DE102021105029A1 - Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device - Google Patents

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Alejandro Orozco Arenas
David Fischer
Georgios Polymeros
Manuel Salzmann
Michael Götz
Sandra Temmel
Jürgen Kraft
Martin Quintus
Thomas Dix-Landgraf
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Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
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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.
This object is achieved according to the invention by a method for producing an electrochemical unit for an electrochemical device, which comprises the following:
  • - 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.
A preferred embodiment of the method according to the invention for producing an electrochemical unit for an electrochemical device comprises the following:
  • - 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.
In the drawings show:
  • 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 1 ein Längsschnitt durch einen äußeren Randbereich derselben dargestellt ist, ist beispielsweise als eine Brennstoffzelle 102 ausgebildet.An electrochemical unit, designated as a whole by 100, of which 1 a longitudinal section through an outer edge region thereof is shown, for example, as a fuel cell 102 is formed.

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 electrochemical units 102 is formed from a plurality of electrochemical units 100 which follow one another along a stacking direction (z-direction) 104 .

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 electrochemical units 100, in particular a fuel cell stack, forms part of an electrochemical device 106, which is used to convert chemical reaction energy, which is produced when a fuel reacts with an oxidizing agent, into electrical energy. Hydrogen, alcohol, in particular methanol, butane or natural gas are particularly suitable as fuels.

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 fuel cell 102 is a polymer electrolyte fuel cell configured as a low temperature fuel and is typically operated at an operating temperature in the range of about 60°C to about 120°C.

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 electrochemical units 100 includes an electrochemically active unit 108 in which the electrochemical reactions take place during operation of the electrochemical device.

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 active unit 108 comprises a first electrode 110, a second electrode 112 and a membrane 114 arranged between the two electrodes 110 and 112.

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 first electrode 110 is designed as a cathode 116 at which oxygen is reduced during operation of the electrochemical device 106 .

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 second electrode 112 to be in the form of an anode 118 at which hydrogen is oxidized during operation of the electrochemical device 106 .

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 1 dargestellte Ausführungsform und auch für alle anderen nachstehend beschriebenen und/oder zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen von elektrochemischen Einheiten 100.However, it can also be provided that the first electrode 110 is in the form of an anode and the second electrode 112 is in the form of a cathode 116 . This applies to the in 1 embodiment shown and also for all other embodiments of electrochemical units 100 described below and/or shown in the drawing.

Die Membran 114 dient einer Protonenleitung von der Anode 118 zu der Kathode 116.The membrane 114 serves to conduct protons from the anode 118 to the cathode 116.

Die Membran 114 kann mehrlagig aufgebaut sein.The membrane 114 can be constructed in multiple layers.

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 membrane 114 is formed as a composite layer, which preferably includes an ionomer material.

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 electrochemical unit 100 further includes a first gas diffusion layer 120 disposed adjacent to the first electrode 110 and a second gas diffusion layer 122 disposed adjacent to the second electrode 112 .

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 first electrode 110 and to the second electrode 112.

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 gas diffusion layer 120 and/or the second gas diffusion layer 122 can be formed from non-woven carbon fibers (so-called carbon papers), for example.

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 gas diffusion layer 120 and/or the second gas diffusion layer 122 may each comprise a microporous layer (MPL).

Die mikroporöse Schicht ist vorzugsweise der elektrochemisch aktiven Einheit 108 zugewandt.The microporous layer preferably faces the electrochemically active unit 108 .

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 electrochemical unit 100 comprises a bipolar plate 124 which is arranged adjacent to the first gas diffusion layer 120 of the electrochemical unit 100 in question.

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 bipolar plate 124 ′ of a further electrochemical unit 100 ′ of the electrochemical device 106 adjacent to the electrochemical unit 100 is arranged adjacent to the second gas diffusion layer 122 of the electrochemical unit 100 .

Die Bipolarplatten 124, 124' trennen die Gasräume von längs der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgenden elektrochemischen Einheiten 100, 100' voneinander.The bipolar plates 124, 124' separate the gas spaces of electrochemical units 100, 100' that follow one another along the stacking direction 104.

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 bipolar plates 124, 124' serve to connect electrochemical units 100, 100' that follow one another in the stacking direction 104 in an electron-conductive manner and thus to connect them electrically in series.

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 bipolar plates 124, 124' are preferably formed from a metallic material. In principle, however, it can also be provided that the bipolar plates 124, 124' are formed from a graphite material.

Jede der Bipolarplatten 124, 124' kann mehrlagig, insbesondere zweilagig, ausgebildet sein.Each of the bipolar plates 124, 124' can be multi-layered, in particular two-layered.

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 bipolar plate 124, 124′ preferably encloses an inner cavity through which a cooling medium can flow, for example in the operating state of the electrochemical device 106 .

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 bipolar plates 124, 124' has a gas flow field on each of its sides, namely an anode-side flow field facing an anode 118 of an electrochemical unit 100, through which a fuel gas can flow during operation of the electrochemical device 106, and a cathode 116 an electrochemical unit 100 facing the cathode-side flow field, through which an oxidizing agent can flow during the operation of the electrochemical device 106 .

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 electrochemical unit 100 and the electrochemical device 106, from one another and/or from medium channels (not shown), which pass through the electrochemical device 106 parallel to the stacking direction 104 and the supply of fuel gas and oxidizing agent serve to the electrochemical units 100 or the removal of reaction products from the electrochemical units 100, each electrochemical unit 100 further comprises a seal 126, which comprises at least one sealing element 128.

Das Dichtungselement 128 ist vorzugsweise aus einem Elastomermaterial gebildet.The sealing member 128 is preferably formed from an elastomeric material.

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 element 128 runs parallel to an outer edge 130 of the membrane 114, parallel to an outer edge 132 of the first electrode 110, parallel to an outer edge 134 of the second electrode 112, parallel to an outer edge 136 of the first gas diffusion layer 120 and/or parallel to an outer edge 138 of the second gas diffusion layer 122 of the electrochemical unit 100.

Das Dichtungselement 128 läuft vorzugsweise längs des Umfangs der elektrochemischen Einheit 100 um und ist vorzugsweise ringförmig geschlossen.The sealing element 128 preferably runs along the circumference of the electrochemical unit 100 and is preferably closed in the form of a ring.

Wie aus 1 zu ersehen ist, ist das Dichtungselement 128 an die zweite Gasdiffusionslage 122, an die zweite Elektrode 112, an die Membran 114 und an die erste Elektrode 110 angebunden.How out 1 As can be seen, the sealing member 128 is bonded to the second gas diffusion layer 122, to the second electrode 112, to the membrane 114 and to the first electrode 110. FIG.

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 element 128 is preferably bonded to the second gas diffusion layer 122, to the second electrode 112, to the membrane 114 and to the first electrode 110, for example by injection molding.

Das Dichtungselement 128 umfasst vorzugsweise einen Anbindungsbereich 140, welcher sich in die zweite Gasdiffusionslage 122 hinein erstreckt.The sealing element 128 preferably comprises a connection area 140 which extends into the second gas diffusion layer 122 .

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 gas diffusion layer 122 is formed is infiltrated in this connection region 140 by the sealing material from which the sealing element 128 is formed.

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 element 128 comprises a bipolar plate sealing region 148 with which the sealing element 128 rests sealingly on the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 plate sealing area 148 bears with a substantially flat sealing surface against a likewise substantially flat sealing surface 150 of the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 .

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 plate sealing area 148 preferably has one, two or more sealing lips 152 with which the bipolar plate sealing area 148 bears sealingly against the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 element 128 comprises a further bipolar plate sealing region 154 which faces away from the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 in the assembled state of the electrochemical unit 100 and with which the sealing element 128 in the assembled state of the electrochemical unit 100 on the bipolar plate 124′ of the adjacent electrochemical unit 100′. of the electrochemical device 106 in a sealing manner.

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 plate sealing area 154 of the sealing element 128 has an essentially flat sealing surface, with which the additional bipolar plate sealing area 154 in the assembled state of the electrochemical unit 100 can be connected to an also essentially flat sealing surface 150 ′ of the bipolar plate 124 ′. the adjacent electrochemical unit 100' sealingly abuts.

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 plate sealing area 154 preferably has one, two or more sealing lips 156, with which the further bipolar plate sealing area 154 in the assembled state of the electrochemical unit 100 rests sealingly on the bipolar plate 124′ of the adjacent electrochemical unit 100′.

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 element 128 of the seal 126 of the electrochemical unit 100 is preferably formed in an injection molding process on an electrochemically active composite 158 which comprises the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112, the membrane 114 and the first electrode 110.

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 active composite 158 is placed in an injection mold - preferably a multi-part one - and a cavity remaining in the injection mold is filled with the initially flowable sealing material of the sealing element 128, with this sealing material penetrating in particular into the area of the second gas diffusion layer 122, which later becomes the connection area 140 of the sealing element 128 forms.

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 element 128, the injection mold is opened and the unit of the electrochemically active composite 158 and the sealing element 128 molded onto the same is removed.

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 first electrode 110, the membrane 114, the second electrode 112 and the second gas diffusion layer 122 of the electrochemical unit 100 form an electrochemically active composite 158 in which the second electrode 112 as a coating applied to the second gas diffusion layer 122, the membrane 114 is formed as a coating applied to the second electrode 112 and the first electrode 110 is formed as a coating applied to the membrane 114 .

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 active unit 108, which is formed directly on a gas diffusion layer by one or more coating processes, is referred to as a “direct MEA”.

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 die zweite Gasdiffusionslage 122 ein Substrat für die zweite Elektrode 112.
The electrochemically active composite 158 can be produced, for example, as follows:
  • An electrode material is applied to the second gas diffusion layer 122, for example by means of a spray coating. The second gas diffusion layer 122 forms a substrate for the second 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 gas diffusion layer 122 . As an alternative to this, the application device can be arranged in a stationary manner and the second gas diffusion layer 122 can be moved relative to the application device.

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 second electrode 112 on the second gas diffusion layer 122, a membrane material is applied to a surface area of the second electrode 112 by means of a further application device, whereupon the membrane 114 forms on this surface.

Das Membranmaterial kann beispielsweise mittels eines Sprühbeschichtungsverfahrens auf die zweite Elektrode 112 aufgebracht werden.The membrane material can be applied to the second electrode 112 by means of a spray coating method, for example.

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 gas diffusion layer 122 and the second electrode 112 forms a substrate for the membrane 114.

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).
A suitable nanofiber material includes, for example, one or more of the following materials:
  • 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 form membrane 114, the composite layer formed during and/or after application of the nanorod ionomer dispersion is crosslinked. During crosslinking, a chemical reaction of molecules of a polymer of a nanorod with molecules of a polymer of another nanorod takes place, with the nanorods having to have a spatial contact point for crosslinking.

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 membrane 114, the first electrode 110 is applied to the membrane 114 by means of an application device that is moved relative to a surface of the membrane 114.

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 active composite 158, which comprises the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112, the membrane 114 and the first electrode 110.

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 active composite 158 is given in Section 2.1 of the article by 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), pages 145 to 150.

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 1 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During the assembly of the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, a unit composed of an electrochemically active composite 158 and a sealing element 128, a first gas diffusion layer 120 and a bipolar plate 124 are arranged relative to one another as shown in FIG 1 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

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 gas diffusion layer 120 is inserted between the electrochemically active composite 158 and the bipolar plate 124 of a respective electrochemical unit 100, preferably without a material connection to the electrochemically active composite 158 and/or to the bipolar plate 124.

Eine in 2 ausschnittsweise dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 für eine elektrochemische Vorrichtung 106 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Dichtung 126 zwei Dichtungselemente 128 umfasst, nämlich ein Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160, das an die erste Gasdiffusionslage 120 angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, und ein Verbund-Dichtungselement 162, das an den elektrochemisch aktiven Verbund 158 angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen.one inside 2 The second embodiment of an electrochemical unit 100 for an electrochemical device 106, which is shown in part, differs from that in 1 illustrated first embodiment in that the seal 126 comprises two sealing elements 128, namely a gas diffusion layer sealing element 160, which is connected to the first gas diffusion layer 120, for example by injection molding, and a composite sealing element 162, which is connected to the electrochemically active composite 158 , for example by injection molding.

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 electrochemical device 106 , the gas diffusion layer sealing element 160 bears with a preferably essentially planar sealing surface 164 against a preferably essentially planar sealing surface 166 of the composite sealing element 162 .

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 electrochemical device 106, the composite sealing element 162 and the gas diffusion layer sealing element 160 are pressed together by means of a clamping force, which is exerted on the electrochemical units 100 stacked on top of one another, for example by means of a clamping device (not shown) of the electrochemical device 106.

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 layer sealing element 160 includes a bipolar plate sealing area 148, with which the gas diffusion layer sealing element 160 rests sealingly on the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 in the assembled state of the electrochemical unit 100.

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 plate sealing area 148 bears with a substantially flat sealing surface against a likewise substantially flat sealing surface 150 of the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 .

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 plate sealing area 148 preferably has one, two or more sealing lips 152 with which the bipolar plate sealing area 148 bears sealingly against the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 layer sealing element 160 of the gasket 126 of the electrochemical assembly 100 is preferably formed on the first gas diffusion layer 120 in an injection molding process. For this purpose, the first gas diffusion layer 120 is placed in a - preferably multi-part - injection mold and a cavity remaining in the injection mold is filled with the initially flowable sealing material of the gas diffusion layer sealing element 160, with this sealing material penetrating into an area of the first gas diffusion layer 120 which later becomes a connection area 140 ' of the gas diffusion layer sealing member 160 forms.

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 layer sealing element 160, the injection mold is opened and the unit consisting of the first gas diffusion layer 120 and the gas diffusion layer sealing element 160 molded onto the same is removed.

Das Gasdiffusionslagen-Dichtungselement 160 umfasst somit vorzugsweise den Anbindungsbereich 140', welcher sich in die erste Gasdiffusionslage 120 hinein erstreckt.The gas diffusion layer sealing element 160 thus preferably comprises the connection area 140 ′, which extends into the first gas diffusion layer 120 .

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 gas diffusion layer 120 is formed is infiltrated in this connection region 140 ′ by the sealing material from which the gas diffusion layer sealing element 160 is formed.

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 1 dargestellten ersten Ausführungsform der elektrochemischen Einheit 100 beschrieben worden ist.The composite sealing element 162 is preferably formed in an injection molding process on the electrochemically active composite 158, which comprises the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112, the membrane 114 and the first electrode 110, preferably in the manner already described above in connection with the in 1 illustrated first embodiment of the electrochemical unit 100 has been described.

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 composite sealing element 162 comprises a further bipolar plate sealing region 154, which faces away from the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is assembled, with which the composite sealing element 162 when the electrochemical unit 100 is assembled on the bipolar plate 124' one of the electrochemical Unit 100 adjacent further electrochemical unit 100 'of the electrochemical device 106 rests sealingly.

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 plate sealing area 154 of the composite sealing element 162 has an essentially flat sealing surface, with which the additional bipolar plate sealing area 154 in the assembled state of the electrochemical unit 100 can be attached to a likewise essentially flat sealing surface 150 ′ of the bipolar plate 124' of the adjacent electrochemical unit 100' rests sealingly.

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 plate sealing area 154 preferably has one, two or more sealing lips 156, with which the further bipolar plate sealing area 154 in the assembled state of the electrochemical unit 100 rests sealingly on the bipolar plate 124′ of the adjacent electrochemical unit 100′.

Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 2 illustrated second embodiment of an electrochemical unit in terms of structure, function and manufacturing method with in 1 illustrated first embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 3 ausschnittsweise dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158, an welchen das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden ist, nur die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und die Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 umfasst, nicht aber die erste Elektrode 110.one inside 3 The third embodiment of an electrochemical unit 100 shown in part differs from that in 1 illustrated first embodiment in that the electrochemically active composite 158, to which the sealing element 128 of the seal 126 of the electrochemical unit 100 is connected, comprises only the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and the membrane 114 of the electrochemical unit 100, but not the first electrode 110.

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, first electrode 110 is configured as a coating applied to first gas diffusion layer 120 , so that first electrode 110 and first gas diffusion layer 120 together form a second electrochemically active composite 168 of electrochemical unit 100 .

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 first electrode 110 is applied to the first gas diffusion layer 120 by means of a spray coating, for example brought. The first gas diffusion layer 120 forms a substrate for the first electrode 110.

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 gas diffusion layer 120 . As an alternative to this, the application device can be arranged in a stationary manner and the first gas diffusion layer 120 can be moved relative to the application device.

Wie aus 3 zu ersehen ist, ist bei dieser Ausführungsform der elektrochemischen Einheit 100 der äußere Rand 132 der ersten Elektrode 110 gegenüber dem äußeren Rand 130 der Membran 114, gegenüber dem äußeren Rand 134 der zweiten Elektrode 112 und/oder gegenüber dem äußeren Rand 138 der zweiten Gasdiffusionslage 122 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.How out 3 As can be seen, in this embodiment of the electrochemical unit 100 the outer edge 132 of the first electrode 110 is opposite the outer edge 130 of the membrane 114, opposite the outer edge 134 of the second electrode 112 and/or opposite the outer edge 138 of the second gas diffusion layer 122 inwards, that is, towards the center of the electrochemical unit 100.

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 first electrode 110 is preferably not in contact with the sealing element 128 of the seal 126 of the electrochemical unit 100.

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 3 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During the assembly of the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, a unit made up of an electrochemically active composite 158 and a sealing element 128, a second electrochemically active composite 168 made up of the first gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 formed thereon, and a bipolar plate 124 are so relative arranged to each other like this 3 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

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 gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 is inserted between the first electrochemically active composite 148 and the bipolar plate 124 of a respective electrochemical unit 100, preferably without a material connection to the first electrochemically active composite 158 and/or or with the bipolar plate 124.

Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 3 illustrated third embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with in 1 illustrated first embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine ausschnittsweise in 4 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158, an welchen das Verbund-Dichtungselement 162, beispielsweise durch Anspritzen, angebunden ist, nur die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und die Membran 114 umfasst, nicht aber die erste Elektrode 110.A snippet in 4 illustrated fourth embodiment of an electrochemical unit 100 differs from that in 2 illustrated second embodiment in that the electrochemically active composite 158, to which the composite sealing element 162 is connected, for example by injection molding, comprises only the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and the membrane 114, but not the first electrode 110.

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 first electrode 110 is rather formed as a coating applied to the first gas diffusion layer 120 , so that the first electrode 110 and the first gas diffusion layer 120 together form a second electrochemically active composite 168 of the electrochemical unit 100 .

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 layer sealing element 160 is bonded to the first gas diffusion layer 120 , for example by injection molding, after the first electrode 110 has already been formed on the first gas diffusion layer 120 .

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 4 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During assembly of the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, an electrochemically active composite 158 and composite sealing member 162 unit, a second electrochemically active composite 168 and gas diffusion layer sealing member 160 unit, and a bipolar plate 124 are positioned relative to each other arranged like this out 4 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

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 gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 is inserted between the electrochemically active composite 158 and the bipolar plate 124 of a respective electrochemical unit 100, preferably without a material connection to the electrochemically active composite 158 and/or with the bipolar plate 124.

Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte vierte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 4 illustrated fourth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 2 illustrated second embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 5 dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158, an welchem das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, nur die zweite Gasdiffusionslage 122 und die zweite Elektrode 112, nicht aber die Membran 114 und die erste Elektrode 110 umfasst.one inside 5 illustrated fifth embodiment of an electrochemical unit 100 differs from that in 1 illustrated first embodiment characterized in that the electrochemically active composite 158, to which the sealing element 128 of the seal 126 of the electrochemical unit 100 is connected for example by injection molding, only the second gas diffusion layer 122 and the second electrode 112, but not the membrane 114 and the first electrode 110.

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, first electrode 110 and membrane 114, together with first gas diffusion layer 120, form a second electrochemically active composite 168, in which first electrode 110 is formed as a coating applied to first gas diffusion layer 120 and membrane 114 is formed as one the first electrode 110 applied coating is formed.

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 outer edge 138 of the second gas diffusion layer 122 and/or an outer edge 134 of the second electrode 112 is preferably opposite the outer edge 136 of the first gas diffusion layer 120, opposite the outer edge 132 of the first electrode 110 and/or opposite the outer edge 130 of the membrane 114 of the electrochemical unit 100 inwards, that is to say towards the center of the electrochemical unit 100, offset.

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 element 128 has a membrane sealing area 170 with which the sealing element 128 rests sealingly against the membrane 114 of the second electrochemically active compound 168 in the assembled state of the electrochemical unit 100 .

Der Membran-Abdichtbereich 170 ist vorzugsweise zwischen dem Anbindungsbereich 140 und dem weiteren Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 des Dichtungselements 128 angeordnet.The membrane sealing area 170 is preferably arranged between the connection area 140 and the further bipolar plate sealing area 154 of the sealing element 128 .

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 membrane sealing region 170 bears in a sealing manner with an essentially flat sealing surface against a likewise essentially flat sealing surface 172 of the membrane 114 .

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 membrane sealing area 170 preferably has one, two or more sealing lips 174 with which the membrane sealing area 170 bears sealingly against the membrane 114 of the electrochemical unit 100 in the assembled state of the electrochemical unit 100 .

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 5 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During the assembly of the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, a unit made up of an electrochemically active composite 158 and a sealing element 128, a second electrochemically active composite 168 made up of a first gas diffusion layer 120, the first electrode 110 formed thereon and the membrane 114 formed thereon and a bipolar plate 124 positioned relative to each other as shown 5 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

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 gas diffusion layer 120, the first electrode 110 and the membrane 114 is in each case between the electrochemically active composite 158 made of the second gas diffusion layer 122 and the second electrode 112 on the one hand and the bipolar plate 124 of a respective electrochemical unit 100 on the other hand inserted, preferably without a material connection to the electrochemically active composite 158 and/or to the bipolar plate 124.

Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte fünfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 5 illustrated fifth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 1 illustrated first embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 6 ausschnittsweise dargestellte sechste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158, an welchen das Verbund-Dichtungselement 162 angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen, nur die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und einen ersten Teil 114a der Membran 114 umfasst, nicht aber einen zweiten Teil 114b der Membran 114, die erste Elektrode 110 und die erste Gasdiffusionslage 120.one inside 6 The sixth specific embodiment of an electrochemical unit 100 shown in detail differs from that in 4 fourth embodiment illustrated in that the electrochemically active composite 158, to which the composite sealing element 162 is attached, for example by injection molding, comprises only the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and a first part 114a of the membrane 114, but not a second Part 114b of the membrane 114, the first electrode 110 and the first gas diffusion layer 120.

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 second part 114b of the membrane 114 forms part of the second electrochemically active composite 168 , which also includes the first electrode 110 and the first gas diffusion layer 120 . The gas diffusion layer sealing element 160 of the seal 126 is connected to this second electrochemically active composite 168, for example by injection molding.

Vorzugsweise umfassen der erste Teil 114a und der zweite Teil 114b der Membran 114 jeweils ungefähr die Hälfte der Membran 114.Preferably, the first portion 114a and the second portion 114b of the membrane 114 each comprise approximately half of the membrane 114.

Anders als bei der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform der elektrochemischen Einheit 100 ist bei dieser Ausführungsform der äußere Rand 136 der ersten Gasdiffusionslage 120 nicht gegenüber dem äußeren Rand 138 der zweiten Gasdiffusionslage 122 nach innen, das heißt zum Zentrum der elektrochemischen Einheit 100 hin, versetzt.Unlike the in 4 In the illustrated fourth embodiment of the electrochemical unit 100, in this embodiment the outer edge 136 of the first gas diffusion layer 120 is not offset inward relative to the outer edge 138 of the second gas diffusion layer 122, i.e. towards the center of the electrochemical unit 100.

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 outer edge 136 of the first gas diffusion layer 120 and the outer edge 138 of the second gas diffusion layer 122 are essentially flush with one another in this embodiment—seen along the stacking direction 104 .

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 active composite 158 and the second electrochemically active composite 168 are essentially mirror-symmetrical to one another.

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 active composite 158 and the second electrochemically active composite 168 are configured identically to one another and when assembling the electrochemical device 106 only in two different positions, which can be converted into one another by rotation about an axis of rotation running perpendicular to the stacking direction 104 , are arranged in the electrochemical unit 100 .

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 first part 114a of the membrane 114 is in the form of a coating applied to the second electrode 112 .

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 second part 114b of the membrane 114 is formed as a coating applied to the first electrode 110 .

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 6 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During assembly of the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, an electrochemically active composite 158 and composite gasket 162 assembly, a second electrochemically active composite 168 and gas diffusion layer gasket 160 assembly, and a bipolar plate 124 are assembled relative to each other arranged like this out 6 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

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 gas diffusion layer 120, the first electrode 110 and the second part 114b of the membrane 114 is inserted between the first electrochemically active composite 158 and the bipolar plate 124 of a respective electrochemical unit 100, preferably without a material connection the electrochemically active compound 158 and/or with the bipolar plate 124.

Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte sechste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 6 illustrated sixth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 4 illustrated fourth embodiment, reference is made to the above description in this respect.

Eine in 7 ausschnittsweise dargestellte siebte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 bei dieser Ausführungsform nicht mit einem weiteren Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 abdichtend an einer Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' anliegt, sondern mit dieser Bipolarplatte 124' stoffschlüssig verbunden ist, beispielsweise durch Anspritzen.one inside 7 The seventh embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 1 illustrated first embodiment in that the sealing element 128 of the seal 126 in this embodiment does not bear with a further bipolar plate sealing region 154 in a sealing manner against a bipolar plate 124' of a further electrochemical unit 100' adjacent to the electrochemical unit 100, but is bonded to this bipolar plate 124' is, for example by spraying.

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 element 128 on the electrochemically active composite 158 of the electrochemical unit 100, the procedure is such that the electrochemically active composite 158 is placed together with the bipolar plate 124' in a cavity of an injection mold and the space remaining in the cavity is filled by means of - initially flowable - sealing material of the sealing element 128 is filled.

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 sealing element 128 has hardened, the same is materially bonded not only to the electrochemically active composite 158, but also to the bipolar plate 124'.

Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte siebte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 7 illustrated seventh embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 1 illustrated first embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 8 ausschnittsweise dargestellte achte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 7 dargestellten siebten Ausführungsform dadurch, dass das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 weder an den elektrochemisch aktiven Verbund 158 noch an die Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' stoffschlüssig angebunden ist, sondern an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen.one inside 8th The eighth embodiment of an electrochemical unit 100, which is shown in part, differs from that in 7 illustrated seventh embodiment in that the sealing element 128 of the seal 126 is not materially bonded to either the electrochemically active composite 158 or to the bipolar plate 124' of a further electrochemical unit 100' adjacent to the electrochemical unit 100, but is bonded to the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 is, for example by spraying.

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 element 128 preferably comprises an electrode sealing region 176 with which the sealing element 128 bears sealingly against the first electrode 110 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 electrode sealing area 176 rests with a substantially flat sealing surface against a likewise substantially flat sealing surface 178 of the first electrode 110 of the electrochemical unit 100 .

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 electrode sealing area 176 preferably has one, two or more sealing lips 180 with which the electrode sealing area 176 bears in a sealing manner on the first electrode 110 of the electrochemical unit 100 .

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 bipolar plate 124 is placed in the cavity of an injection mold and the remaining volume of the cavity is filled with the sealing material from which the sealing element 128 is formed.

Somit wird eine Einheit aus der Bipolarplatte 124 und dem Dichtungselement 128 gebildet.A unit is thus formed from the bipolar plate 124 and the sealing element 128 .

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 element 128 is preferably not connected to the first gas diffusion layer 120 and/or not to the second gas diffusion layer 122, in particular not connected with a material bond.

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 8 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During the assembly of the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, a unit comprising the bipolar plate 124 and the sealing element 128, the first gas diffusion layer 120 and the electrochemically active composite 158 are arranged relative to one another as shown 8th can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

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 gas diffusion layer 120 is inserted between the bipolar plate 124 with the sealing element 128 arranged thereon on the one hand and the electrochemically active composite 158 on the other hand, preferably without a material connection to the bipolar plate 124 and/or to the electrochemically active composite 158.

Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte achte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 7 dargestellten siebten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 8th illustrated eighth embodiment of an electrochemical unit in terms of structure, function and manufacturing method with the in 7 illustrated seventh embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 9 ausschnittsweise dargestellte neunte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten achten Ausführungsform dadurch, dass die Dichtung 126 nicht nur ein Dichtungselement 128, sondern ein erstes Bipolarplatten-Dichtungselement 182 umfasst, welches an eine weitere Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' angebunden ist und an der Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend anliegt, und ein Elektroden-Dichtungselement 184 umfasst, welches an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden ist und an der ersten Elektrode 110 der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend anliegt.one inside 9 The ninth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 8th illustrated eighth embodiment in that the seal 126 comprises not only a sealing element 128, but also a first bipolar plate sealing element 182, which is connected to a further bipolar plate 124' of a further electrochemical unit 100' adjacent to the electrochemical unit 100 and to the bipolar plate 124 of the electrochemical assembly 100 and includes an electrode sealing member 184 bonded to bipolar plate 124 of electrochemical assembly 100 and sealingly abuts first electrode 110 of electrochemical assembly 100 .

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 plate sealing element 182 is connected to the further bipolar plate 124 ′ of the electrochemical unit 100 ′ adjacent to the electrochemical unit 100 , for example by injection molding.

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 plate sealing element 182 has a bipolar plate sealing region 148 with which the bipolar plate sealing element 182 bears sealingly against the bipolar plate 124 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 plate sealing area 148 bears with a substantially flat sealing surface against a likewise substantially flat sealing surface 150 of the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 .

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 plate sealing area 148 preferably has one, two or more sealing lips 152 with which the bipolar plate sealing area 148 bears sealingly against the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

Das Elektroden-Dichtungselement 184 ist beispielsweise durch Anspritzen stoffschlüssig an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden.The electrode sealing element 184 is bonded to the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 by injection molding, for example.

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 electrode sealing element 184 comprises an electrode sealing area 176 with which the electrode sealing element 184 bears sealingly against the first electrode 110 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 electrode sealing region 176 bears with a substantially flat sealing surface against a likewise substantially flat sealing surface 178 of the first electrode 110 .

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 electrode sealing area 176 preferably has one, two or more sealing lips 180, with which the electrode sealing region 176 in the assembled state of the electrochemical unit 100 rests sealingly on the first electrode 110 of the electrochemical unit 100.

Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte neunte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 8 dargestellten achten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 9 illustrated ninth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 8th illustrated eighth embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 10 ausschnittsweise dargestellte zehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten achten Ausführungsform dadurch, dass die Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 zusätzlich zu dem Dichtungselement 128 ein weiteres Dichtungselement 186 umfasst, welches an eine weitere Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen.one inside 10 The tenth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 8th Eighth embodiment illustrated in that the seal 126 of the electrochemical unit 100 comprises, in addition to the sealing element 128, a further sealing element 186 which is connected to a further bipolar plate 124′ of a further electrochemical unit 100′ adjacent to the electrochemical unit 100, for example by injection molding.

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 first sealing element 128 and the further sealing element 186 of the seal 126 interact according to the tongue and groove principle, with the further sealing element 186 engaging in a groove 188 provided on the first sealing element 128 .

Die Nut 188 kann seitlich von zwei Dichtlippen 156 des ersten Dichtungselements 128 begrenzt sein.The groove 188 can be delimited laterally by two sealing lips 156 of the first sealing element 128 .

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 further sealing element 186 in the groove 188 of the first sealing element 128 achieves a particularly reliable seal by means of the seal 126 .

Im Übrigen stimmt die in 10 dargestellte zehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 8 dargestellten achten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 10 illustrated tenth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 8th illustrated eighth embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 11 dargestellte elfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 9 dargestellten neunten Ausführungsform dadurch, dass die Dichtung 126 statt des Elektroden-Dichtungselements 184 ein Membran-Dichtungselement 190 umfasst, welches an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden ist und im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend an der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 anliegt.one inside 11 shown eleventh embodiment of an electrochemical unit 100 differs from that in 9 ninth embodiment shown in that the seal 126 comprises a membrane sealing element 190 instead of the electrode sealing element 184, which is connected to the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 and in the assembled state of the electrochemical unit 100 sealingly on the membrane 114 of the electrochemical unit 100 applied.

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 outer edge 132 of the first electrode 110 of the electrochemical assembly 100 is offset inwardly, ie toward the center of the electrochemical assembly 100, from the outer edge 130 of the membrane 114 of the electrochemical assembly 100 .

Das Membran-Dichtungselement 190 ist vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Anspritzen, an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 angebunden.The membrane sealing element 190 is preferably bonded to the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100, for example by injection molding.

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 membrane sealing element 190 comprises a membrane sealing area 170 with which the membrane sealing element 190 bears sealingly against the membrane 114 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 membrane sealing area 170 of the membrane sealing element 190 bears with a substantially flat sealing surface against a likewise substantially flat sealing surface 172 of the membrane 114 of the electrochemical unit 100 .

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 membrane sealing area 170 preferably has one, two or more sealing lips 174 with which the membrane sealing area 170 bears sealingly against the membrane 114 of the electrochemical unit 100 in the assembled state of the electrochemical unit 100 .

Im Übrigen stimmt die in 11 dargestellte elfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 9 dargestellten neunten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 11 shown eleventh embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with in 9 illustrated ninth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 12 ausschnittsweise dargestellte zwölfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 10 dargestellten zehnten Ausführungsform dadurch, dass das erste Dichtungselement 128 der Dichtung 126 statt eines Elektroden-Abdichtbereichs 176 einen Membran-Abdichtbereich 170 umfasst, mit welchem das Dichtungselement 128 an der Membran 114 der elektrochemischen Einheit 100 abdichtend anliegt.one inside 12 The twelfth embodiment of an electrochemical unit 100 shown in part differs from that in 10 tenth embodiment shown in that the first sealing element 128 of the seal 126 instead of an electrode sealing area 176 comprises a membrane sealing area 170 with which the sealing element 128 rests against the membrane 114 of the electrochemical unit 100 in a sealing manner.

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 outer edge 132 of the first electrode 110 is offset inwardly, ie, toward the center of the electrochemical assembly 100, from the outer edge 130 of the membrane 114 of the electrochemical assembly.

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 membrane sealing area 170 with an im Substantially flat sealing surface rests against a likewise essentially flat sealing surface 172 of membrane 114 of electrochemical unit 100 .

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 membrane sealing area 170 of the sealing element 128 preferably has one, two or more sealing lips 174 with which the membrane sealing area 170 bears sealingly against the membrane 114 of the electrochemical unit 100 in the assembled state of the electrochemical unit.

Im Übrigen stimmt die in 12 dargestellte zwölfte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 10 dargestellten zehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 12 illustrated twelfth embodiment of an electrochemical unit in terms of structure, function and manufacturing method with the in 10 illustrated tenth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 13 dargestellte dreizehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten achten Ausführungsform dadurch, dass das Dichtungselement 128 der Dichtung 126 nicht nur an die Bipolarplatte 124, sondern auch an die erste Gasdiffusionslage 120 der elektrochemischen Einheit 100 stoffschlüssig angebunden ist.one inside 13 shown thirteenth embodiment of an electrochemical unit 100 differs from that in 8th illustrated eighth embodiment characterized in that the sealing element 128 of the seal 126 is materially bonded not only to the bipolar plate 124, but also to the first gas diffusion layer 120 of the electrochemical unit 100.

Die Anbindung des Dichtungselements 128 an die erste Gasdiffusionslage 120 wird vorzugsweise durch Anspritzen erzeugt.The connection of the sealing element 128 to the first gas diffusion layer 120 is preferably produced by injection molding.

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 bipolar plate 124 and the first gas diffusion layer 120 of the electrochemical unit 100 are placed in the cavity of an injection mold, and the remaining volume of the cavity is filled with the—at first flowable—sealing material, from which the sealing element 128 is then formed by curing.

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 gas diffusion layer 120 in a connection area 140 ′ of the sealing element 128 , so that the first gas diffusion layer 120 is infiltrated with the sealing material of the sealing element 128 in this area.

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 13 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During the assembly of the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, a unit made up of the bipolar plate 124, the first gas diffusion layer 120 and the sealing element 128 and an electrochemically active composite 158 made up of the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112, the membrane 114 and the first electrode 110 of the electrochemical unit 100 arranged relative to each other as shown 13 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

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 active composite 158 is inserted between the unit consisting of the bipolar plate 124, the first gas diffusion layer 120 and the sealing element 128 of the electrochemical unit 100 on the one hand and the bipolar plate 124' of another electrochemical unit 100' adjacent to the electrochemical unit 100, preferably without material bonding Connection to the first gas diffusion layer 120, the sealing element 128 and/or the further bipolar plate 124'.

Im Übrigen stimmt die in 13 dargestellte dreizehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 8 dargestellten achten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 13 illustrated thirteenth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 8th illustrated eighth embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 14 ausschnittsweise dargestellte vierzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 13 dargestellten dreizehnten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158 nur die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und die Membran 114 umfasst, nicht aber die erste Elektrode 110.one inside 14 The fourteenth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 13 illustrated thirteenth embodiment in that the electrochemically active composite 158 comprises only the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and the membrane 114, but not the first electrode 110.

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 first electrode 110 is formed as a coating applied to the first gas diffusion layer 120, so that the first gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 of the electrochemical unit 100 together form a second electrochemically active composite 168 of the electrochemical unit 100.

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 element 128 of the seal 126 of the electrochemical unit 100 is connected to the bipolar plate 124 and to the second electrochemically active composite 168 , ie to the first gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 .

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 element 128 is preferably bonded to the bipolar plate 124, to the first gas diffusion layer 120 and to the first electrode 110, for example by injection molding.

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 bipolar plate layer 124, the second electrochemically active composite 168 and the sealing element 128, the bipolar plate 124 and the second electrochemically active composite 168 are placed in the cavity of an injection mold, and the remaining volume in the cavity is filled with the - initially flowable - filled sealing material, from which the sealing element 128 is formed by curing.

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 element 128 of the seal 126 comprises a membrane sealing region 170 instead of an electrode sealing region 176, with which the sealing element 128 bears sealingly against a sealing surface 172 of the membrane 114 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 outer edge 132 of the first electrode 110 is offset inwardly from the outer edge 130 of the membrane 114 , ie towards the center of the electrochemical unit 100 .

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 13 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.When assembling the electrochemical device 106, for each electrochemical unit 100, a first electrochemically active composite 158, which comprises the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and the membrane 114, and the unit made up of the bipolar plate 124, the second electrochemically active composite 168 and the sealing member 128 are positioned relative to each other as illustrated 13 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

Im Übrigen stimmt die in 14 dargestellte vierzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 13 dargestellten dreizehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 14 shown fourteenth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 13 illustrated thirteenth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 15 ausschnittsweise dargestellte fünfzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 12 dargestellten zwölften Ausführungsform dadurch, dass die Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 nur das Dichtungselement 128 umfasst, welches an die Bipolarplatte 124, beispielsweise durch Anspritzen, angebunden ist und im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit 100 mit dem Bipolarplatten-Abdichtbereich 154 abdichtend an einer Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' abdichtend anliegt und mit dem Membran-Abdichtbereich 170 an der Membran 114 des elektrochemisch aktiven Verbundes 158 abdichtend anliegt, während das an die weitere Bipolarplatte 124' angebundene weitere Dichtungselement 186 der zwölften Ausführungsform bei dieser Ausführungsform entfällt.one inside 15 The fifteenth embodiment of an electrochemical device 100 shown as a detail differs from that in 12 illustrated twelfth embodiment in that the seal 126 of the electrochemical unit 100 comprises only the sealing element 128, which is connected to the bipolar plate 124, for example by injection molding, and in the assembled state of the electrochemical unit 100 with the bipolar plate sealing region 154 sealingly on a bipolar plate 124 'a further electrochemical unit 100' adjacent to the electrochemical unit 100 and sealingly rests with the membrane sealing region 170 on the membrane 114 of the electrochemically active compound 158, while the further sealing element 186 of the twelfth embodiment connected to the further bipolar plate 124' is in this embodiment omitted.

Im Übrigen stimmt die in 15 dargestellte fünfzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 12 dargestellten zwölften Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 15 shown fifteenth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 12 illustrated twelfth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 16 ausschnittsweise dargestellte sechzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten achten Ausführungsform dadurch, dass das Dichtungselement 128 nicht unmittelbar mit dem elektrochemisch aktiven Verbund 158 der elektrochemischen Einheit 100 in Kontakt steht.one inside 16 The sixteenth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 8th Eighth embodiment illustrated in that the sealing element 128 is not in direct contact with the electrochemically active composite 158 of the electrochemical unit 100 .

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 electrochemical assembly 100 includes a rim reinforcement assembly or subgasket 192 bonded to the electrochemically active composite 158, such as the first electrode 110, the membrane 114, and/or the second electrode 112.

Vorzugsweise ist das Subgasket 192 stoffschlüssig an den elektrochemisch aktiven Verbund 158 angebunden.The subgasket 192 is preferably bonded to the electrochemically active composite 158 in a materially bonded manner.

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 subgasket 192 is connected to the electrochemically active composite 158, preferably to the first electrode 110, to the membrane 114 or to the second electrode 112, by gluing and/or by hot pressing.

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 element 128 comprises one or more subgasket sealing areas 194a, 194b, wherein a first subgasket sealing area 194a can replace the electrode sealing area 176 of the eighth embodiment and a second subgasket sealing area 194b can replace the additional bipolar plate sealing area 154 of the eighth embodiment .

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 subgasket sealing area 194a, the sealing element 128 lies in the assembled state of the electrochemical unit 100 in a sealing manner on a first area 196a of the subgasket 192, which is on the electrochemically active composite 158 of the electrochemical unit 100, for example on the first electrode 110, on the Membrane 114 or the second electrode 112 is fixed.

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 subgasket sealing region 194a is designed as a flat seal or as a strip seal, which has a substantially flat sealing surface 198 on a likewise im Substantially flat sealing surface 198 of the first region 196a of the subgasket 192 rests sealingly.

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 subgasket sealing area 194a of the sealing element 128 to have one, two or more sealing lips, with which the first subgasket sealing area 194a abuts the sealing surface 198 of the first area 196a of the subgasket 192 in a sealing manner.

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 subgasket sealing area 194b, the sealing element 128 in the assembled state of the electrochemical unit is in sealing contact with a second area 196b of the subgasket 192, which in turn is in sealing contact with the bipolar plate 124' of the electrochemical unit 100' adjacent to the electrochemical unit 100.

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 subgasket sealing area 194b to have one, two or more sealing lips 202, with which the second subgasket sealing area 194b rests against the second area 196b of the subgasket 192 in a sealing manner.

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 subgasket sealing area 194b of the sealing element 128 to be designed as a flat seal or a strip seal which, with an essentially flat sealing surface, bears sealingly against the likewise essentially flat sealing surface 204 of the second region 196b of the subgasket 192 .

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 element 128 in this embodiment can comprise a bipolar plate sealing area 154, with which the sealing element 126 rests directly on the bipolar plate 124′ of the further electrochemical unit 100′ in a sealing manner.

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 plate sealing area 154 has one, two or more sealing lips 156, with which the bipolar plate sealing area 154, when the electrochemical unit 100 is in the assembled state, seals against a preferably substantially planar sealing surface 150' of the additional bipolar plate 124' of the additional electrochemical unit 100'.

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 electrochemical unit 100 is in the assembled state, the first gas diffusion layer 120 can be in contact with the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 under a contact force.

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 gas diffusion layer 120 to be materially bonded to the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 .

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 gas diffusion layer 120 is injection molded onto the bipolar plate 124 or is glued to the bipolar plate 124 .

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 1 bis 15 oder 17 bis 21 zeichnerisch dargestellten, Ausführungsformen einer elektrochemischen Einheit 100 für eine elektrochemische Vorrichtung 106 verwirklicht sein.Such a materially bonded connection between the first gas diffusion layer 120 and the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 can also be used with all others described above or below, in particular with those described in FIGS 1 until 15 or 17 until 21 illustrated embodiments of an electrochemical unit 100 for an electrochemical device 106 can be realized.

Im Übrigen stimmt die in 16 dargestellte sechzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 für eine elektrochemische Vorrichtung 106 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 8 dargestellten achten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 16 illustrated sixteenth embodiment of an electrochemical unit 100 for an electrochemical device 106 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 8th illustrated eighth embodiment match, to the above description reference is made to that extent.

Eine in 17 ausschnittsweise dargestellte siebzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 16 dargestellten sechzehnten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158 der elektrochemischen Einheit 100 nur die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und die Membran 114 umfasst, nicht jedoch die erste Elektrode 110.one inside 17 The seventeenth embodiment of an electrochemical unit 100, which is shown in part, differs from that in 16 illustrated sixteenth embodiment in that the electrochemically active composite 158 of the electrochemical unit 100 comprises only the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and the membrane 114, but not the first electrode 110.

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 first electrode 110 is in the form of a coating applied to the first gas diffusion layer 120 , so that the first gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 together form a second electrochemically active composite 168 of the electrochemical unit 100 .

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 subgasket 192 is fixed to the membrane 114 of the first electrochemically active composite 158 of the electrochemical unit 100, for example by gluing and/or by hot pressing.

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 outer edge 132 of the first electrode 110 in this embodiment is offset inwardly from the outer edge 130 of the membrane 114 , ie towards the center of the electrochemical unit 100 .

Im Übrigen stimmt die in 17 dargestellte siebzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 16 dargestellten sechzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 17 illustrated seventeenth embodiment of an electrochemical Technical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 16 illustrated sixteenth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 18 ausschnittsweise dargestellte achtzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 16 dargestellten sechzehnten Ausführungsform dadurch, dass das Subgasket 192 im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit nicht unmittelbar an der weiteren Bipolarplatte 124' einer der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' anliegt, sondern mittelbar über ein Bipolarplatten-Dichtungselement 182, welches an die weitere Bipolarplatte 124' angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen.one inside 18 The eighteenth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 16 illustrated sixteenth embodiment in that the subgasket 192 in the assembled state of the electrochemical unit does not bear directly against the further bipolar plate 124' of a further electrochemical unit 100' adjacent to the electrochemical unit 100, but indirectly via a bipolar plate sealing element 182 which is attached to the further bipolar plate 124' is attached, for example by injection molding.

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 element 128, which is connected to bipolar plate 124 of electrochemical unit 100, for example by injection molding, bipolar plate sealing element 182 forms a further component of seal 126 of electrochemical unit 100.

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 plate sealing element 182 has a subgasket sealing area 206, by means of which the bipolar plate sealing element 182 bears sealingly against the second area 196b of the subgasket 192 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 subgasket sealing area 206 of the bipolar plate sealing element 182 has one, two or more sealing lips 208, with which the subgasket sealing area 206 rests sealingly against a further sealing surface 210 of the second area 196b of the subgasket 192.

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 subgasket sealing area 206 of the bipolar plate sealing element 182 is designed as a flat seal or as a strip seal, which has a substantially flat sealing surface on a likewise substantially flat sealing surface 210 of the second region 196b of the subgasket 192 sealing.

Im Übrigen stimmt die in 18 dargestellte achtzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 16 dargestellten sechzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 18 shown eighteenth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 16 illustrated sixteenth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 19 ausschnittsweise dargestellte neunzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 18 dargestellten achtzehnten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158 nur die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und die Membran 114 umfasst, nicht jedoch die erste Elektrode 110.one inside 19 Nineteenth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 18 illustrated eighteenth embodiment in that the electrochemically active composite 158 comprises only the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and the membrane 114, but not the first electrode 110.

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 first electrode 110 is in the form of a coating applied to the first gas diffusion layer 120 , so that the first gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 together form a second electrochemically active composite 168 of the electrochemical unit 100 .

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 subgasket 192 is fixed to the membrane 114 of the first electrochemically active composite 158, for example by gluing or hot pressing.

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 outer edge 132 of the first electrode 110 is offset inwardly from the outer edge 130 of the membrane 114 , ie towards the center of the electrochemical unit 100 .

Im Übrigen stimmt die in 19 dargestellte neunzehnte Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 18 dargestellten achtzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the in 19 shown nineteenth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 18 illustrated eighteenth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 20 ausschnittsweise dargestellte zwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 18 dargestellten achtzehnten Ausführungsform dadurch, dass die Dichtung 126 der elektrochemischen Einheit 100 nicht zwei Dichtungselemente 128 und 182 umfasst, welche an die Bipolarplatte 124 der elektrochemischen Einheit 100 beziehungsweise an die weitere Bipolarplatte 124' der der elektrochemischen Einheit 100 benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit 100' angebunden sind, sondern stattdessen ein Dichtungselement 128, welches an das Subgasket 192 angebunden ist, beispielsweise durch Anspritzen.one inside 20 The twentieth embodiment of an electrochemical unit 100, shown in part, differs from that in 18 illustrated eighteenth embodiment in that the seal 126 of the electrochemical unit 100 does not include two sealing elements 128 and 182, which are connected to the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 or to the further bipolar plate 124' of the electrochemical unit 100 adjacent further electrochemical unit 100' , but instead a sealing element 128, which is connected to the subgasket 192, for example by injection molding.

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 element 128 to be connected to the second region 196b of the subgasket 192 .

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 first region 196a of the subgasket 192 is fixed to the electrochemically active composite 158, for example to the first electrode 110. This fixing can be done, for example, by gluing or hot pressing.

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 element 128 comprises a bipolar plate sealing region 148 with which the sealing element 128 rests sealingly on the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 plate sealing area 148 bears with a substantially flat sealing surface against a likewise substantially flat sealing surface 150 of the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 .

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 plate sealing area 148 preferably has one, two or more sealing lips 152 with which the bipolar plate sealing area 158 bears sealingly against the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state.

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 element 128 comprises a further bipolar plate sealing region 154, which faces away from the bipolar plate 124 of the electrochemical unit 100 when the electrochemical unit 100 is in the assembled state, with which the sealing element 128 in the assembled state of the electrochemical unit 100 on the bipolar plate 124' of one of the electrochemical unit 100 adjacent further electrochemical unit 100 'of the electrochemical device 106 rests sealingly.

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 plate sealing area 154 of the sealing element 128 has an essentially flat sealing surface, with which the additional bipolar plate sealing area 154 in the assembled state of the electrochemical unit 100 can be connected to an also essentially flat sealing surface 150 ′ of the bipolar plate 124 ′. the adjacent electrochemical unit 100' sealingly abuts.

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 plate sealing area 154 preferably has one, two or more sealing lips 156, with which the further bipolar plate sealing area 154 in the assembled state of the electrochemical unit 100 rests sealingly on the bipolar plate 124′ of the adjacent electrochemical unit 100′.

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 20 zu ersehen ist, und diese Abfolge von Elementen wird für die weiteren elektrochemischen Einheiten 100' wiederholt, bis ein Stapel aus der gewünschten Anzahl von elektrochemischen Einheiten gebildet ist.During the assembly of the electrochemical device 106, a first gas diffusion layer 120, an electrochemically active composite 158 and a unit of the subgasket 192 and the sealing element 128 are arranged relative to one another for each electrochemical unit 100 as shown in FIG 20 can be seen, and this sequence of elements is repeated for the further electrochemical units 100' until a stack of the desired number of electrochemical units is formed.

Die erste Gasdiffusionslage 120 kann vor der Assemblierung auf den elektrochemisch aktiven Verbund 158 auflaminiert werden.The first gas diffusion layer 120 can be laminated onto the electrochemically active composite 158 prior to assembly.

Im Übrigen stimmt die in 20 dargestellte zwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 18 dargestellten achtzehnten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 20 illustrated twentieth embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 18 illustrated eighteenth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Eine in 21 ausschnittsweise dargestellte einundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 unterscheidet sich von der in 20 dargestellten zwanzigsten Ausführungsform dadurch, dass der elektrochemisch aktive Verbund 158 nur die zweite Gasdiffusionslage 122, die zweite Elektrode 112 und die Membran 114 umfasst, nicht jedoch die erste Elektrode 110.one inside 21 The twenty-first embodiment of an electrochemical unit 100, which is shown in part, differs from that in 20 illustrated twentieth embodiment in that the electrochemically active composite 158 comprises only the second gas diffusion layer 122, the second electrode 112 and the membrane 114, but not the first electrode 110.

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 first electrode 110 is in the form of a coating applied to the first gas diffusion layer 120 , so that the first gas diffusion layer 120 and the first electrode 110 together form a second electrochemically active composite 168 .

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 subgasket 192 is connected to the membrane 114 of the first electrochemically active composite 158, for example by gluing or hot pressing.

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 outer edge 132 of the first electrode 110 is offset inwardly from the outer edge 130 of the membrane 114 , ie towards the center of the electrochemical unit 100 .

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 active composite 158 .

Im Übrigen stimmt die in 21 dargestellte einundzwanzigste Ausführungsform einer elektrochemischen Einheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 20 dargestellten zwanzigsten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 21 illustrated twenty-first embodiment of an electrochemical unit 100 in terms of structure, function and manufacturing method with the in 20 illustrated twentieth embodiment correspond to the above description reference is made to that extent.

Claims (16)

Elektrochemische Einheit für eine elektrochemische Vorrichtung (106), umfassend eine Membran (114), eine erste Elektrode (110), eine zweite Elektrode (112), eine erste Gasdiffusionslage (120), eine zweite Gasdiffusionslage (122), eine Bipolarplatte (124) und eine Dichtung (126), welche mindestens ein Dichtungselement (128) umfasst, das an die Membran (114), an die erste Elektrode (110), an die zweite Elektrode (112), an ein Subgasket (192) und/oder an die Bipolarplatte (124) der elektrochemischen Einheit (100) und/oder an eine Bipolarplatte (124') einer der elektrochemischen Einheit (100) benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit (100') angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (112) und die zweite Gasdiffusionslage (122) einen elektrochemisch aktiven Verbund (158) bilden, in dem die zweite Elektrode (112) als eine auf die zweite Gasdiffusionslage (122) applizierte Beschichtung ausgebildet ist.An electrochemical unit for an electrochemical device (106) comprising a membrane (114), a first electrode (110), a second electrode (112), a first gas diffusion layer (120), a second gas diffusion layer (122), a bipolar plate (124) and a gasket (126), which comprises at least one gasket element (128) which is attached to the membrane (114), to the first electrode (110), to the second electrode (112), to a subgasket (192) and/or to the bipolar plate (124) of the electrochemical unit (100) and/or is connected to a bipolar plate (124') of a further electrochemical unit (100') adjacent to the electrochemical unit (100), characterized in that the second electrode (112) and the second gas diffusion layer (122) form an electrochemically active composite ( 158), in which the second electrode (112) is formed as a coating applied to the second gas diffusion layer (122). Elektrochemische Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Rand (136) der ersten Gasdiffusionslage (120) zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand (138) der zweiten Gasdiffusionslage (122) nach innen versetzt ist oder der äußere Rand (138) der zweiten Gasdiffusionslage (122) zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand (136) der ersten Gasdiffusionslage (120) nach innen versetzt ist.Electrochemical unit after claim 1 , characterized in that an outer edge (136) of the first gas diffusion layer (120) is offset inwards at least in sections relative to an outer edge (138) of the second gas diffusion layer (122) or the outer edge (138) of the second gas diffusion layer (122) at least is offset inwards in sections relative to an outer edge (136) of the first gas diffusion layer (120). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (126) ein erstes Dichtungselement (160) umfasst, das an die erste Gasdiffusionslage (120) angebunden ist, und/oder ein zweites Dichtungselement (162) umfasst, das an die zweite Gasdiffusionslage (122) angebunden ist.Electrochemical unit according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the seal (126) comprises a first sealing element (160) which is connected to the first gas diffusion layer (120) and/or a second sealing element (162) which is connected to the second gas diffusion layer (122). . Elektrochemische Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Dichtungselement (160, 162) einen Anbindungsbereich (140) umfasst, welcher sich in die erste Gasdiffusionslage (120) beziehungsweise in die zweite Gasdiffusionslage (122) hinein erstreckt.Electrochemical unit after claim 3 , characterized in that the respective sealing element (160, 162) comprises a connection area (140) which extends into the first gas diffusion layer (120) or into the second gas diffusion layer (122). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dichtungselement (128) der Dichtung (126) einen Bipolarplatten-Abdichtbereich (148; 154) umfasst, mit welchem das Dichtungselement (128) im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit (100) an der Bipolarplatte (124) der elektrochemischen Einheit (100) oder an einer Bipolarplatte (124') einer der elektrochemischen Einheit (100) benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit (100') abdichtend anliegt.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that at least one sealing element (128) of the seal (126) comprises a bipolar plate sealing area (148; 154), with which the sealing element (128) in the assembled state of the electrochemical unit (100) on the bipolar plate (124) of electrochemical unit (100) or on a bipolar plate (124 ') of the electrochemical unit (100) adjacent further electrochemical unit (100') rests sealingly. Elektrochemische Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bipolarplatten-Abdichtbereich (148; 154) eine, zwei oder mehr Dichtlippen (152; 156) aufweist.Electrochemical unit after claim 5 , characterized in that the bipolar plate sealing area (148; 154) has one, two or more sealing lips (152; 156). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (126) zwei Dichtungselemente (160, 162) umfasst, die im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit (100) miteinander verpresst sind.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the seal (126) comprises two sealing elements (160, 162) which are pressed together in the assembled state of the electrochemical unit (100). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dichtungselement (128) der Dichtung (126) einen Elektroden-Abdichtbereich (176) umfasst, mit welchem das Dichtungselement (128) an der ersten Elektrode (110) oder an der zweiten Elektrode (112) der elektrochemischen Einheit (100) abdichtend anliegt, und/oder dass mindestens ein Dichtungselement (128) der Dichtung (126) einen Membran-Abdichtbereich (170) umfasst, mit welchem das Dichtungselement (128) an der Membran (114) der elektrochemischen Einheit (100) abdichtend anliegt.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that at least one sealing element (128) of the seal (126) comprises an electrode sealing area (176) with which the sealing element (128) on the first electrode (110) or on the second electrode (112) of the electrochemical unit (100) and/or that at least one sealing element (128) of the seal (126) comprises a membrane sealing area (170) with which the sealing element (128) forms a seal on the membrane (114) of the electrochemical unit (100). applied. Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (126) mindestens zwei separate Dichtungselemente (182, 184) umfasst, von denen ein inneres Dichtungselement (184) gegenüber einem äußeren Dichtungselement (182) nach innen versetzt ist.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the seal (126) comprises at least two separate sealing elements (182, 184), of which an inner sealing element (184) is offset inwardly relative to an outer sealing element (182). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (126) mindestens zwei Dichtungselemente (128, 186) umfasst, wobei das eine Dichtungselement (128) eine Nut (188) aufweist, in welche das andere Dichtungselement (186) eingreift.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the seal (126) comprises at least two sealing elements (128, 186), one sealing element (128) having a groove (188) into which the other sealing element (186) engages. Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Rand (132) der ersten Elektrode (110) zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand (134) der zweiten Elektrode (112) nach innen versetzt ist oder ein äußerer Rand (134) der zweiten Elektrode (112) zumindest abschnittsweise gegenüber einem äußeren Rand (132) der ersten Elektrode (110) nach innen versetzt ist.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that an outer edge (132) of the first electrode (110) is offset inwards at least in sections relative to an outer edge (134) of the second electrode (112) or an outer edge (134) of the second electrode (112) at least is offset inwards in sections relative to an outer edge (132) of the first electrode (110). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (126) mindestens ein Dichtungselement (128) umfasst, das an eine Gasdiffusionslage (120; 122) der elektrochemischen Einheit (100) und an die Bipolarplatte (124) der elektrochemischen Einheit (100) und/oder an eine Bipolarplatte (124') einer der elektrochemischen Einheit (100) benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit (100') angebunden ist.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the seal (126) comprises at least one sealing element (128) which is attached to a gas diffusion layer (120; 122) of the electrochemical unit (100) and to the bipolar plate (124) of the electrochemical unit (100) and/or to a bipolar plate (124') of a further electrochemical unit (100') adjacent to the electrochemical unit (100). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (126) mindestens ein Dichtungselement (128) umfasst, das an eine Gasdiffusionslage (120; 122) der elektrochemischen Einheit (100), an eine Elektrode (110; 112) der elektrochemischen Einheit und/oder an die Bipolarplatte (124) der elektrochemischen Einheit (100) und/oder an eine Bipolarplatte (124') einer der elektrochemischen Einheit (100) benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit (100') angebunden ist.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 12 , characterized in that the seal (126) comprises at least one sealing element (128) which is attached to a gas diffusion layer (120; 122) of the electrochemical unit (100), to an electrode (110; 112) of the electrochemical unit and/or to the Bipolar plate (124) of the electrochemical unit (100) and/or to a bipolar plate (124') of a further electrochemical unit (100') adjacent to the electrochemical unit (100). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (110) und die erste Gasdiffusionslage (120) einen elektrochemisch aktiven Verbund (168) bilden, in dem die erste Elektrode (110) als eine auf die erste Gasdiffusionslage (120) applizierte Beschichtung ausgebildet ist.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 13 , characterized in that the first electrode (110) and the first gas diffusion layer (120) form an electrochemically active composite (168) in which the first electrode (110) is formed as a coating applied to the first gas diffusion layer (120). Elektrochemische Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dichtungselement (128) der Dichtung (126) mindestens einen Subgasket-Abdichtbereich (194a, 194b) umfasst, mit welchem das Dichtungselement (128) im montierten Zustand der elektrochemischen Einheit (100) an einem Subgasket (192) der elektrochemischen Einheit (100) abdichtend anliegt.Electrochemical unit according to one of Claims 1 until 14 , characterized in that at least one sealing element (128) of the seal (126) comprises at least one subgasket sealing area (194a, 194b), with which the sealing element (128) in the assembled state of the electrochemical unit (100) on a subgasket (192) the electrochemical unit (100) rests sealingly. Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einheit (100) für eine elektrochemische Vorrichtung (106), umfassend Folgendes: - Anbinden mindestens eines Dichtungselements (128) einer Dichtung (126) der elektrochemischen Einheit (100) an eine Membran (114), an eine erste Elektrode (110), an eine zweite Elektrode (112), an ein Subgasket (192) und/oder an eine Bipolarplatte (124) der elektrochemischen Einheit (100) und/oder an eine Bipolarplatte (124') einer der elektrochemischen Einheit (100) benachbarten weiteren elektrochemischen Einheit (100'); - Erzeugen mindestens eines elektrochemisch aktiven Verbundes (158; 168) durch Applizieren mindestens einer Elektrode (110; 112) als Beschichtung auf mindestens eine Gasdiffusionslage (120; 122) der elektrochemischen Einheit (100); - Assemblieren des mindestens einen elektrochemisch aktiven Verbundes (158; 168) und des mindestens einen Dichtungselements (128).A method of making an electrochemical unit (100) for an electrochemical device (106), comprising: - Connecting at least one sealing element (128) of a seal (126) of the electrochemical unit (100) to a membrane (114), to a first electrode (110), to a second electrode (112), to a subgasket (192) and/ or to a bipolar plate (124) of the electrochemical unit (100) and/or to a bipolar plate (124') of a further electrochemical unit (100') adjacent to the electrochemical unit (100); - Generating at least one electrochemically active composite (158; 168) by applying at least one electrode (110; 112) as a coating on at least one gas diffusion layer (120; 122) of the electrochemical unit (100); - Assembling the at least one electrochemically active composite (158; 168) and the at least one sealing element (128).
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