrochemical unit or at least a part of the membrane of the electrochemical unit, the membrane or the part of the membrane being designed as a coating applied to the second electrode.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der elektrochemisch aktive Verbund zusätzlich zu der zweiten Gasdiffusionslage, der zweiten Elektrode und der Membran auch die erste Elektrode der elektrochemischen Einheit umfasst, wobei die erste Elektrode als eine auf die Membran applizierte Beschichtung ausgebildet ist.Provision can furthermore be made for the electrochemically active composite to also include the first electrode of the electrochemical unit in addition to the second gas diffusion layer, the second electrode and the membrane, the first electrode being configured as a coating applied to the membrane.
Durch die Bildung des elektrochemisch aktiven Verbunds wird die Anzahl der miteinander zu assemblierenden Bauteile reduziert. Hierdurch werden die durch Bauteilverzug auftretenden Probleme reduziert, die Toleranzketten werden kürzer und/oder Bauraum kann eingespart werden. Die Anzahl der zur Herstellung der elektrochemischen Einheit erforderlichen Prozessschritte wird verringert, und die für die Herstellung und Assemblierung der Bauteile der elektrochemischen Einheit erforderlichen Einzelprozesse werden vereinfacht und dadurch kostengünstiger.The formation of the electrochemically active composite reduces the number of components to be assembled with one another. As a result, the problems that occur due to component distortion are reduced, the tolerance chains become shorter and/or installation space can be saved. The number of process steps required for producing the electrochemical unit is reduced, and the individual processes required for producing and assembling the components of the electrochemical unit are simplified and therefore more cost-effective.
Eine Membran-Elektroden-Anordnung, in welcher zumindest ein Teil der Membran und die zweite Elektrode in situ an der zweiten Gasdiffusionslage gebildet werden, wird als „Direct MEA“ bezeichnet.A membrane-electrode assembly in which at least part of the membrane and the second electrode are formed in situ on the second gas diffusion layer is referred to as a "direct MEA".
Eine solche Direct MEA kann in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozess hergestellt werden.Such a direct MEA can be produced in a continuous roll-to-roll process.
Erst am Ende des Herstellungsprozesses der Direct MEA werden die im Rollenprozess hergestellten Membran-Elektroden-Anordnungen vereinzelt.Only at the end of the Direct MEA manufacturing process are the membrane electrode assemblies manufactured in the roll process separated.
Während des Rolle-zu-Rolle-Prozesses können einzelne Lagen der Direct MEA bei Bedarf maskiert werden.Individual layers of the Direct MEA can be masked if necessary during the roll-to-roll process.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode und die erste Gasdiffusionslage einen weiteren elektrochemisch aktiven Verbund bilden, in dem die erste Elektrode als eine auf die erste Gasdiffusionslage applizierte Beschichtung ausgebildet ist.In principle, it can be provided that the first electrode and the first gas diffusion layer form a further electrochemically active composite, in which the first electrode is formed as a coating applied to the first gas diffusion layer.
Der weitere elektrochemisch aktive Verbund kann zusätzlich zu der ersten Gasdiffusionslage und der ersten Elektrode auch die Membran der elektrochemischen Einheit oder zumindest einen Teil der Membran der elektrochemischen Einheit umfassen, wobei die Membran beziehungsweise der Teil der Membran als eine auf die erste Elektrode applizierte Beschichtung ausgebildet ist.In addition to the first gas diffusion layer and the first electrode, the further electrochemically active composite can also include the membrane of the electrochemical unit or at least a part of the membrane of the electrochemical unit, the membrane or the part of the membrane being designed as a coating applied to the first electrode .
Die Gesamtheit der Membran-Elektroden-Anordnung wird in diesem Fall dadurch hergestellt, dass die beiden elektrochemisch aktiven Verbunde miteinander assembliert werden.In this case, the membrane-electrode assembly as a whole is produced by assembling the two electrochemically active composites with one another.
Hierbei ist aber von Nachteil, dass die erste Gasdiffusionslage, an welche das Dichtungselement der Dichtung angebunden wird, zugleich als Substrat für die Herstellung der ersten Elektrode und zumindest eines Teils der Membran der elektrochemischen Vorrichtung dient.The disadvantage here, however, is that the first gas diffusion layer, to which the sealing element of the seal is attached, also serves as a substrate for the production of the first electrode and at least part of the membrane of the electrochemical device.
Wenn das Dichtungselement durch einen Spritzvorgang an der ersten Gasdiffusionslage ausgebildet wird, nachdem die erste Elektrode und ein Teil der Membran an der ersten Gasdiffusionslage ausgebildet worden sind, hat dies zur Folge, dass hohe Ausschusskosten entstehen, wenn der Anspritzvorgang misslingt und die Einheit aus der ersten Gasdiffusionslage, der ersten Elektrode und gegebenenfalls zumindest einem Teil der Membran sowie dem Dichtungselement verworfen werden muss.If the sealing member is formed by injection molding on the first gas diffusion layer after the first electrode and a part of the membrane have been formed on the first gas diffusion layer, the consequence is that high waste costs are incurred if the molding process fails and the unit from the first Gas diffusion layer, the first electrode and optionally at least part of the membrane and the sealing element must be discarded.
Es ist daher von Vorteil, wenn die erste Elektrode und die gesamte Membran einen Bestandteil des elektrochemisch aktiven Verbundes bilden, welcher durch Beschichtung der zweiten Gasdiffusionslage hergestellt wird.It is therefore advantageous if the first electrode and the entire membrane form part of the electrochemically active composite, which is produced by coating the second gas diffusion layer.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass der elektrochemisch aktive Verbund der elektrochemischen Einheit die Membran als Ganzes und die erste Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrode als eine auf die Membran applizierte Beschichtung ausgebildet ist.In a preferred embodiment of the invention, it is therefore provided that the electrochemically active composite of the electrochemical unit comprises the membrane as a whole and the first electrode, with the first electrode being designed as a coating applied to the membrane.
In diesem Fall ist die Membran vorzugsweise als Ganzes als eine auf die zweite Elektrode applizierte Beschichtung ausgebildet.In this case, the membrane is preferably designed as a whole as a coating applied to the second electrode.
Ferner ist es günstig, wenn in diesem Fall kein Dichtungselement der Dichtung der elektrochemischen Einheit an die zweite Gasdiffusionslage angebunden ist.Furthermore, it is favorable if in this case no sealing element of the seal of the electrochemical unit is connected to the second gas diffusion layer.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein äußerer Rand der ersten Gasdiffusionslage zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand der zweiten Gasdiffusionslage nach innen versetzt ist oder der äußere Rand der zweiten Gasdiffusionslage zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand der ersten Gasdiffusionslage nach innen versetzt ist.In a particular embodiment of the invention, it can be provided that an outer edge of the first gas diffusion layer is offset inwards, at least in sections, relative to an outer edge of the second gas diffusion layer, or the outer edge of the second gas diffusion layer is offset inwards, at least in sections, relative to an outer edge of the first gas diffusion layer .
Die Richtungen „nach innen“ und „nach außen“ beziehen sich dabei auf das Zentrum der Membran-Elektroden-Anordnung oder der elektrochemischen Einheit. „Nach innen versetzt“ bedeutet somit in Richtung auf das Zentrum der Membran-Elektroden-Anordnung beziehungsweise der elektrochemischen Einheit hin versetzt. „Nach außen versetzt“ bedeutet in Richtung vom Zentrum der Membran-Elektroden-Anordnung beziehungsweise der elektrochemischen Einheit weg versetzt. In allen dieser Beschreibung beigefügten Zeichnungen befindet sich das Zentrum der Membran-Elektroden-Anordnung und der elektrochemischen Einheit links von dem äußeren Randbereich der Membran-Elektroden-Anordnung und der elektrochemischen Einheit, der in den zeichnerisch wiedergegebenen Querschnitten dargestellt ist.The directions “inward” and “outward” refer to the center of the membrane-electrode assembly or the electrochemical unit. “Offset inwards” thus means offset in the direction of the center of the membrane-electrode assembly or the electrochemical unit. “Offset” means offset in the direction away from the center of the membrane electrode assembly or the electrochemical unit. In all of the drawings accompanying this specification, the center of the membrane-electrode assembly and electrochemical unit is to the left of the outer edge portion of the membrane-electrode assembly and electrochemical unit shown in the cross-section drawings.
Die Dichtung der elektrochemischen Einheit umfasst beispielsweise ein erstes Dichtungselement, das an der ersten Gasdiffusionslage angebunden ist, und/oder ein zweites Dichtungselement, das an der zweiten Gasdiffusionslage angebunden ist.The seal of the electrochemical unit comprises, for example, a first sealing element that is attached to the first gas diffusion layer and/or a second sealing element that is attached to the second gas diffusion layer.
Das erste Dichtungselement ist vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen, an die erste Gasdiffusionslage angebunden.The first sealing element is preferably integrally bonded to the first gas diffusion layer, for example by injection molding.
Das zweite Dichtungselement ist vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen, an die zweite Gasdiffusionslage angebunden.The second sealing element is preferably integrally bonded to the second gas diffusion layer, for example by injection molding.
Das jeweilige Dichtungselement kann mindestens einen Anbindungsbereich umfassen, welcher sich in die erste Gasdiffusionslage beziehungsweise in die zweite Gasdiffusionslage hinein erstreckt.The respective sealing element can comprise at least one connection area, which extends into the first gas diffusion layer or into the second gas diffusion layer.
Ein solcher Anbindungsbereich des Dichtungselements bildet somit zugleich einen Infiltrationsbereich der betreffenden Gasdiffusionslage, in welchem die betreffende Gasdiffusionslage mit dem Dichtungsmaterial des jeweiligen Dichtungselements infiltriert ist.Such a connection area of the sealing element thus forms at the same time an infiltration area of the relevant gas diffusion layer, in which the relevant gas diffusion layer is infiltrated with the sealing material of the respective sealing element.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Dichtungselement der Dichtung einen Bipolarplatten-Abdichtbereich umfasst, mit welchem das Dichtungselement im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit oder an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt.In a particular embodiment of the invention, it is provided that at least one sealing element of the seal comprises a bipolar plate sealing area, with which the sealing element seals in the assembled state of the electrochemical unit on the bipolar plate of the electrochemical unit or on a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit applied.
Wenn in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen davon die Rede ist, dass ein Element an einem anderen abdichtend anliegt, so ist dies so zu verstehen, dass die betreffenden Elemente nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind, sondern durch eine Abdichtkraft, welche vorzugsweise mittels einer Spannvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung erzeugt wird, im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit gegeneinander gepresst werden.If in this description and in the appended claims it is mentioned that one element rests sealingly on another, this is to be understood in such a way that the elements in question are not connected to one another by a material bond, but by a sealing force, which is preferably exerted by means of a clamping device the electrochemical device is generated, are pressed against each other in the assembled state of the electrochemical unit.
Der Bipolarplatten-Abdichtbereich kann grundsätzlich als eine Flachdichtung oder eine Streifendichtung ausgebildet sein.In principle, the bipolar plate sealing area can be designed as a flat seal or a strip seal.
Eine solche Streifendichtung weist eine Dichtfläche auf, die aus sich kreuzenden Dichtungsstreifen gebildet ist, welche Ausnehmungen in Form von Prismen mit polygonalem Querschnitt begrenzen. Dieser polygonale Querschnitt kann beispielsweise die Form eines Quadrats, einer Raute oder eines Sechsecks aufweisen.Such a strip seal has a sealing surface formed from intersecting sealing strips which delimit recesses in the form of prisms with a polygonal cross section. This polygonal cross section can have the shape of a square, a rhombus or a hexagon, for example.
Im Fall einer Flächendichtung oder Streifendichtung liegt der Bipolarplatten-Abdichtbereich vorzugsweise mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit beziehungsweise der Bipolarplatte der der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit an.In the case of a surface seal or strip seal, the bipolar plate sealing area is preferably in contact with a substantially flat sealing surface against a preferably also substantially flat sealing surface of the bipolar plate of the electrochemical unit or of the bipolar plate of the further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Bipolarplatten-Abdichtbereich eine, zwei oder mehr Dichtlippen aufweist, mit welchen der Bipolarplatten-Abdichtbereich im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit beziehungsweise an der Bipolarplatte der der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt.Alternatively or in addition to this, it can also be provided that the bipolar plate sealing area has one, two or more sealing lips, with which the bipolar plate sealing area in the mounted state of the electrochemical unit on the bipolar plate of the electrochemical unit or on the bipolar plate of the electrochemical unit adjacent further electrochemical unit sealingly applied.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der elektrochemischen Einheit ist vorgesehen, dass die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, die im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit miteinander verpresst sind.In a particular configuration of the electrochemical unit, it is provided that the seal comprises two sealing elements which are pressed together when the electrochemical unit is in the assembled state.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Dichtungselement der Dichtung der elektrochemischen Einheit einen Elektroden-Abdichtbereich umfasst, mit welchem das Dichtungselement im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an der ersten Elektrode oder an der zweiten Elektrode der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt,
und/oder dass mindestens ein Dichtungselement der Dichtung der elektrochemischen Einheit einen Membran-Abdichtbereich umfasst, mit welchem das Dichtungselement im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt.Furthermore, it can be provided that at least one sealing element of the seal of the electrochemical unit comprises an electrode sealing area, with which the sealing element bears sealingly on the first electrode or on the second electrode of the electrochemical unit when the electrochemical unit is in the assembled state,
and/or that at least one sealing element of the seal of the electrochemical unit comprises a membrane sealing area, with which the sealing element bears sealingly against the membrane of the electrochemical unit when the electrochemical unit is in the assembled state.
Grundsätzlich kann ein solcher Elektroden-Abdichtbereich als eine Flachdichtung oder eine Streifendichtung ausgebildet sein.In principle, such an electrode sealing area can be designed as a flat seal or a strip seal.
In diesem Fall liegt der Elektroden-Abdichtbereich vorzugsweise mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche der ersten Elektrode beziehungsweise der zweiten Elektrode abdichtend an.In this case, the electrode sealing area is preferably in sealing contact with a substantially flat sealing surface against a preferably likewise substantially flat sealing surface of the first electrode or the second electrode.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Elektroden-Abdichtbereich des Dichtungselements eine, zwei oder mehr Dichtlippen aufweist, mit welchen der Elektroden-Abdichtbereich im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an der ersten Elektrode beziehungsweise an der zweiten Elektrode abdichtend anliegt.Alternatively or additionally, it can also be provided that the electrode sealing area of the sealing element has one, two or more sealing lips, with which the electrode sealing area bears sealingly on the first electrode or on the second electrode when the electrochemical unit is in the assembled state.
Auch ein Membran-Abdichtbereich kann grundsätzlich als eine Flachdichtung oder eine Streifendichtung ausgebildet sein.In principle, a membrane sealing area can also be designed as a flat seal or a strip seal.
In diesem Fall liegt der Membran-Abdichtbereich vorzugsweise mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend an.In this case, the membrane sealing area is preferably in sealing contact with a substantially flat sealing surface against a preferably likewise substantially flat sealing surface of the membrane of the electrochemical unit.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Membran-Abdichtbereich eine, zwei oder mehr Dichtlippen aufweist, mit welchen der Membran-Abdichtbereich im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt.Alternatively or additionally, it can be provided that the membrane sealing area has one, two or more sealing lips, with which the membrane sealing area bears sealingly against the membrane of the electrochemical unit in the assembled state of the electrochemical unit.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der elektrochemischen Einheit ist vorgesehen, dass die Dichtung mindestens zwei separate Dichtungselemente umfasst, von denen ein inneres Dichtungselement gegenüber einem äußeren Dichtungselement nach innen versetzt ist.In a particular embodiment of the electrochemical unit, it is provided that the seal comprises at least two separate sealing elements, of which an inner sealing element ment is offset inward relative to an outer sealing element.
Um eine Dichtung mit einer besonders hohen Fluiddichtheit zu schaffen, kann vorgesehen sein, dass die Dichtung mindestens zwei Dichtungselemente umfasst, wobei das eine Dichtungselement eine Nut aufweist, in welche das andere Dichtungselement eingreift.In order to create a seal with a particularly high level of fluid tightness, it can be provided that the seal comprises at least two sealing elements, one sealing element having a groove into which the other sealing element engages.
Ferner kann vorgesehen sein, dass ein äußerer Rand der ersten Elektrode der elektrochemischen Einheit zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand der zweiten Elektrode der elektrochemischen Einheit nach innen, das heißt zu dem Zentrum der elektrochemischen Einheit hin, versetzt ist oder ein äußerer Rand der zweiten Elektrode der elektrochemischen Einheit zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand der ersten Elektrode der elektrochemischen Einheit nach innen, das heißt zu dem Zentrum der elektrochemischen Einheit hin, versetzt ist.Furthermore, it can be provided that an outer edge of the first electrode of the electrochemical unit is offset inwards, i.e. towards the center of the electrochemical unit, at least in sections compared to an outer edge of the second electrode of the electrochemical unit, or an outer edge of the second electrode of the electrochemical unit is offset inwards, ie towards the center of the electrochemical unit, at least in sections relative to an outer edge of the first electrode of the electrochemical unit.
Die Dichtung der elektrochemischen Einheit kann mindestens ein Dichtungselement umfassen, das an eine Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit, an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und/oder an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist.The seal of the electrochemical unit can comprise at least one sealing element which is connected to a gas diffusion layer of the electrochemical unit, to the bipolar plate of the electrochemical unit and/or to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit.
Ferner kann bei besonderen Ausgestaltungen der elektrochemischen Einheit vorgesehen sein, dass die Dichtung mindestens ein Dichtungselement umfasst, das an eine Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit, an eine Elektrode der elektrochemischen Einheit und/oder an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und/oder an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist.Furthermore, in special configurations of the electrochemical unit it can be provided that the seal comprises at least one sealing element which is attached to a gas diffusion layer of the electrochemical unit, to an electrode of the electrochemical unit and/or to the bipolar plate of the electrochemical unit and/or to a bipolar plate of one of the electrochemical unit adjacent further electrochemical unit is connected.
Dabei ist das betreffende Dichtungselement vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen, an die betreffende Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit, an die betreffende Elektrode der elektrochemischen Einheit und/oder an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und/oder an die Bipolarplatte der der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden.The sealing element in question is preferably integrally bonded, for example by injection molding, to the gas diffusion layer in question of the electrochemical unit, to the electrode in question of the electrochemical unit and/or to the bipolar plate of the electrochemical unit and/or to the bipolar plate of the further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit connected.
Bei besonderen Ausgestaltungen der elektrochemischen Einheit kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode und die erste Gasdiffusionslage einen elektrochemisch aktiven Verbund bilden, in dem die erste Elektrode als eine auf die erste Gasdiffusionslage applizierte Beschichtung ausgebildet ist.In special configurations of the electrochemical unit, it can be provided that the first electrode and the first gas diffusion layer form an electrochemically active composite, in which the first electrode is designed as a coating applied to the first gas diffusion layer.
Bei besonderen Ausgestaltungen der elektrochemischen Einheit ist vorgesehen, dass die elektrochemische Einheit eine Randverstärkungsanordnung oder ein „Subgasket“ umfasst, die beziehungsweise das an die erste Elektrode, an die Membran und/oder an die zweite Elektrode der elektrochemischen Einheit angebunden ist.In particular configurations of the electrochemical unit it is provided that the electrochemical unit comprises an edge reinforcement arrangement or a “subgasket” which is connected to the first electrode, to the membrane and/or to the second electrode of the electrochemical unit.
Ein solches Subgasket kann insbesondere eine Folie umfassen.Such a subgasket can in particular comprise a film.
Das Subgasket kann beispielsweise durch Verklebung und/oder durch Heißverpressung an die erste Elektrode, an die Membran und/oder an die zweite Elektrode der elektrochemischen Einheit angebunden sein.The subgasket can be attached to the first electrode, to the membrane and/or to the second electrode of the electrochemical unit, for example by gluing and/or by hot pressing.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der elektrochemischen Einheit ist vorgesehen, dass mindestens ein Dichtungselement der Dichtung mindestens einen Subgasket-Abdichtbereich umfasst, mit welchem das Dichtungselement im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an einem Subgasket der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt.In a particular embodiment of the electrochemical unit, at least one sealing element of the seal comprises at least one subgasket sealing area, with which the sealing element bears sealingly against a subgasket of the electrochemical unit when the electrochemical unit is in the assembled state.
Ein solcher Subgasket-Abdichtbereich kann grundsätzlich als eine Flachdichtung oder eine Streifendichtung ausgebildet sein.Such a subgasket sealing area can basically be designed as a flat seal or a strip seal.
In diesem Fall liegt der betreffende Subgasket-Abdichtbereich vorzugsweise mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche des Subgaskets an.In this case, the subgasket sealing area in question preferably bears with an essentially flat sealing surface against a preferably also essentially flat sealing surface of the subgasket.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der betreffende Subgasket-Abdichtbereich eine, zwei oder mehr Dichtlippen aufweist, mittels welchen der Subgasket-Abdichtbereich im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an dem Subgasket abdichtend anliegt.Alternatively or additionally, it can also be provided that the subgasket sealing area in question has one, two or more sealing lips, by means of which the subgasket sealing area bears sealingly against the subgasket when the electrochemical unit is in the assembled state.
Das Dichtungselement kann einen ersten Subgasket-Abdichtbereich umfassen, welcher im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an einem ersten Bereich des Subgaskets abdichtend anliegt, der an der ersten Elektrode, an der zweiten Elektrode oder an der Membran der elektrochemischen Einheit festgelegt ist.The sealing element can comprise a first subgasket sealing area which, when the electrochemical unit is in the assembled state, rests sealingly against a first area of the subgasket which is fixed to the first electrode, to the second electrode or to the membrane of the electrochemical unit.
Ferner kann das Dichtungselement einen zweiten Subgasket-Abdichtbereich umfassen, welcher im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an einem zweiten Bereich des Subgaskets abdichtend anliegt, der im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit an der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt oder an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit der elektrochemischen Vorrichtung abdichtend anliegt.Furthermore, the sealing element can comprise a second subgasket sealing area which, when the electrochemical unit is in the assembled state, bears sealingly against a second area of the subgasket which, in the assembled state of the electrochemical unit, bears in a sealing manner on the bipolar plate of the electrochemical unit or on a bipolar plate of one of the electrochemical unit neighboring further electrochemical Unit of the electrochemical device is sealingly applied.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung.The present invention further relates to a method of manufacturing an electrochemical unit for an electrochemical device.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung zu schaffen, welches eine geringe Anzahl von Prozessschritten erfordert und bei welchem die Einzelprozesse vorzugsweise einfach und kostengünstig durchführbar sind.The present invention is based on the further object of creating such a method for producing an electrochemical unit for an electrochemical device, which requires a small number of process steps and in which the individual processes can preferably be carried out simply and inexpensively.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung gelöst, welches Folgendes umfasst:
- - Anbinden mindestens eines Dichtungselements einer Dichtung der elektrochemischen Einheit an eine Membran, an eine erste Elektrode, an eine zweite Elektrode, an ein Subgasket und/oder an eine Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und/oder an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit;
- - Erzeugen mindestens eines elektrochemisch aktiven Verbundes durch Applizieren mindestens einer Elektrode als Beschichtung auf mindestens eine Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit;
- - Assemblieren des mindestens einen elektrochemisch aktiven Verbundes und des mindestens einen Dichtungselements.
- - Connecting at least one sealing element of a seal of the electrochemical unit to a membrane, to a first electrode, to a second electrode, to a subgasket and/or to a bipolar plate of the electrochemical unit and/or to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit ;
- - Generating at least one electrochemically active composite by applying at least one electrode as a coating to at least one gas diffusion layer of the electrochemical unit;
- - Assembling the at least one electrochemically active composite and the at least one sealing element.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung.The method according to the invention is particularly suitable for producing the electrochemical unit according to the invention for an electrochemical device.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung umfasst Folgendes:
- - Applizieren der gesamten Membran als Beschichtung auf die zweite Elektrode; und
- - Applizieren der ersten Elektrode als Beschichtung auf die Membran.
- - Applying the entire membrane as a coating to the second electrode; and
- - Application of the first electrode as a coating on the membrane.
Dabei umfasst der so hergestellte elektrochemisch aktive Verbund die zweite Gasdiffusionslage, die auf die zweite Gasdiffusionslage applizierte zweite Elektrode, die auf die zweite Elektrode applizierte Membran und die auf die Membran applizierte erste Elektrode.The electrochemically active composite produced in this way comprises the second gas diffusion layer, the second electrode applied to the second gas diffusion layer, the membrane applied to the second electrode and the first electrode applied to the membrane.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit den besonderen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung erläutert worden.Further preferred configurations of the method according to the invention for producing an electrochemical unit for an electrochemical device have already been explained above in connection with the special configurations of the electrochemical unit according to the invention for an electrochemical device.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Einheit eignet sich insbesondere als Bestandteil einer elektrochemischen Vorrichtung, welche eine Mehrzahl solcher elektrochemischer Einheiten umfasst, die längs einer Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung aufeinanderfolgen.The electrochemical unit according to the invention is suitable in particular as a component of an electrochemical device which comprises a plurality of such electrochemical units which follow one another in a stacking direction of the electrochemical device.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Einheit eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, die als ein Brennstoffzellenstapel, insbesondere ein Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellenstapel, oder als ein Elektrolyseur ausgebildet ist.The electrochemical unit according to the invention is suitable in particular for use in an electrochemical device which is designed as a fuel cell stack, in particular a polymer electrolyte membrane fuel cell stack, or as an electrolyzer.
Ein solcher Brennstoffzellenstapel eignet sich insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen.Such a fuel cell stack is particularly suitable for use in motor vehicles.
Das mindestens eine Dichtungselement der elektrochemischen Einheit umfasst vorzugsweise ein Elastomermaterial, beispielsweise ein silikonhaltiges und/oder silikonbasiertes Elastomermaterial, oder ist aus einem solchen Elastomermaterial gebildet.The at least one sealing element of the electrochemical unit preferably comprises an elastomeric material, for example a silicone-containing and/or silicone-based elastomeric material, or is formed from such an elastomeric material.
Vorzugsweise umfasst das mindestens eine Dichtungselement ein spritzgießfähiges Material und ein brennstoffzellentaugliches Material oder ist aus einem solchen Material gebildet.The at least one sealing element preferably comprises an injection moldable material and a material suitable for fuel cells or is formed from such a material.
Wenn in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen davon die Rede ist, dass ein erstes Element als Beschichtung auf ein zweites Element appliziert wird, so ist darunter zu verstehen, dass das erste Element durch einen Beschichtungsvorgang in situ an dem zweiten Element gebildet wird. Dieser Ausdruck umfasst nicht das Verbinden eines separat von dem zweiten Element hergestellten ersten Elements mit dem zweiten Element nach der Herstellung des ersten Elements.Whenever it is mentioned in this specification and the appended claims that a first element is applied as a coating to a second element, it is to be understood that the first element is formed by an in situ coating operation on the second element. This expression does not include joining a first element manufactured separately from the second element to the second element after manufacture of the first element.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Randbereich einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, welche eine Membran, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste Gasdiffusionslage, eine zweite Gasdiffusionslage, eine Dichtung, welche ein Dichtungselement umfasst, das an die erste Elektrode, an die Membran, an die zweite Elektrode und/oder an die zweite Gasdiffusionslage angebunden ist, und eine Bipolarplatte umfasst; -
2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein Gasdiffusionslagen-Dichtungselement an die erste Gasdiffusionslage und ein Verbund-Dichtungselement an einen elektrochemisch aktiven Verbund aus der zweiten Gasdiffusionslage, der zweiten Elektrode, der Membran und der ersten Elektrode angebunden ist; -
3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher ein äußerer Rand der ersten Elektrode gegenüber einem äußeren Rand der zweiten Elektrode nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit hin, versetzt ist und das Dichtungselement an die Membran, an die zweite Elektrode und/oder an die zweite Gasdiffusionslage angebunden ist; -
4 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein Gasdiffusionslagen-Dichtungselement an die erste Gasdiffusionslage und optional an die erste Elektrode angebunden ist und ein Membran-Dichtungselement an die Membran und optional an die zweite Elektrode und/oder an die zweite Gasdiffusionslage angebunden ist; -
5 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher ein äußerer Rand der zweiten Elektrode und ein äußerer Rand der zweiten Gasdiffusionslage gegenüber einem äußeren Rand der ersten Elektrode nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit hin, versetzt sind, das Dichtungselement an die zweite Gasdiffusionslage und optional an die zweite Elektrode angebunden ist und das Dichtungselement mit einem Membran-Abdichtbereich an der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
6 einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein erstes Gasdiffusionslagen-Dichtungselement an die erste Gasdiffusionslage, an die erste Elektrode und an einen ersten Teil der Membran angebunden ist und ein zweites Gasdiffusionslagen-Dichtungselement an die zweite Gasdiffusionslage, an die zweite Elektrode und an einen zweiten Teil der Membran angebunden ist; -
7 einen Längsschnitt durch eine siebte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher das Dichtungselement mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen; -
8 einen Längsschnitt durch eine achte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher das Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und wobei das Dichtungselement mit einem Elektroden-Abdichtbereich an der ersten Elektrode der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
9 einen Längsschnitt durch eine neunte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein erstes Bipolarplatten-Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Elektroden-Abdichtbereich an der ersten Elektrode der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und wobei ein zweites Bipolarplatten-Dichtungselement an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem zweiten Bipolarplatten-Abdichtbereich an der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
10 einen Längsschnitt durch eine zehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein erstes Bipolarplatten-Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Elektroden-Abdichtbereich an der ersten Elektrode der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt, und wobei ein zweites Bipolarplatten-Dichtungselement an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, wobei das zweite Bipolarplatten-Dichtungselement in eine Nut des ersten Bipolarplatten-Dichtungselements eingreift; -
11 einen Längsschnitt durch eine elfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein erstes Bipolarplatten-Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Membran-Abdichtbereich an der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt, und wobei ein zweites Bipolarplatten-Dichtungselement an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
12 einen Längsschnitt durch eine zwölfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein erstes Bipolarplatten-Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Membran-Abdichtbereich an der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an der Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt, und wobei ein zweites Bipolarplatten-Dichtungselement an die Bipolarplatte der der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und in eine Nut des ersten Bipolarplatten-Dichtungselements eingreift; -
13 einen Längsschnitt durch eine dreizehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher das Dichtungselement an die Bipolarplatte und an die erste Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Elektroden-Abdichtbereich an der ersten Elektrode der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
14 einen Längsschnitt durch eine vierzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher das Dichtungselement an die Bipolarplatte, an die erste Gasdiffusionslage und an die erste Elektrode der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Membran-Abdichtbereich an der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
15 einen Längsschnitt durch eine fünfzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher das Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Membran-Abdichtbereich an der Membran der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt, wobei die erste Elektrode als eine auf die erste Gasdiffusionslage applizierte Beschichtung ausgebildet ist; -
16 einen Längsschnitt durch eine sechzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die elektrochemische Einheit zusätzlich ein Subgasket umfasst, das an eine Elektrode der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung, und bei welcher das Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Subgasket-Abdichtbereich an dem Subgasket abdichtend anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
17 einen Längsschnitt durch eine siebzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die elektrochemische Einheit zusätzlich ein Subgasket umfasst, das an die Membran der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung, und bei welcher das Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem Subgasket-Abdichtbereich abdichtend an dem Subgasket anliegt und mit einem Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; -
18 einen Längsschnitt durch eine achtzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die elektrochemische Einheit zusätzlich ein Subgasket umfasst, das an eine Elektrode der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung, und bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein erstes Bipolarplatten-Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem ersten Subgasket-Abdichtbereich an dem Subgasket abdichtend anliegt, und wobei ein zweites Bipolarplatten-Dichtungselement an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem zweiten Subgasket-Abdichtbereich an dem Subgasket abdichtend anliegt; -
19 einen Längsschnitt durch eine neunzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die elektrochemische Einheit zusätzlich ein Subgasket umfasst, das an die Membran der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung, und bei welcher die Dichtung zwei Dichtungselemente umfasst, wobei ein erstes Bipolarplatten-Dichtungselement an die Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem ersten Subgasket-Abdichtbereich an dem Subgasket abdichtend anliegt, und wobei ein zweites Bipolarplatten-Dichtungselement an eine Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem zweiten Subgasket-Abdichtbereich an dem Subgasket abdichtend anliegt; -
20 einen Längsschnitt durch eine zwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die elektrochemische Einheit zusätzlich ein Subgasket umfasst, das an eine Elektrode der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung, wobei das Dichtungselement an das Subgasket angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem ersten Bipolarplatten-Abdichtbereich an der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem zweiten Bipolarplatten-Abdichtbereich an einer Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt; und -
21 einen Längsschnitt durch eine einundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung, bei welcher die elektrochemische Einheit zusätzlich ein Subgasket umfasst, das an die Membran der elektrochemischen Einheit angebunden ist, beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung, und bei welcher das Dichtungselement an das Subgasket angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und mit einem ersten Bipolarplatten-Abdichtbereich an der Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt und mit einem zweiten Bipolarplatten-Abdichtbereich an der Bipolarplatte einer der elektrochemischen Einheit benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit abdichtend anliegt.
-
1 a schematic longitudinal section through an edge region of an electrochemical unit for an electrochemical device, which has a membrane, a first electrode, a second electrode, a first gas diffusion layer, a second gas diffusion layer, a gasket comprising a gasket member bonded to the first electrode, to the membrane, to the second electrode and/or to the second gas diffusion layer, and a bipolar plate; -
2 a longitudinal section through a second embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the seal comprises two sealing elements, a gas diffusion layer sealing element being attached to the first gas diffusion layer and a composite sealing element being attached to an electrochemically active composite made up of the second gas diffusion layer, the second electrode, the membrane and the first electrode is attached; -
3 a longitudinal section through a third embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which an outer edge of the first electrode is offset inwards relative to an outer edge of the second electrode, i.e. towards the center of the electrochemical unit, and the sealing element is attached to the membrane, is connected to the second electrode and/or to the second gas diffusion layer; -
4 a longitudinal section through a fourth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the seal comprises two sealing elements, wherein a gas diffusion layer sealing element is connected to the first gas diffusion layer and optionally to the first electrode and a membrane sealing element to the membrane and optionally to the second electrode and/or is connected to the second gas diffusion layer; -
5 a longitudinal section through a fifth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which an outer edge of the second electrode and an outer edge of the second gas diffusion layer are offset inwards relative to an outer edge of the first electrode, i.e. towards the center of the electrochemical unit , the sealing element is connected to the second gas diffusion layer and optionally to the second electrode and the sealing element bears in a sealing manner with a membrane sealing area on the membrane of the electrochemical unit; -
6 a longitudinal section through a sixth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the seal comprises two sealing elements, a first gas diffusion layer sealing element being connected to the first gas diffusion layer, to the first electrode and to a first part of the membrane and a second gas diffusion layer - sealing element is bonded to the second gas diffusion layer, to the second electrode and to a second part of the membrane; -
7 a longitudinal section through a seventh embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the sealing element is connected with a bipolar plate sealing area to a bipolar plate of the electrochemical unit adjacent further electrochemical unit, for example by injection molding; -
8th a longitudinal section through an eighth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by injection molding, and the sealing element with an electrode sealing area on the first electrode of the electrochemical unit rests sealingly and a bipolar plate sealing region sealingly abuts a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit; -
9 a longitudinal section through a ninth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the seal comprises two sealing elements, wherein a first bipolar plate sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by molding, and with an electrode sealing area on the first Electrode of the electrochemical unit is in sealing contact and a second bipolar plate sealing element is connected to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit, for example by injection molding, and a second bipolar plate sealing area is in sealing contact with the bipolar plate of the electrochemical unit; -
10 a longitudinal section through a tenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the seal comprises two sealing elements, wherein a first bipolar plate sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by molding, and with an electrode sealing area on the first Electrode of the electrochemical unit sealingly abuts and with a bipolar plate sealing area to a bipolar plate of one of the electrodes mixing unit is in sealing contact with the further electrochemical unit adjacent to it, and wherein a second bipolar plate sealing element is connected to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit, for example by injection molding, wherein the second bipolar plate sealing element engages in a groove of the first bipolar plate sealing element; -
11 a longitudinal section through an eleventh embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the seal comprises two sealing elements, wherein a first bipolar plate sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by injection molding, and with a membrane sealing area on the membrane of the electrochemical unit, and wherein a second bipolar plate sealing element is connected to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit, for example by injection molding, and with a bipolar plate sealing area on the bipolar plate of the electrochemical unit in sealing contact; -
12 a longitudinal section through a twelfth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the seal comprises two sealing elements, wherein a first bipolar plate sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by molding, and with a membrane sealing area on the membrane the electrochemical unit is in sealing contact and a bipolar plate sealing area is in sealing contact with the bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit, and wherein a second bipolar plate sealing element is connected to the bipolar plate of the further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit, for example by injection molding, and engages a groove of the first bipolar plate gasket; -
13 a longitudinal section through a thirteenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the sealing element is connected to the bipolar plate and to the first gas diffusion layer of the electrochemical unit, for example by molding, and with an electrode sealing area on the first electrode of the electrochemical unit sealing abuts and sealingly abuts with a bipolar plate sealing region on a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit; -
14 a longitudinal section through a fourteenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the sealing element is connected to the bipolar plate, to the first gas diffusion layer and to the first electrode of the electrochemical unit, for example by injection molding, and with a membrane sealing area on the membrane sealingly abuts the electrochemical unit and sealingly abuts with a bipolar plate sealing area against a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit; -
15 a longitudinal section through a fifteenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by molding, and with a membrane sealing area on the membrane of the electrochemical unit rests sealingly and with a bipolar plate The sealing region is in sealing contact with a bipolar plate of a further electrochemical unit that is adjacent to the electrochemical unit, the first electrode being in the form of a coating applied to the first gas diffusion layer; -
16 a longitudinal section through a sixteenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the electrochemical unit additionally comprises a subgasket which is connected to an electrode of the electrochemical unit, for example by gluing or hot pressing, and in which the sealing element is attached to the bipolar plate of the electrochemical Unit is connected, for example by injection molding, and with a subgasket sealing area on the subgasket and sealingly abuts with a bipolar plate sealing area on a bipolar plate of the electrochemical unit adjacent further electrochemical unit; -
17 a longitudinal section through a seventeenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the electrochemical unit additionally comprises a subgasket which is connected to the membrane of the electrochemical unit, for example by gluing or hot pressing, and in which the sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by injection molding, and with a subgasket sealing area rests sealingly on the subgasket and with a bipolar plate sealing area on a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit; -
18 a longitudinal section through an eighteenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the electrochemical unit additionally comprises a subgasket which is connected to an electrode of the electrochemical unit, for example by gluing or hot pressing, and in which the seal comprises two sealing elements, wherein a first bipolar plate sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by injection molding, and a first subgasket sealing area is in sealing contact with the subgasket, and a second bipolar plate sealing element is connected to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit is, for example by injection molding, and with a second subgasket sealing area rests sealingly on the subgasket; -
19 a longitudinal section through a nineteenth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the electrochemical unit additionally comprises a subgasket which is connected to the membrane of the electrochemical unit, for example by gluing or hot pressing, and in which the seal comprises two sealing elements, wherein a first bipolar plate sealing element is connected to the bipolar plate of the electrochemical unit, for example by injection molding, and a first subgasket sealing area is in sealing contact with the subgasket, and a second bipolar plate sealing element is connected to a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit is, for example by injection molding, and with a second subgasket sealing area rests sealingly on the subgasket; -
20 a longitudinal section through a twentieth embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the electrochemical unit additionally comprises a subgasket which is connected to an electrode of the electrochemical unit, for example by gluing or hot pressing, the sealing element being connected to the subgasket, for example by injection molding, and with a first bipolar plate sealing area sealingly abuts the bipolar plate of the electrochemical unit and with a second bipolar plate sealing area sealingly abuts a bipolar plate of a further electrochemical unit adjacent to the electrochemical unit; and -
21 a longitudinal section through a twenty-first embodiment of an electrochemical unit for an electrochemical device, in which the electrochemical unit additionally comprises a subgasket which is connected to the membrane of the electrochemical unit, for example by gluing or hot pressing, and in which the sealing element is connected to the subgasket , for example by injection molding, and with a first bipolar plate sealing area on the bipolar plate of the electrochemical unit rests sealingly and with a second bipolar plate sealing area on the bipolar plate of an electrochemical unit adjacent further electrochemical unit rests sealingly.
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 als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Einheit, von der in
Ein Stapel aus solchen elektrochemischen Einheiten 102 wird aus einer Mehrzahl von elektrochemischen Einheiten 100 gebildet, welche längs einer Stapelrichtung (z-Richtung) 104 aufeinanderfolgen.A stack of such
Der Stapel aus elektrochemischen Einheiten 100, insbesondere ein Brennstoffzellenstapel, bildet einen Bestandteil einer elektrochemischen Vorrichtung 106, die einer Umwandlung von chemischer Reaktionsenergie, welche bei einer Reaktion eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel entsteht, in elektrische Energie dient. Als Brennstoffe eignen sich insbesondere Wasserstoff, Alkohol, insbesondere Methanol, Butan oder Erdgas.The stack of
Vorzugsweise handelt es sich bei der Brennstoffzelle 102 um eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, welche als eine Niedrigtemperaturbrennstoffe ausgebildet ist und üblicherweise bei einer Betriebstemperatur im Bereich von ungefähr 60° C bis ungefähr 120° C betrieben wird.Preferably, the
Jede der elektrochemischen Einheiten 100 umfasst eine elektrochemisch aktive Einheit 108, in welcher im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung die elektrochemischen Reaktionen ablaufen.Each of the
Die elektrochemisch aktive Einheit 108 umfasst eine erste Elektrode 110, eine zweite Elektrode 112 und eine zwischen den beiden Elektroden 110 und 112 angeordnete Membran 114.The electrochemically
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 110 als eine Kathode 116 ausgebildet ist, an welcher im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 106 Sauerstoff reduziert wird.For example, it can be provided that the
Ferner kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode 112 als eine Anode 118 ausgebildet ist, an welcher im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 106 Wasserstoff oxidiert wird.Provision can furthermore be made, for example, for the
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 110 als Anode und die zweite Elektrode 112 als Kathode 116 ausgebildet ist. Dies gilt für die in
Die Membran 114 dient einer Protonenleitung von der Anode 118 zu der Kathode 116.The
Die Membran 114 kann mehrlagig aufgebaut sein.The
Vorzugsweise ist mindestens eine der Lagen der Membran 114 als eine Kompositschicht ausgebildet, welche vorzugsweise ein Ionomermaterial umfasst.Preferably, at least one of the layers of the
Die elektrochemische Einheit 100 umfasst ferner eine erste Gasdiffusionslage 120, welche benachbart zu der ersten Elektrode 110 angeordnet ist, und eine zweite Gasdiffusionslage 122, welche benachbart zu der zweiten Elektrode 112 angeordnet ist.The
Die Gasdiffusionslagen 120 und 122 dienen dem Transport von gasförmigen Medien (Oxidationsmittel auf der Kathodenseite; Brenngas auf der Anodenseite) zu der ersten Elektrode 110 bzw. zu der zweiten Elektrode 112.The gas diffusion layers 120 and 122 serve to transport gaseous media (oxidant on the cathode side; fuel gas on the anode side) to the
Ferner weisen die Gasdiffusionslagen 120 und 122 eine elektrische Leitfähigkeit auf.Furthermore, the gas diffusion layers 120 and 122 have electrical conductivity.
Die erste Gasdiffusionslage 120 und/oder die zweite Gasdiffusionslage 122 können beispielsweise aus nicht gewebten Kohlenstofffasern gebildet sein (sogenannte Karbon-Papiere).The first
Dabei können die Kohlenstofffasern durch eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (PTFE) hydrophobisiert sein.The carbon fibers can be made hydrophobic by coating them with polytetrafluoroethylene (PTFE).
Die erste Gasdiffusionslage 120 und/oder die zweite Gasdiffusionslage 122 können jeweils eine mikroporöse Schicht (MPL) umfassen.The first
Die mikroporöse Schicht ist vorzugsweise der elektrochemisch aktiven Einheit 108 zugewandt.The microporous layer preferably faces the electrochemically
Ferner umfasst jede elektrochemische Einheit 100 eine Bipolarplatte 124, welche benachbart zu der ersten Gasdiffusionslage 120 der betreffenden elektrochemischen Einheit 100 angeordnet ist.Furthermore, each
Benachbart zu der zweiten Gasdiffusionslage 122 der elektrochemischen Einheit 100 ist eine Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' der elektrochemischen Vorrichtung 106 angeordnet.A
Die Bipolarplatten 124, 124' trennen die Gasräume von längs der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgenden elektrochemischen Einheiten 100, 100' voneinander.The
Ferner dienen die Bipolarplatten 124, 124' dazu, in der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgende elektrochemische Einheiten 100, 100' elektronenleitfähig miteinander zu verbinden und somit elektrisch in Reihe zu schalten.Furthermore, the
Die Bipolarplatten 124, 124' sind vorzugsweise aus einem metallischen Material gebildet. Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass die Bipolarplatten 124, 124' aus einem Graphitmaterial gebildet sind.The
Jede der Bipolarplatten 124, 124' kann mehrlagig, insbesondere zweilagig, ausgebildet sein.Each of the
In diesem Fall umschließt jede Bipolarplatte 124, 124' vorzugsweise einen inneren Hohlraum, der beispielsweise im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung 106 von einem Kühlmedium durchströmbar ist.In this case, each
Jede der Bipolarplatten 124, 124' weist auf jeder ihrer Seiten jeweils ein Gas-Strömungsfeld auf, nämlich ein einer Anode 118 einer elektrochemischen Einheit 100 zugewandtes anodenseitiges Strömungsfeld, welches im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 106 von einem Brenngas durchströmbar ist, und ein einer Kathode 116 einer elektrochemischen Einheit 100 zugewandtes kathodenseitiges Strömungsfeld, welches im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 106 von einem Oxidationsmittel durchströmbar ist.Each of the
Um eine fluiddichte Abdichtung dieser Gas-Strömungsfelder gegenüber der Umgebung der elektrochemischen Einheit 100 und der elektrochemischen Vorrichtung 106, gegeneinander und/oder gegenüber (nicht dargestellten) Mediumkanälen, welche die elektrochemische Vorrichtung 106 parallel zu der Stapelrichtung 104 durchsetzen und der Zufuhr von Brenngas und Oxidationsmittel zu den elektrochemischen Einheiten 100 oder der Abfuhr von Reaktionsprodukten aus den elektrochemischen Einheiten 100 dienen, bereitzustellen, umfasst jede elektrochemische Einheit 100 ferner eine Dichtung 126, die mindestens ein Dichtungselement 128 umfasst.To ensure a fluid-tight seal of these gas flow fields from the environment of the
Das Dichtungselement 128 ist vorzugsweise aus einem Elastomermaterial gebildet.The sealing
Das Dichtungselement 128 verläuft parallel zu einem äußeren Rand 130 der Membran 114, parallel zu einem äußeren Rand 132 der ersten Elektrode 110, parallel zu einem äußeren Rand 134 der zweiten Elektrode 112, parallel zu einem äußeren Rand 136 der ersten Gasdiffusionslage 120 und/oder parallel zu einem äußeren Rand 138 der zweiten Gasdiffusionslage 122 der elektrochemischen Einheit 100.The sealing
Das Dichtungselement 128 läuft vorzugsweise längs des Umfangs der elektrochemischen Einheit 100 um und ist vorzugsweise ringförmig geschlossen.The sealing
Wie aus
Vorzugsweise ist das Dichtungselement 128 stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen, an die zweite Gasdiffusionslage 122, an die zweite Elektrode 112, an die Membran 114 und an die erste Elektrode 110 angebunden.The sealing
Das Dichtungselement 128 umfasst vorzugsweise einen Anbindungsbereich 140, welcher sich in die zweite Gasdiffusionslage 122 hinein erstreckt.The sealing
Das poröse Material, aus welchem die zweite Gasdiffusionslage 122 gebildet ist, wird in diesem Anbindungsbereich 140 von dem Dichtungsmaterial, aus welchem das Dichtungselement 128 gebildet ist, infiltriert.The porous material from which the second
Das Dichtungselement 128 umfasst einen Bipolarplatten-Abdichtbereich 148, mit welchem das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend anliegt.The sealing
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150 der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.In principle, it can be provided that the bipolar
Vorzugsweise weist der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 152 auf, mit welchen der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the bipolar
Ferner umfasst das Dichtungselement 128 einen im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 abgewandten weiteren Bipolarplatten-Abdichtbereich 154, mit welchem das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an der Bipolarplatte 124' der benachbarten elektrochemischen Einheit 100' der elektrochemischen Vorrichtung 106 abdichtend anliegt.Furthermore, the sealing
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 des Dichtungselements 128 eine im Wesentlichen ebene Dichtfläche aufweist, mit welcher der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150' der Bipolarplatte 124' der benachbarten elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.In principle, it can be provided that the additional bipolar
Vorzugsweise weist der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 156 auf, mit welchen der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124' der benachbarten elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.However, the further bipolar
Das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 wird vorzugsweise in einem Spritzgießvorgang an einem elektrochemisch aktiven Verbund 158, welcher die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112, die Membran 114 und die erste Elektrode 110 umfasst, gebildet.The sealing
Hierfür wird der elektrochemisch aktive Verbund 158 in ein - vorzugsweise mehrteiliges - Spritzgießwerkzeug eingelegt und eine in dem Spritzgießwerkzeug verbleibende Kavität mit dem zunächst fließfähigen Dichtungsmaterial des Dichtungselements 128 befüllt, wobei dieses Dichtungsmaterial insbesondere in den Bereich der zweiten Gasdiffusionslage 122 eindringt, welcher später den Anbindungsbereich 140 des Dichtungselements 128 bildet.For this purpose, the electrochemically
Nach dem (zumindest teilweisen) Aushärten des Dichtungsmaterials des Dichtungselements 128 wird das Spritzgießwerkzeug geöffnet und die Einheit aus dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und dem an denselben angespritzten Dichtungselement 128 entnommen.After the (at least partial) curing of the sealing material of the sealing
Die erste Elektrode 110, die Membran 114, die zweite Elektrode 112 und die zweite Gasdiffusionslage 122 der elektrochemischen Einheit 100 bilden bei dieser Ausführungsform einen elektrochemisch aktiven Verbund 158, in dem die zweite Elektrode 112 als eine auf die zweite Gasdiffusionslage 122 applizierte Beschichtung, die Membran 114 als eine auf die zweite Elektrode 112 applizierte Beschichtung und die erste Elektrode 110 als eine auf die Membran 114 applizierte Beschichtung ausgebildet ist.In this embodiment, the
Eine solche elektrochemisch aktive Einheit 108, die durch einen oder mehrere Beschichtungsvorgänge direkt an einer Gasdiffusionslage gebildet ist, wird als eine „Direct MEA“ bezeichnet.Such an electrochemically
Der elektrochemisch aktive Verbund 158 kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden:
- Ein Elektrodenmaterial wird auf die
zweite Gasdiffusionslage 122 aufgebracht, beispielsweise mittels einer Sprühbeschichtung. Dabei bildet diezweite Gasdiffusionslage 122 ein Substrat für diezweite Elektrode 112.
- An electrode material is applied to the second
gas diffusion layer 122, for example by means of a spray coating. The secondgas diffusion layer 122 forms a substrate for thesecond electrode 112.
Zur Aufbringung des Elektrodenmaterials kann eine Applikationsvorrichtung über eine Oberfläche der zweiten Gasdiffusionslage 122 bewegt werden. Alternativ hierzu kann die Applikationsvorrichtung stationär angeordnet sein und die zweite Gasdiffusionslage 122 relativ zu der Applikationsvorrichtung bewegt werden.To apply the electrode material, an application device can be moved over a surface of the second
Nach Ausbildung der zweiten Elektrode 112 auf der zweiten Gasdiffusionslage 122 wird ein Membranmaterial mittels einer weiteren Applikationsvorrichtung auf einen Oberflächenbereich der zweiten Elektrode 112 aufgebracht, woraufhin sich an dieser Oberfläche die Membran 114 bildet.After the formation of the
Das Membranmaterial kann beispielsweise mittels eines Sprühbeschichtungsverfahrens auf die zweite Elektrode 112 aufgebracht werden.The membrane material can be applied to the
Die Anordnung aus der zweiten Gasdiffusionslage 122 und der zweiten Elektrode 112 bildet hierbei ein Substrat für die Membran 114.The arrangement of the second
Das Membranmaterial kann beispielsweise in Form einer Nanostäbchen-Ionomer-Dispersion aufgebracht werden.The membrane material can be applied, for example, in the form of a nanorod ionomer dispersion.
Eine solche Nanostäbchen-Ionomer-Dispersion wird beispielsweise durch Dispergieren von Nanostäbchen in einem flüssigen Medium, welches eine Ionomer-Komponente und ein Dispersionsmittel umfasst, hergestellt.Such a nanorod-ionomer dispersion is made, for example, by dispersing nanorods in a liquid medium comprising an ionomer component and a dispersant.
Die Nanostäbchen werden beispielsweise durch Zerkleinern eines Nanofasermaterials bereitgestellt.The nanorods are provided, for example, by crushing a nanofiber material.
Das Nanofasermaterial kann beispielsweise mittels eines Elektrospinning-Verfahrens bereitsgestellt werden. Elektrospinning-Verfahren für Nanofasern aus Polymermaterialien sind beispielsweise in dem Artikel von H. Fong et al.: „Beaded nanofibers formed during electrospinning“, erschienen in: Polymer, Vol. 40 (1999), Seiten 4585 bis 4592, beschrieben.The nanofiber material can be provided by means of an electrospinning process, for example. Electrospinning processes for nanofibers made from polymer materials are described, for example, in the article by H. Fong et al.: "Beaded nanofibers formed during electrospinning", published in: Polymer, Vol. 40 (1999), pages 4585 to 4592.
Ein geeignetes Nanofasermaterial umfasst beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien:
- ein Oxid, vorzugsweise Zeroxid und/oder ein Übergangsmetalloxid, insbesondere Titandioxid und/oder Manganoxid; und/oder
- ein Polymermaterial, insbesondere ein hydrophobes Polymer, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polybenzimidazol (PBI), ein Polyolefin, beispielsweise Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP), und/oder Polyetheretherketon (PEEK), oder ein hydrophiles Polymer, beispielsweise Polyvinylpyrrolidon (PVP).
- an oxide, preferably cerium oxide and/or a transition metal oxide, in particular titanium dioxide and/or manganese oxide; and or
- a polymer material, in particular a hydrophobic polymer, for example polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polybenzimidazole (PBI), a polyolefin, for example polyethylene (PE) and/or polypropylene (PP), and/or polyetheretherketone (PEEK), or a hydrophilic polymer, e.g. polyvinylpyrrolidone (PVP).
Unter Nanostäbchen werden in der vorliegenden Beschreibung Strukturen verstanden, deren Erstreckung in einer Vorzugsrichtung um einen Faktor 100 oder mehr größer ist als deren Erstreckung in den anderen Raumrichtungen, welche senkrecht zu der Vorzugsrichtung ausgerichtet sind, wobei die Erstreckungen in diesen anderen Raumrichtungen maximal 3000 nm oder weniger betragen. Der Begriff Nanostäbchen umfasst auch sogenannte Nanodrähte (Nanowires) und sogenannte Nanowhiskers.In the present description, nanorods are structures whose extension in a preferred direction is greater by a factor of 100 or more than their extension in the other spatial directions, which are aligned perpendicular to the preferred direction, the extensions in these other spatial directions being a maximum of 3000 nm or be less. The term nanorods also includes so-called nanowires (nanowires) and so-called nanowhiskers.
Das Nanofasermaterial wird beispielsweise als Faserkörper bereitgestellt, vorzugsweise als Wirrgelege, als Vlies und/oder als Fasermatte.The nanofiber material is provided, for example, as a fiber body, preferably as a tangled fabric, as a fleece and/or as a fiber mat.
Die Ionomer-Komponente des flüssigen Mediums, in welchem die Nanostäbchen dispergiert werden, umfasst vorzugsweise mindestens ein Polymer, welches eine oder mehrere Sulfonat-Funktionalitäten aufweist. Ein typisches Beispiel für solche Ionomer-Komponenten stellt das unter der Marke Nafion® erhältliche perfluorierte Copolymer dar.The ionomer component of the liquid medium in which the nanorods are dispersed preferably comprises at least one polymer having one or more sulfonate functionalities. A typical example of such ionomer components is the perfluorinated copolymer available under the trademark Nafion® .
Das flüssige Medium kann als Dispersionsmittel beispielsweise einen Alkohol, ein Alkoholgemisch oder eine Alkohol-Wasser-Mischung enthalten, beispielsweise Methanol, Ethanol, 2-Propanol oder 1-Butanol, Gemische aus diesen Alkoholen oder Gemische dieser Alkohole mit Wasser.The liquid medium can be used as a dispersing agent, for example, an alcohol, an alcohol mixed or contain an alcohol-water mixture, for example methanol, ethanol, 2-propanol or 1-butanol, mixtures of these alcohols or mixtures of these alcohols with water.
Zur Bildung der Membran 114 wird die Kompositschicht, welche während und/oder nach dem Aufbringen der Nanostäbchen-Ionomer-Dispersion gebildet wird, vernetzt. Bei der Vernetzung findet eine chemische Reaktion von Molekülen eines Polymers eines Nanostäbchens mit Molekülen eines Polymers eines weiteren Nanostäbchens statt, wobei die Nanostäbchen für eine Vernetzung eine räumliche Kontaktstelle aufweisen müssen.To
Ergänzend oder alternativ hierzu findet eine chemische Reaktion von Molekülen eines Polymers der Ionomer-Komponente mit anderen Molekülen eines Polymers der Ionomer-Komponente und/oder eine chemische Reaktion mit Molekülen eines Polymers der Nanostäbchen statt.In addition or as an alternative to this, a chemical reaction of molecules of a polymer of the ionomer component with other molecules of a polymer of the ionomer component and/or a chemical reaction with molecules of a polymer of the nanorods takes place.
Die chemische Vernetzungsreaktion wird durch eine Wärmebehandlung und/oder eine Behandlung mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise mit Strahlung im ultravioletten Bereich, gestartet.The chemical crosslinking reaction is started by a heat treatment and/or a treatment with electromagnetic radiation, for example with radiation in the ultraviolet range.
Für die Ausbildung der Vernetzung können Vernetzungsmittel, welche mit einem Material der Nanostäbchen reagieren können, vor der Herstellung des Nanofasermaterials und/oder nach Ausbildung der Kompositschicht, beispielsweise durch Eintauchen der Kompositschicht in eine Vernetzungsmittel-Lösung, zur Reaktion bereitgestellt werden. Als Vernetzungsmittel für eine Vernetzung von Nanostäbchen, welche PVDF umfassen, eignen sich beispielsweise Di-, Tri- oder Polyamine, insbesondere primäre Diamine.To form the crosslinking, crosslinking agents that can react with a material of the nanorods can be provided for the reaction before the production of the nanofiber material and/or after the formation of the composite layer, for example by immersing the composite layer in a crosslinking agent solution. Examples of suitable crosslinking agents for crosslinking nanorods which comprise PVDF are di-, tri- or polyamines, in particular primary diamines.
Für eine Vernetzung von Nanostäbchen, welche PBI umfassen, eignen sich beispielsweise ein Dialdehyd, insbesondere Glutaraldehyd, oder eine Dibromverbindung, insbesondere (α, α')-Dibrom-para-Xylol, oder eine Diiodverbindung, insbesondere Diiodoktan, beispielsweise 1,8-Diiodoktan, als Vernetzungsmittel.A dialdehyde, in particular glutaraldehyde, or a dibromo compound, in particular (α,α′)-dibromo-para-xylene, or a diiodo compound, in particular diiodoctane, for example 1,8-diiodoctane, are suitable for crosslinking nanorods which comprise PBI , as a crosslinking agent.
Nach Ausbildung und Vernetzung der Kompositschicht, welche zur Bildung der Membran 114 führt, wird mittels einer Applikationsvorrichtung, die relativ zu einer Oberfläche der Membran 114 bewegt wird, die erste Elektrode 110 auf die Membran 114 aufgebracht.After the formation and crosslinking of the composite layer, which leads to the formation of the
Damit ist die Herstellung des elektrochemisch aktiven Verbundes 158, welcher die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112, die Membran 114 und die erste Elektrode 110 umfasst, abgeschlossen.This completes the production of the electrochemically
Ein Beispiel für die Herstellung eines solchen elektrochemisch aktiven Verbundes 158 ist im Abschnitt 2.1 des Artikels von M. Breitwieser et al.: „A fully spray-coated fuel cell membrane electrode assembly using Aquivion ionomer with a graphene oxide/cerium oxide interlayer“, Journal of Power Sources 351 (2017), Seiten 145 bis 150, detailliert beschrieben.An example of the production of such an electrochemically
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine Einheit aus einem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und einem Dichtungselement 128, eine erste Gasdiffusionslage 120 sowie eine Bipolarplatte 124 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Dabei wird die erste Gasdiffusionslage 120 jeweils zwischen den elektrochemisch aktiven Verbund 158 und die Bipolarplatte 124 einer jeweiligen elektrochemischen Einheit 100 eingelegt, vorzugsweise ohne stoffschlüssige Verbindung mit dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und/oder mit der Bipolarplatte 124.The first
Eine in
Das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 liegt im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 106 mit einer vorzugsweise im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 164 an einer vorzugsweise im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 166 des Verbund-Dichtungselements 162 an.In the assembled state of the
Das Verbund-Dichtungselement 162 und das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 sind im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 106 mittels einer Einspannkraft, welche beispielsweise mittels einer (nicht dargestellten) Spannvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung 106 auf die aufeinander gestapelten elektrochemischen Einheiten 100 ausgeübt wird, miteinander verpresst.In the assembled state of the
Das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 umfasst einen Bipolarplatten-Abdichtbereich 148, mit welchem das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend anliegt.The gas diffusion
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150 der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.In principle, it can be provided that the bipolar
Vorzugsweise weist der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 152 auf, mit welchen der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the bipolar
Das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 der Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 wird vorzugsweise in einem Spritzgießvorgang an der ersten Gasdiffusionslage 120 gebildet. Hierfür wird die erste Gasdiffusionslage 120 in ein - vorzugsweise mehrteiliges - Spritzgießwerkzeug eingelegt und eine in dem Spritzgießwerkzeug verbleibende Kavität mit dem zunächst fließfähigen Dichtungsmaterial des Gasdiffusionslagen-Dichtungselements 160 befüllt, wobei dieses Dichtungsmaterial in einen Bereich der ersten Gasdiffusionslage 120 eindringt, welcher später einen Anbindungsbereich 140' des Gasdiffusionslagen-Dichtungselements 160 bildet.The gas diffusion
Nach dem (zumindest teilweisen) Aushärten des Dichtungsmaterials des Gasdiffusionslagen-Dichtungselements 160 wird das Spritzgießwerkzeug geöffnet und die Einheit aus der ersten Gasdiffusionslage 120 und dem an dieselbe angespritzten Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 entnommen.After the (at least partial) curing of the sealing material of the gas diffusion
Das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 umfasst somit vorzugsweise den Anbindungsbereich 140', welcher sich in die erste Gasdiffusionslage 120 hinein erstreckt.The gas diffusion
Das poröse Material, aus welchem die erste Gasdiffusionslage 120 gebildet ist, wird in diesem Anbindungsbereich 140' von dem Dichtungsmaterial, aus welchem das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 gebildet ist, infiltriert. The porous material from which the first
Das Verbund-Dichtungselement 162 wird vorzugsweise in einem Spritzgießvorgang an dem elektrochemisch aktiven Verbund 158, welcher die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112, die Membran 114 und die erste Elektrode 110 umfasst, gebildet, vorzugsweise so, wie dies bereits vorstehend im Zusammenhang mit der in
Das Verbund-Dichtungselement 162 umfasst einen im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 abgewandten weiteren Bipolarplatten-Abdichtbereich 154, mit welchem das Verbund-Dichtungselement 162 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an der Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' der elektrochemischen Vorrichtung 106 abdichtend anliegt.The
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 des Verbund-Dichtungselements 162 eine im Wesentlichen ebene Dichtfläche aufweist, mit welcher der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150' der Bipolarplatte 124' der benachbarten elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.In principle, it can be provided that the additional bipolar
Vorzugsweise weist der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 156 auf, mit welchen der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124' der benachbarten elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.However, the further bipolar
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Bei dieser Ausführungsform ist vielmehr die erste Elektrode 110 als eine auf die erste Gasdiffusionslage 120 applizierte Beschichtung ausgebildet, so dass die erste Elektrode 110 und die erste Gasdiffusionslage 120 zusammen einen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 der elektrochemischen Einheit 100 bilden.Rather, in this embodiment,
Das Elektrodenmaterial der ersten Elektrode 110 wird beispielsweise mittels einer Sprühbeschichtung auf die erste Gasdiffusionslage 120 aufgebracht. Dabei bildet die erste Gasdiffusionslage 120 ein Substrat für die erste Elektrode 110.The electrode material of the
Zur Aufbringung des Elektrodenmaterials kann eine Applikationsvorrichtung über eine Oberfläche der ersten Gasdiffusionslage 120 bewegt werden. Alternativ hierzu kann die Applikationsvorrichtung stationär angeordnet sein und die erste Gasdiffusionslage 120 relativ zu der Applikationsvorrichtung bewegt werden.To apply the electrode material, an application device can be moved over a surface of the first
Wie aus
Insbesondere steht die erste Elektrode 110 bei dieser Ausführungsform vorzugsweise nicht in Kontakt mit dem Dichtungselement 128 der Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100.In particular, in this embodiment, the
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine Einheit aus einem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und einem Dichtungselement 128, ein zweiter elektrochemisch aktiver Verbund 168 aus der ersten Gasdiffusionslage 120 und der daran ausgebildeten ersten Elektrode 110 sowie eine Bipolarplatte 124 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Dabei wird der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 aus der ersten Gasdiffusionslage 120 und der ersten Elektrode 110 jeweils zwischen den ersten elektrochemisch aktiven Verbund 148 und die Bipolarplatte 124 einer jeweiligen elektrochemischen Einheit 100 eingelegt, vorzugsweise ohne stoffschlüssige Verbindung mit dem ersten elektrochemisch aktiven Verbund 158 und/oder mit der Bipolarplatte 124.The second electrochemically active composite 168 consisting of the first
Im Übrigen stimmt die in
Eine ausschnittsweise in
Die erste Elektrode 110 wird bei dieser Ausführungsform vielmehr als eine auf die erste Gasdiffusionslage 120 applizierte Beschichtung ausgebildet, so dass die erste Elektrode 110 und die erste Gasdiffusionslage 120 zusammen einen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 der elektrochemischen Einheit 100 bilden.In this embodiment, the
Das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 wird bei dieser Ausführungsform an die erste Gasdiffusionslage 120, beispielsweise durch Anspritzen, angebunden, nachdem die erste Elektrode 110 bereits an der ersten Gasdiffusionslage 120 gebildet worden ist.In this embodiment, the gas diffusion
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine Einheit aus einem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und einem Verbund-Dichtungselement 162, eine Einheit aus einem zweiten elektrochemisch aktiver Verbund 168 und einem Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 sowie eine Bipolarplatte 124 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Dabei wird der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 aus der ersten Gasdiffusionslage 120 und der ersten Elektrode 110 jeweils zwischen den elektrochemisch aktiven Verbund 158 und die Bipolarplatte 124 einer jeweiligen elektrochemischen Einheit 100 eingelegt, vorzugsweise ohne stoffschlüssige Verbindung mit dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und/oder mit der Bipolarplatte 124.The second electrochemically active composite 168 consisting of the first
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Vielmehr bilden die erste Elektrode 110 und die Membran 114 bei dieser Ausführungsform zusammen mit der ersten Gasdiffusionslage 120 einen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168, in welchem die erste Elektrode 110 als eine auf die erste Gasdiffusionslage 120 applizierte Beschichtung ausgebildet ist und die Membran 114 als eine auf die erste Elektrode 110 applizierte Beschichtung ausgebildet ist.Rather, in this embodiment,
Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise ein äußerer Rand 138 der zweiten Gasdiffusionslage 122 und/oder ein äußerer Rand 134 der zweiten Elektrode 112 gegenüber dem äußeren Rand 136 der ersten Gasdiffusionslage 120, gegenüber dem äußeren Rand 132 der ersten Elektrode 110 und/oder gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.In this embodiment, an
Bei dieser Ausführungsform weist das Dichtungselement 128 einen Membran-Abdichtbereich 170 auf, mit welchem das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Membran 114 des zweiten elektrochemisch aktiven Verbundes 168 abdichtend anliegt.In this embodiment, the sealing
Der Membran-Abdichtbereich 170 ist vorzugsweise zwischen dem Anbindungsbereich 140 und dem weiteren Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 des Dichtungselements 128 angeordnet.The
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Membran-Abdichtbereich 170 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 172 der Membran 114 abdichtend anliegt.In principle, it can be provided that the
Vorzugsweise weist der Membran-Abdichtbereich 170 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 174 auf, mit welchen der Membran-Abdichtbereich 170 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine Einheit aus einem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und einem Dichtungselement 128, ein zweiter elektrochemisch aktiver Verbund 168 aus einer ersten Gasdiffusionslage 120, der daran gebildeten ersten Elektrode 110 und der daran gebildeten Membran 114 sowie eine Bipolarplatte 124 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Dabei wird der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 aus der ersten Gasdiffusionslage 120, der ersten Elektrode 110 und der Membran 114 jeweils zwischen den elektrochemisch aktiven Verbund 158 aus der zweiten Gasdiffusionslage 122 und der zweiten Elektrode 112 einerseits und die Bipolarplatte 124 einer jeweiligen elektrochemischen Einheit 100 andererseits eingelegt, vorzugsweise ohne stoffschlüssige Verbindung mit dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und/oder mit der Bipolarplatte 124.The second electrochemically active composite 168 made of the first
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Der zweite Teil 114b der Membran 114 bildet bei dieser Ausführungsform einen Bestandteil des zweiten elektrochemisch aktiven Verbundes 168, welcher außerdem die erste Elektrode 110 und die erste Gasdiffusionslage 120 umfasst. An diesen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 ist das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 der Dichtung 126 angebunden, beispielsweise durch Anspritzen.In this embodiment, the
Vorzugsweise umfassen der erste Teil 114a und der zweite Teil 114b der Membran 114 jeweils ungefähr die Hälfte der Membran 114.Preferably, the
Anders als bei der in
Vielmehr sind der äußere Rand 136 der ersten Gasdiffusionslage 120 und der äußere Rand 138 der zweiten Gasdiffusionslage 122 bei dieser Ausführungsform - längs der Stapelrichtung 104 gesehen - im Wesentlichen bündig miteinander.Rather, the
Günstig ist es, wenn der erste elektrochemisch aktive Verbund 158 und der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sind.It is favorable if the first electrochemically
Besonders günstig ist es, wenn der erste elektrochemisch aktive Verbund 158 und der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 identisch miteinander ausgebildet sind und beim Assemblieren der elektrochemischen Vorrichtung 106 lediglich in zwei verschiedenen Positionen, welche durch Rotation um eine senkrecht zur Stapelrichtung 104 verlaufende Rotationsachse ineinander überführbar sind, in der elektrochemischen Einheit 100 angeordnet werden.It is particularly favorable if the first electrochemically
Der erste Teil 114a der Membran 114 ist bei dieser Ausführungsform als eine auf die zweite Elektrode 112 applizierte Beschichtung ausgebildet.In this embodiment, the
Der zweite Teil 114b der Membran 114 ist bei dieser Ausführungsform als eine auf die erste Elektrode 110 applizierte Beschichtung ausgebildet.In this embodiment, the
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine Einheit aus einem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und einem Verbund-Dichtungselement 162, eine Einheit aus einem zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 und einem Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 sowie eine Bipolarplatte 124 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Dabei wird der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 aus der ersten Gasdiffusionslage 120, der ersten Elektrode 110 und dem zweiten Teil 114b der Membran 114 jeweils zwischen den ersten elektrochemisch aktiven Verbund 158 und die Bipolarplatte 124 einer jeweiligen elektrochemischen Einheit 100 eingelegt, vorzugsweise ohne stoffschlüssige Verbindung mit dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 und/oder mit der Bipolarplatte 124.The second electrochemically active composite 168 made up of the first
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Zur Herstellung des Dichtungselements 128 an dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 der elektrochemischen Einheit 100 wird dabei so vorgegangen, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158 zusammen mit der Bipolarplatte 124' in eine Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt wird und der in der Kavität verbleibende Raum mittels des - zunächst fließfähigen - Dichtungsmaterial des Dichtungselements 128 befüllt wird.To produce the sealing
Nach dem Aushärten des Dichtungselements 128 ist dasselbe nicht nur mit dem elektrochemisch aktiven Verbund 158, sondern auch mit der Bipolarplatte 124' stoffschlüssig verbunden.After the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Bei dieser Ausführungsform umfasst das Dichtungselement 128 vorzugsweise einen Elektroden-Abdichtbereich 176, mit welchem das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt. In this embodiment, the sealing
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Elektroden-Abdichtbereich 176 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 178 der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.In principle, it can be provided that the
Vorzugsweise weist der Elektroden-Abdichtbereich 176 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 180 auf, mit welchen der Elektroden-Abdichtbereich 176 abdichtend an der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the
Bei der Herstellung dieser Ausführungsform der elektrochemischen Einheit wird die Bipolarplatte 124 in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt und das verbleibende Volumen der Kavität wird mit dem Dichtungsmaterial befüllt, aus welchem das Dichtungselement 128 gebildet wird.In the manufacture of this embodiment of the electrochemical unit, the
Somit wird eine Einheit aus der Bipolarplatte 124 und dem Dichtungselement 128 gebildet.A unit is thus formed from the
Bei dieser Ausführungsform ist das Dichtungselement 128 vorzugsweise nicht mit der ersten Gasdiffusionslage 120 und/oder nicht mit der zweiten Gasdiffusionslage 122 verbunden, insbesondere nicht stoffschlüssig verbunden.In this embodiment, the sealing
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine Einheit aus der Bipolarplatte 124 und dem Dichtungselement 128, die erste Gasdiffusionslage 120 und der elektrochemisch aktive Verbund 158 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Dabei wird die erste Gasdiffusionslage 120 jeweils zwischen die Bipolarplatte 124 mit dem daran angeordneten Dichtungselement 128 einerseits und den elektrochemisch aktiven Verbund 158 andererseits eingelegt, vorzugsweise ohne stoffschlüssige Verbindung mit der Bipolarplatte 124 und/oder mit dem elektrochemisch aktiven Verbund 158.The first
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Das Bipolarplatten-Dichtungselement 182 ist beispielsweise durch Anspritzen stoffschlüssig mit der weiteren Bipolarplatte 124' der der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten elektrochemischen Einheit 100' verbunden.The bipolar
Das Bipolarplatten-Dichtungselement 182 weist einen Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 auf, mit welchem das Bipolarplatten-Dichtungselement 182 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124 anliegt.The bipolar
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150 der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.In principle, it can be provided that the bipolar
Vorzugsweise weist der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 152 auf, mit welchen der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the bipolar
Das Elektroden-Dichtungselement 184 ist beispielsweise durch Anspritzen stoffschlüssig an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden.The
Das Elektroden-Dichtungselement 184 umfasst einen Elektroden-Abdichtbereich 176, mit welchem das Elektroden-Dichtungselement 184 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.The
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Elektroden-Abdichtbereich 176 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 178 der ersten Elektrode 110 anliegt.In principle, it can be provided that the
Vorzugsweise weist der Elektroden-Abdichtbereich 176 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 180 auf, mit welchen der Elektroden-Abdichtbereich 176 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Das erste Dichtungselement 128 und das weitere Dichtungselement 186 der Dichtung 126 wirken nach dem Nut-und-Feder-Prinzip zusammen, wobei das weitere Dichtungselement 186 in eine an dem ersten Dichtungselement 128 vorgesehene Nut 188 eingreift.The
Die Nut 188 kann seitlich von zwei Dichtlippen 156 des ersten Dichtungselements 128 begrenzt sein.The
Durch das Eingreifen des weiteren Dichtungselements 186 in die Nut 188 des ersten Dichtungselements 128 wird eine besonders zuverlässige Abdichtung mittels der Dichtung 126 erzielt.The engagement of the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Um dies zu ermöglichen, ist bei dieser Ausführungsform der äußere Rand 132 der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.To facilitate this, in this embodiment, the
Das Membran-Dichtungselement 190 ist vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen, an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden.The
Das Membran-Dichtungselement 190 umfasst einen Membran-Abdichtbereich 170, mit welchem das Membran-Dichtungselement 190 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend anliegt.The
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Membran-Abdichtbereich 170 des Membran-Dichtungselements 190 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 172 der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.In principle, it can be provided that the
Vorzugsweise weist der Membran-Abdichtbereich 170 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 174 auf, mit welchen der Membran-Abdichtbereich 170 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Um dies zu ermöglichen, ist bei dieser Ausführungsform der äußere Rand 132 der ersten Elektrode 110 gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114 der elektrochemischen Einheit nach innen, das heißt zu dem Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.To accommodate this, in this embodiment, the
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Membran-Abdichtbereich 170 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 172 der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.Basically it can be provided that the
Vorzugsweise weist der Membran-Abdichtbereich 170 des Dichtungselements 128 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 174 auf, mit welchen der Membran-Abdichtbereich 170 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit abdichtend an der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Die Anbindung des Dichtungselements 128 an die erste Gasdiffusionslage 120 wird vorzugsweise durch Anspritzen erzeugt.The connection of the sealing
Dazu werden die Bipolarplatte 124 und die erste Gasdiffusionslage 120 der elektrochemischen Einheit 100 in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt, und das verbleibende Volumen der Kavität wird mit dem - zunächst fließfähigen - Dichtungsmaterial befüllt, aus welchem dann durch Aushärtung das Dichtungselement 128 gebildet wird.For this purpose, the
Dabei dringt das Dichtungsmaterial in einem Anbindungsbereich 140' des Dichtungselements 128 in das poröse Material der ersten Gasdiffusionslage 120 ein, so dass in diesem Bereich die erste Gasdiffusionslage 120 mit dem Dichtungsmaterial des Dichtungselements 128 infiltriert ist.The sealing material penetrates into the porous material of the first
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine Einheit aus der Bipolarplatte 124, der ersten Gasdiffusionslage 120 und dem Dichtungselement 128 und ein elektrochemisch aktiver Verbund 158 aus der zweiten Gasdiffusionslage 122, der zweiten Elektrode 112, der Membran 114 und der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Dabei wird der elektrochemisch aktive Verbund 158 jeweils zwischen die Einheit aus der Bipolarplatte 124, der ersten Gasdiffusionslage 120 und dem Dichtungselement 128 der elektrochemischen Einheit 100 einerseits und die Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' eingelegt, vorzugsweise ohne stoffschlüssige Verbindung mit der ersten Gasdiffusionslage 120, dem Dichtungselement 128 und/oder der weiteren Bipolarplatte 124'.The electrochemically
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Die erste Elektrode 110 ist bei dieser Ausführungsform als eine auf die erste Gasdiffusionslage 120 applizierte Beschichtung ausgebildet, so dass die erste Gasdiffusionslage 120 und die erste Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 zusammen einen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 der elektrochemischen Einheit 100 bilden.In this embodiment, the
Das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 ist bei dieser Ausführungsform an die Bipolarplatte 124 und an den zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168, das heißt an die erste Gasdiffusionslage 120 und die erste Elektrode 110, angebunden.In this embodiment, the sealing
Das Dichtungselement 128 ist vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen, mit der Bipolarplatte 124, mit der ersten Gasdiffusionslage 120 und mit der ersten Elektrode 110 verbunden.The sealing
Für die Herstellung der Einheit aus der Bipolarplattenlage 124, dem zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 und dem Dichtungselement 128 werden die Bipolarplatte 124 und der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingelegt, und das in der Kavität verbleibende Restvolumen wird mit dem - zunächst fließfähigen - Dichtungsmaterial befüllt, aus welchem durch Aushärtung das Dichtungselement 128 gebildet wird.For the production of the unit from the
Ferner umfasst das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 bei dieser Ausführungsform statt eines Elektroden-Abdichtbereichs 176 einen Membran-Abdichtbereich 170, mit welchem das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an einer Dichtfläche 172 der Membran 114 abdichtend anliegt.Furthermore, in this embodiment, the sealing
Um dies zu ermöglichen, ist bei dieser Ausführungsform der äußere Rand 132 der ersten Elektrode 110 gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.In order to facilitate this, in this embodiment the
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 ein erster elektrochemisch aktiver Verbund 158, welcher die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und die Membran 114 umfasst, und die Einheit aus der Bipolarplatte 124, dem zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 und dem Dichtungselement 128 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Bei dieser Ausführungsform umfasst die elektrochemische Einheit 100 eine Randverstärkungsanordnung oder Subgasket 192, das an den elektrochemisch aktiven Verbund 158, beispielsweise an die erste Elektrode 110, an die Membran 114 und/oder an die zweite Elektrode 112, angebunden ist.In this embodiment, the
Vorzugsweise ist das Subgasket 192 stoffschlüssig an den elektrochemisch aktiven Verbund 158 angebunden.The
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Subgasket 192 durch Verklebung und/oder durch Heißverpressen an den elektrochemisch aktiven Verbund 158, vorzugsweise an die erste Elektrode 110, an die Membran 114 oder an die zweite Elektrode 112, angebunden ist.For example, it can be provided that the
Das Dichtungselement 128 umfasst bei dieser Ausführungsform einen oder mehrere Subgasket-Abdichtbereiche 194a, 194b, wobei ein erster Subgasket-Abdichtbereich 194a den Elektroden-Abdichtbereich 176 der achten Ausführungsform und ein zweiter Subgasket-Abdichtbereich 194b den weiteren Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 der achten Ausführungsform ersetzen kann.In this embodiment, the sealing
Mit dem ersten Subgasket-Abdichtbereich 194a liegt das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an einem ersten Bereich 196a des Subgaskets 192 an, welcher an dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 der elektrochemischen Einheit 100, beispielsweise an der ersten Elektrode 110, an der Membran 114 oder an der zweiten Elektrode 112, festgelegt ist.With the first
Im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Subgasket-Abdichtbereich 194a als eine Flachdichtung oder als eine Streifendichtung ausgebildet, welche mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 198 an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 198 des ersten Bereichs 196a des Subgaskets 192 abdichtend anliegt.In the exemplary embodiment shown in the drawing, the first
Alternativ hierzu könnte auch vorgesehen sein, dass der erste Subgasket-Abdichtbereich 194a des Dichtungselements 128 eine, zwei oder mehr Dichtlippen aufweist, mit welchen der erste Subgasket-Abdichtbereich 194a abdichtend an der Dichtfläche 198 des ersten Bereichs 196a des Subgaskets 192 anliegt.As an alternative to this, provision could also be made for the first
Mit dem zweiten Subgasket-Abdichtbereich 194b liegt das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit abdichtend an einem zweiten Bereich 196b des Subgaskets 192 an, welcher seinerseits abdichtend an der Bipolarplatte 124' der der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.With the second
In dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zweite Subgasket-Abdichtbereich 194b eine, zwei oder mehr Dichtlippen 202 aufweist, mit welchen der zweite Subgasket-Abdichtbereich 194b abdichtend an dem zweiten Bereich 196b des Subgaskets 192 anliegt.In the exemplary embodiment shown in the drawing, provision is made for the second
Alternativ hierzu könnte auch vorgesehen sein, dass der zweite Subgasket-Abdichtbereich 194b des Dichtungselements 128 als eine Flachdichtung oder eine Streifendichtung ausgebildet ist, welche mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an der ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 204 des zweiten Bereichs 196b des Subgaskets 192 abdichtend anliegt.As an alternative to this, provision could also be made for the second
Ferner kann das Dichtungselement 128 bei dieser Ausführungsform einen Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 umfassen, mit welchem das Dichtungselement 126 direkt an der Bipolarplatte 124' der weiteren elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.Furthermore, the sealing
Im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 eine, zwei oder mehr Dichtlippen 156 auf, mit welchen der Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an einer vorzugsweise im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150' der weiteren Bipolarplatte 124' der weiteren elektrochemischen Einheit 100' anliegt.In the exemplary embodiment illustrated in the drawing, the bipolar
Die erste Gasdiffusionslage 120 kann im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 unter einer Anpresskraft an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegen.When the
Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Gasdiffusionslage 120 stoffschlüssig an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden ist.Provision can also be made for the first
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Gasdiffusionslage 120 an die Bipolarplatte 124 angespritzt oder mit der Bipolarplatte 124 verklebt ist.For example, it can be provided that the first
Eine solche stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Gasdiffusionslage 120 und der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 kann auch bei allen anderen vorstehend oder nachstehend beschriebenen, insbesondere bei den in den
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Die erste Elektrode 110 ist bei dieser Ausführungsform als eine auf die erste Gasdiffusionslage 120 applizierte Beschichtung ausgebildet, so dass die erste Gasdiffusionslage 120 und die erste Elektrode 110 zusammen einen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 der elektrochemischen Einheit 100 bilden.In this embodiment, the
Das Subgasket 192 ist bei dieser Ausführungsform an der Membran 114 des ersten elektrochemisch aktiven Verbundes 158 der elektrochemischen Einheit 100 festgelegt, beispielsweise durch Verklebung und/oder durch Heißverpressen.In this embodiment, the
Um dies zu ermöglichen, ist der äußere Rand 132 der ersten Elektrode 110 bei dieser Ausführungsform gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.In order to facilitate this, the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Das Bipolarplatten-Dichtungselement 182 bildet neben dem an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100, beispielsweise durch Anspritzen, angebundenen Dichtungselement 128 einen weiteren Bestandteil der Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100.In addition to sealing
Im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Bipolarplatten-Dichtungselement 182 einen Subgasket-Abdichtbereich 206 auf, mittels welchem das Bipolarplatten-Dichtungselement 182 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an dem zweiten Bereich 196b des Subgaskets 192 abdichtend anliegt.In the exemplary embodiment shown in the drawing, the bipolar
Im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Subgasket-Abdichtbereich 206 des Bipolarplatten-Dichtungselements 182 eine, zwei oder mehr Dichtlippen 208 auf, mit welchen der Subgasket-Abdichtbereich 206 abdichtend an einer weiteren Dichtfläche 210 des zweiten Bereichs 196b des Subgaskets 192 anliegt.In the exemplary embodiment illustrated in the drawing, the
Alternativ hierzu könnte auch vorgesehen sein, dass der Subgasket-Abdichtbereich 206 des Bipolarplatten-Dichtungselements 182 als eine Flachdichtung oder als eine Streifendichtung ausgebildet ist, welche mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 210 des zweiten Bereichs 196b des Subgaskets 192 abdichtend anliegt. As an alternative to this, it could also be provided that the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Die erste Elektrode 110 ist bei dieser Ausführungsform als eine auf die erste Gasdiffusionslage 120 applizierte Beschichtung ausgebildet, so dass die erste Gasdiffusionslage 120 und die erste Elektrode 110 zusammen einen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 der elektrochemischen Einheit 100 bilden.In this embodiment, the
Das Subgasket 192 ist bei dieser Ausführungsform an der Membran 114 des ersten elektrochemisch aktiven Verbundes 158 festgelegt, beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung.In this embodiment, the
Um dies zu ermöglichen, ist der äußere Rand 132 der ersten Elektrode 110 gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.To facilitate this, the
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Dichtungselement 128 an den zweiten Bereich 196b des Subgaskets 192 angebunden ist.Provision is preferably made here for the sealing
Der erste Bereich 196a des Subgaskets 192 ist an dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 festgelegt, beispielsweise an der ersten Elektrode 110. Diese Festlegung kann beispielsweise durch Verklebung oder Heißverpressung erfolgen.The
Das Dichtungselement 128 umfasst einen Bipolarplatten-Abdichtbereich 148, mit welchem das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend anliegt.The sealing
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 mit einer im Wesentlichen ebenen Dichtfläche an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150 der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.In principle, it can be provided that the bipolar
Vorzugsweise weist der Bipolarplatten-Abdichtbereich 148 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 152 auf, mit welchen der Bipolarplatten-Abdichtbereich 158 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.However, the bipolar
Ferner umfasst das Dichtungselement 128 einen im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 abgewandten weiteren Bipolarplatten-Abdichtbereich 154, mit welchem das Dichtungselement 128 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an der Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' der elektrochemischen Vorrichtung 106 abdichtend anliegt.Furthermore, the sealing
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 des Dichtungselements 128 eine im Wesentlichen ebene Dichtfläche aufweist, mit welcher der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 an einer ebenfalls im Wesentlichen ebenen Dichtfläche 150' der Bipolarplatte 124' der benachbarten elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.In principle, it can be provided that the additional bipolar
Vorzugsweise weist der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 jedoch eine, zwei oder mehr Dichtlippen 156 auf, mit welchen der weitere Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Bipolarplatte 124' der benachbarten elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt.However, the further bipolar
Bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung 106 werden für jede elektrochemische Einheit 100 eine erste Gasdiffusionslage 120, ein elektrochemisch aktiver Verbund 158 und eine Einheit aus dem Subgasket 192 und dem Dichtungselement 128 so relativ zueinander angeordnet, wie dies aus
Die erste Gasdiffusionslage 120 kann vor der Assemblierung auf den elektrochemisch aktiven Verbund 158 auflaminiert werden.The first
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Die erste Elektrode 110 ist bei dieser Ausführungsform als eine auf die erste Gasdiffusionslage 120 applizierte Beschichtung ausgebildet, so dass die erste Gasdiffusionslage 120 und die erste Elektrode 110 zusammen einen zweiten elektrochemisch aktiven Verbund 168 bilden.In this embodiment, the
Das Subgasket 192 ist bei dieser Ausführungsform an die Membran 114 des ersten elektrochemisch aktiven Verbunds 158 angebunden, beispielsweise durch Verklebung oder Heißpressung.In this embodiment, the
Um dies zu ermöglichen, ist der äußere Rand 132 der ersten Elektrode 110 gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.To facilitate this, the
Der zweite elektrochemisch aktive Verbund 168 kann auf den ersten elektrochemisch aktiven Verbund 158 auflaminiert sein.The second electrochemically active composite 168 can be laminated to the first electrochemically
Im Übrigen stimmt die in
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021105029.4A DE102021105029A1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021105029.4A DE102021105029A1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021105029A1 true DE102021105029A1 (en) | 2022-09-08 |
Family
ID=82898252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021105029.4A Pending DE102021105029A1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021105029A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1489677A2 (en) | 2003-06-20 | 2004-12-22 | Ballard Power Systems Inc. | Method of making a membrane electrode assembly for electrochemical fuel cells |
DE112007000072B4 (en) | 2006-06-26 | 2013-03-28 | Panasonic Corporation | The solid polymer electrolyte fuel cell |
DE102013014083A1 (en) | 2013-08-27 | 2015-03-05 | Elcomax Gmbh | Process for producing a membrane-electrode assembly with circumferential seal and membrane-electrode assembly |
DE102018115994A1 (en) | 2018-07-02 | 2020-01-02 | Elringklinger Ag | Assembly for an electrochemical device and method for producing such an assembly |
DE102018115987A1 (en) | 2018-07-02 | 2020-01-02 | Elringklinger Ag | Method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit and assembly from a gas diffusion layer and a sealing element |
-
2021
- 2021-03-02 DE DE102021105029.4A patent/DE102021105029A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1489677A2 (en) | 2003-06-20 | 2004-12-22 | Ballard Power Systems Inc. | Method of making a membrane electrode assembly for electrochemical fuel cells |
DE112007000072B4 (en) | 2006-06-26 | 2013-03-28 | Panasonic Corporation | The solid polymer electrolyte fuel cell |
DE102013014083A1 (en) | 2013-08-27 | 2015-03-05 | Elcomax Gmbh | Process for producing a membrane-electrode assembly with circumferential seal and membrane-electrode assembly |
DE102018115994A1 (en) | 2018-07-02 | 2020-01-02 | Elringklinger Ag | Assembly for an electrochemical device and method for producing such an assembly |
DE102018115987A1 (en) | 2018-07-02 | 2020-01-02 | Elringklinger Ag | Method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit and assembly from a gas diffusion layer and a sealing element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112014005610B4 (en) | Power generating body | |
DE102011105072B3 (en) | Retention device for fuel cell for converting chemical energy into electrical power, has membrane arranged between frame elements in form-fit manner, and sealing element arranged on outer portion of one frame element with larger frame width | |
DE102018114003A1 (en) | FUEL CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME | |
DE10207743A1 (en) | Electrode for polymer electrolyte fuel cell e.g. for electric vehicle or motorized wheelchair, has solid polymer electrolyte membrane, electrode layers and reinforcing members integrally formed by sealing member | |
DE19829142A1 (en) | Gas-tight combination of bipolar plate and membrane-electrode assembly of polymer electrolyte membrane fuel cells | |
DE102011118817A1 (en) | FUEL CELL separator | |
DE102018101316A1 (en) | MICRICUTTURE FOR FUEL CELLS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME | |
EP1653538A1 (en) | Cooling plate module with integrated sealant for a fuel cell stack | |
DE102019108375A1 (en) | FUEL CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE FUEL CELL | |
WO2022128479A1 (en) | Membrane-electrode unit for an electrochemical cell, and process for manufacturing a membrane-electrode unit | |
DE102020207919A1 (en) | Fuel cell assembly and method for manufacturing a fuel cell assembly | |
DE112007000540T5 (en) | Separator and fuel cell | |
DE102021105029A1 (en) | Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device | |
DE102015002500A1 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
DE102021105017A1 (en) | Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device | |
EP4166691A1 (en) | Frame for pem electrolytic cells and pem electrolytic cell stack for producing high pressure hydrogen by means of differential pressure electrolysis | |
WO2022084014A1 (en) | Membrane-electrode assembly for an electrochemical cell and method for the production of a membrane-electrode assembly | |
DE102010054305A1 (en) | Fuel cell stack e.g. polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell stack has gas diffusion layers fixed on adjacent bipolar plate and formed with stabilization layers | |
DE102020128043A1 (en) | Bipolar plate with integrated coolant channel | |
DE112004001748B4 (en) | Fuel cell assembly and method of manufacture | |
DE102018220418A1 (en) | Method for producing a membrane electrode arrangement | |
DE102022202113A1 (en) | Membrane electrode assembly, electrochemical cell and method of making membrane electrode assemblies | |
DE102018204816A1 (en) | The fuel cell assembly | |
DE102021212400A1 (en) | Electrochemical cell having a membrane-electrode assembly, a diffusion layer and a distributor plate, and method of making an electrochemical cell | |
DE102020216098A1 (en) | Electrochemical cell and method of making an electrochemical cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |