DE102021209651A1

DE102021209651A1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindungskomponente

Info

Publication number: DE102021209651A1
Application number: DE102021209651.4A
Authority: DE
Inventors: David Thomann; Andre Posch; Andreas Ringk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-02
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Verbindungskomponente (74) für eine elektrochemische Zelleneinheit zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit mit gestapelten elektrochemischen Zellen als Zellenstack mit den Schritten: zur Verfügung stellen einer ersten Ausgangskomponente (67), zur Verfügung stellen einer zweiten Ausgangskomponente (68), zur Verfügung stellen eines Klebstoffes zum stoffschlüssigen Verbinden der ersten und zweiten Ausgangskomponente (67, 68), Aufbringen eines Klebstoffes (69) auf die erste Ausgangskomponente (67) und/oder zweite Ausgangskomponente (68), stoffschlüssiges Verbinden der ersten Ausgangskomponente (67) mit der zweiten Ausgangskomponente (68) mittels des Klebstoffes (69) zu der Verbindungskomponente (74), wobei der Klebstoff mit einem Strahlungsstoff zum Emittieren von Strahlung zur Verfügung gestellt wird und vom dem Strahlungsstoff Strahlung emittiert wird und mit einem Strahlungssensor (71) die von dem Strahlungsstoff in dem Klebstoff emittierte Strahlung erfasst wird und mittels der erfassten Strahlung die Position des Klebstoffes als Klebstoffposition bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungskomponente für eine elektrochemische Zelleneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelleneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 und eine elektrochemische Zelleneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Stand der Technik
Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittel in elektrische Energie und Wasser um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In Brennstoffzelleneinheiten sind eine Vielzahl von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel als Brennstoffzellenstack angeordnet. Innerhalb der Brennstoffzellen ist jeweils ein Gasraum für Oxidationsmittel vorhanden, das heißt ein Strömungsraum zum Durchleiten von Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft aus der Umgebung mit Sauerstoff. Der Gasraum für Oxidationsmittel ist von Kanälen an der Bipolarplatte und von einer Gasdiffusionsschicht für eine Kathode gebildet. Die Kanäle sind somit von einer entsprechenden Kanalstruktur einer Bipolarplatte gebildet und durch die Gasdiffusionsschicht gelangt das Oxidationsmittel, nämlich Sauerstoff, zu der Kathode der Brennstoffzellen. In analoger Weise ist ein Gasraum für Brennstoff vorhanden.
Elektrolysezelleneinheiten aus gestapelt angeordneten Elektrolysezellen, analog wie bei Brennstoffzelleneinheiten, dienen beispielsweise zur elektrolytischen Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser. Ferner sind Brennstoffzelleneinheiten bekannt, die als reversible Brennstoffzelleneinheiten und damit als Elektrolysezelleneinheiten betrieben werden können. Brennstoffzelleneinheiten und Elektrolysezelleinheiten bilden elektrochemische Zelleneinheiten. Brennstoffzellen und Elektrolysezellen bilden elektrochemische Zellen.
Brennstoffzelleneinheiten und Elektrolysezelleneinheiten sind aus einer großen Anzahl von gestapelten Komponenten ausgebildet. In einer Brennstoffzelle sind als die schichtförmigen Komponenten beispielsweise Protonenaustauschermembranen, Anoden, Kathoden, Gasdiffusionsschichten und Bipolarplatten angeordnet. Protonenaustauschermembranen, Anoden und Kathoden bilden Membranelektrodenanordnungen. Die Membranelektrodenanordnungen sind zwischen 2 Subgasket stoffschlüssig befestigt. Für die Herstellung einer Brennstoffzelleneinheit werden deshalb zuerst schichtförmigen Ausgangskomponenten, beispielsweise Subgasket, Gasdiffusionsschichten und Bipolarplatten zur Verfügung gestellt und anschließend wird auf diese Ausgangskomponenten eine Klebstoffschicht aufgebracht. Anschließend erfolgt ein Zusammenführen von wenigstens 2 Ausgangskomponenten, sodass die beiden Ausgangskomponenten an einer Kontaktfläche mit der Klebstoffschicht stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die Klebstoffschichten sind an genau vorgeschriebenen Soll-Relativposition auf die Ausgangskomponenten aufzubringen. Abweichungen der Ist-Relativpositionen von den Soll-Ausgangspositionen der Klebstoffschichten an den Ausgangskomponenten führt zu einer mangelhaften und unzureichenden stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Ausgangskomponenten. Bei diesen mangelhaften stoffschlüssigen Verbindungen kann somit bei den Verbindungskomponenten, welche aus wenigstens 2 Ausgangskomponenten ausgebildet sind, ein Versagen der stoffschlüssigen Verbindung auftreten, sodass Schäden an der Brennstoffzelleneinheit die Folge sind. Klebstoffschichten, die an dafür nicht geeigneten Positionen und Flächen an der Ausgangskomponente aufgebracht sind, beispielsweise auf eine Anode, verringern die elektrische Leistung der Brennstoffzelleneinheit. Darüber hinaus wird Klebstoff, welcher mit hohen Kosten verbunden ist, beim Aufbringen auf dafür nicht vorgesehene Flächen auf einer Ausgangskomponente unnötig eingesetzt, sodass dadurch vermeidbare Kosten für den Klebstoff entstehen.
Die DE 1 025 082 zeigt eine Flüssigkeitsdampfdichtung aus einer Polyamidmasse als Dichtungsmasse für Flüssigkeitsdampfdichtungen, insbesondere in Brennstoffbehältern, offenbart. Dabei wird ein langkettiges, lineares Superpolyamid eingesetzt und der Dichtungsmasse sind auch kleinere Mengen fluoreszierende Pigmente zugesetzt.
Die WO 2007/084561 A2 zeigt eine Brennstoffzelle, insbesondere PEM-Brennstoffzelle, mit einer verbesserten Dichtung. Die Dichtung ist einem Endbereich der MEA und der GDL angeordnet und dringt in die GDL ein. Die Dichtung wird mit einem flüssigkeitsbasieren Spritzgießverfahren aufgebracht. Der Dichtung können auch fluoreszierende Zusätze oder Pigemente zugegebenen sein.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Verbindungskomponente für eine elektrochemische Zelleneinheit zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit mit gestapelten elektrochemischen Zellen als Zellenstack mit den Schritten: zur Verfügung stellen einer ersten Ausgangskomponente, zur Verfügung stellen einer zweiten Ausgangskomponente, zur Verfügung stellen eines Klebstoffes zum stoffschlüssigen Verbinden der ersten und zweiten Ausgangskomponente, Aufbringen des Klebstoffes auf die erste Ausgangskomponente und/oder zweite Ausgangskomponente, stoffschlüssiges Verbinden der ersten Ausgangskomponente mit der zweiten Ausgangskomponente mittels des Klebstoffes zu der Verbindungskomponente, wobei der Klebstoff mit einem Strahlungsstoff zum Emittieren von Strahlung zur Verfügung gestellt wird und vom dem Strahlungsstoff Strahlung emittiert wird und mit einem Strahlungssensor die von dem Strahlungsstoff in dem Klebstoff emittierte Strahlung erfasst wird und mittels der erfassten Strahlung die Position des Klebstoffes als Klebstoffposition bestimmt wird. Die Position des Strahlungssensor als Positionssensor, beispielsweise in einem lokalen Koordinatensystem, ist bekannt, sodass mit dem Strahlungssensor die Position des Klebstoffes relativ zu dem Strahlungssensor erfasst werden kann. Der Strahlungssensor ist vorzugsweise dahingehend ausgebildet, dass mit dem Strahlungssensor auch die Richtung und/oder ein Richtungsbereich der Strahlung zu dem Sensor und/oder Abstand zwischen dem Klebstoff mit Strahlungsstoff und Strahlungssensor erfasst wird und/oder erfassbar ist. Beispielsweise wird von dem Sensor die Strahlung nur aus einer bestimmten Richtung und/oder einem bestimmten Richtungsbereich erfasst und der Strahlungssensor wird in einem, vorzugsweise im Wesentlichen konstanten, Abstand über die Oberfläche der Ausgangskomponente mit der Klebstoffschicht bewegt, insbesondere mit einem Roboter, sodass aufgrund der bekannten Relativposition des Sensors über der Ausgangskomponente die Relativposition des Klebstoffes zu dem Strahlungssensor bestimmt werden kann. Ein im Wesentlichen konstanter Abstand bedeutet vorzugsweise, dass der Abstand eine Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5% aufweist. Verbindungskomponenten und Komponenten sind Teile einer elektrochemischen Zelleneinheit. Der Strahlungssensor bildet damit vorzugsweise auch einen Positionssensor zur Erfassung der Klebstoffposition. Beispielsweise bei einer Sololumineszenz erfolgt die Anregung mit Schallwellen, d. h. während der Erfassung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Strahlungssensor wird der Klebstoff Schallwellen ausgesetzt und die Schallwellen werden nur während kurzer Zeiten mit nachfolgenden Zeiten ohne dem Aussenden von Schallwellen ausgesendet, so dass aus der Laufzeit zwischen dem Aussenden der Schallwellen, der Anregung und der Laufzeit der emittierten angeregten elektromagnetischen Strahlung der Abstand von dem Klebstoff mit Strahlungsstoff mit Sololumineszenz zu dem Strahlungssensor berechnet werden kann. Darüber hinaus kann vorzugsweise der Abstand zwischen dem Klebstoff und dem Strahlungssensor aus der erfassten Richtung der emittierten Strahlung zu dem Strahlungssensor berechnet werden bei bekannten geometrischen Gegebenheiten.
In einer weiteren Ausführungsform wird vom dem Strahlungsstoff während des Aufbringens des Klebstoffes und/oder während des stoffschlüssigen Verbindens und/oder nach dem stoffschlüssigen Verbinden Strahlung emittiert und mit dem Strahlungssensor wird die von dem Strahlungsstoff in dem Klebstoff emittierte Strahlung erfasst und mittels der erfassten Strahlung die Position des Klebstoffes als Klebstoffposition bestimmt wird. Die Erfassung der Position des Klebstoffes kann somit sowohl während als auch nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung ausgeführt werden, sodass auch während des Aufbringens des Klebstoffes auf die Ausgangskomponente Steuerdaten zur Veränderung der Ist-Relativposition des Klebstoffes auf der Ausgangskomponente verändert werden können. Bei der Erfassung der Position des Klebstoffes nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung können somit die vorhandenen Ist-Relativpositionen zu den Soll-Relativpositionen des Klebstoffes auf der Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente überprüft werden und bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Referenzwertes der Abweichung und/oder des Betrages der Differenz zwischen der Ist-Relativposition und der Soll-Relativposition kann die damit hergestellte Verbindungskomponente aussortiert und nicht weiter für die Herstellung einer elektrochemischen Zelleneinheit verwendet werden. Dies ermöglicht somit eine Qualitätskontrolle der hergestellten Verbindungskomponenten.
In einer zusätzlichen Variante wird die Position als Ist-Relativposition des Klebstoffes auf der ersten Ausgangskomponente und/oder auf der zweiten Ausgangskomponente und/oder auf und/oder an der Verbindungskomponente bestimmt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente bestimmt und aus der Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente und der Position des Klebstoffes als Klebstoffposition die Ist-Relativposition des Klebstoffes auf der ersten Ausgangskomponente und/oder auf der zweiten Ausgangskomponente und/oder auf und/oder an der Verbindungskomponente bestimmt wird. Für die Bestimmung der Ist-Relativpositionen des Klebstoffes ist die Erfassung der Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente notwendig, wobei die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente beispielsweise mit einer Kamera und einer Recheneinheit mit Bildverarbeitungssoftware bestimmt wird indem die Relativposition der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente zu der Kamera bestimmt wird aus der bekannten Position der Kamera die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente, beispielsweise in einem lokalen Koordinatensystem mit drei rechtwinkligen Achsen, bestimmt wird.
In einer zusätzlichen Variante wird die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente mit einer Kamera und einer Recheneinheit mit einer Bildverarbeitungssoftware bestimmt. Mit der Kamera und der Recheneinheit mit der Bildverarbeitungssoftware kann die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente einfach und sicher bestimmt werden. Zusätzlich kann die, insbesondere identische, Kamera auch als Sensor zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere von Licht, dienen. Bei einem Strahlungsstoff, welcher Licht emittiert, kann somit mittels der Kamera und der Recheneinheit mit Bildverarbeitungssoftware auch die Position des Klebstoffes bestimmt und erfasst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird mit dem Strahlungssensor die von dem Strahlungsstoff in dem Klebstoff emittierte spezifische Ausstrahlung und/oder Strahldichte erfasst und mittels der erfassten spezifischen Ausstrahlung und/oder Strahldichte die Stoffmenge des aufgebrachten Klebstoffes pro Flächeneinheit und/oder die Dicke des aufgebrachten Klebstoffes bestimmt wird. Die spezifische Ausstrahlung gibt den Strahlungsfluss pro Aussendefläche, d. h. der Fläche der Klebstoffschicht, an. Je dicker die Klebstoffschicht auf eine Ausgangskomponente aufgebracht ist, desto mehr Stoffmenge an Strahlungsstoff ist in dieser Klebstoffschicht pro Flächeneinheit vorhanden, sodass je größer die Dicke der Klebstoffschicht ist, desto größer ist die spezifische Ausstrahlung und/oder die Strahldichte der Klebstoffschicht und umgekehrt. Aus diesem Grund kann mittels empirischer Werte aus der spezifischen Ausstrahlung und/oder der Strahldichte die Dicke der Klebstoffschicht bestimmt werden. Damit kann für die Optimierung der stoffschlüssigen Verbindung nicht nur die Ist-Relativposition des Klebstoffes, sondern auch die Dicke der Klebstoffschicht erfasst werden. Mittels einer Veränderung der Steuerdaten kann somit bei einer Abweichung der Ist-Dicke der Klebstoffschicht von der Soll-Dicke der Klebstoffschicht die Ist-Dicke der Klebstoffschicht an die Soll-Dicke der Klebstoffschicht approximiert werden.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird das Aufbringen des Klebstoffes auf die erste Ausgangskomponente und/oder zweite Ausgangskomponente gesteuert und/oder geregelt indem die Ist-Relativposition des Klebstoffes mit einer Soll-Relativposition des Klebstoffes verglichen wird und bei einer Abweichung der Ist-Relativposition des Klebstoffes von der Soll-Relativposition des Klebstoffes die Steuerdaten zum Aufbringen des Klebstoffes zur Erzielung einer Übereinstimmung zwischen der Ist-Relativposition und Soll-Relativposition des Klebstoffes verändert werden.
Vorzugsweise ist der Strahlungssensor eine Kamera.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Ausgangskomponente eine Gasdiffusionsschicht und die zweite Ausgangskomponente eine Membranelektrodenanordnung. Die Verbindungkomponente umfasst somit die Gasdiffusionsschicht und die Membranelektrodenanordnung, welche stoffschlüssig mittels des Klebstoffes miteinander verbunden werden und/oder sind.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird von dem Strahlungsstoff elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, als Strahlung emittiert.
In einer weiteren Variante wird von dem Strahlungsstoff die Strahlung mittels Lumineszenz, insbesondere Elektrolumineszenz, Chemilumineszenz, Candolumieszenz, Kathodenlumineszenz, Photolumineszenz, Thermolumineszenz und/oder Sonolumineszenz, emittiert.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Lumineszenz Fluoreszenz und/oder Phosphoreszenz.
Zweckmäßig ist die von dem Strahlungsstoff emittierte elektromagnetische Strahlung Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, und der Strahlungssensor eine Wärmebildkamera ist.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelleneinheit zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit mit gestapelten elektrochemischen Zellen mit den Schritten: zur Verfügung stellen von schichtförmigen Komponenten der elektrochemischen Zellen, nämlich vorzugsweise Protonenaustauschermembranen, Anoden, Kathoden, vorzugsweise Gasdiffusionsschichten und Kontaktplatten als Monopolarplatten und/oder Bipolarplatten und/oder Endplatten, stoffschlüssiges Verbinden von schichtförmigen Ausgangskomponenten mit einem Klebstoff zu schichtförmigen Verbindungskomponenten, Stapeln der schichtförmigen Komponenten und/oder Verbindungskomponenten zu elektrochemischen Zellen und zu einem Stack der elektrochemischen Zelleneinheit, wobei das Verbinden von schichtförmigen Ausgangskomponenten mit dem Klebstoff zu schichtförmigen Verbindungskomponenten mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren ausgeführt wird.
Erfindungsgemäße elektrochemische Zelleneinheit zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit, umfassend gestapelt angeordnete elektrochemische Zellen und die elektrochemischen Zellen jeweils gestapelt angeordnete schichtförmige Komponenten und/oder Verbindungskomponenten umfassen, die Komponenten der elektrochemischen Zellen vorzugsweise Protonenaustauschermembranen, Anoden, Kathoden, vorzugsweise Membranelektrodenanordnungen, vorzugsweise Gasdiffusionsschichten und Kontaktplatten als Monopolarplatten und/oder Bipolarplatten und/oder Endplatten sind, Kanäle zum Durchleiten von Prozessfluiden, wobei die elektrochemische Zelleneinheit mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt ist und/oder der Klebstoff zum stoffschlüssigen Verbinden der Ausgangskomponenten einen Strahlungsstoff zum Emittieren von Strahlung umfasst.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird der Klebstoff mittels Sprühen und/oder Chatten und/oder Dispensen und/oder Stempeln, vorzugsweise mittels einer Prozesseinheit, aufgebracht.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird das Aufbringen des Klebstoffes auf die erste und/oder zweite Ausgangskomponente mit einer Prozesseinheit ausgeführt. Die Prozesseinheit ist beispielsweise ein Sprühkopf und zu dem Sprühkopf wird Klebstoff mit einer Klebstoffleitung geführt, sodass der Klebstoff an dem Sprühkopf aus dem Sprühkopf austritt.
In einer ergänzenden Ausgestaltung wird die Prozesseinheit zum Aufbringen des Klebstoffes von einem Roboter im Raum bewegt, insbesondere während des Aufbringens des Klebstoffes auf die erste und/oder zweite Ausgangskomponente. Das Aufbringen des Klebstoffes wird somit mittels des Bewegens der Prozesseinheit im Raum ausgeführt. Beispielsweise wird somit die Prozesseinheit über denjenigen Bereichen über einer Ausgangskomponente bewegt und/oder gerollt und/oder aufgelegt, auf welche der Klebstoff als die Klebstoffschicht aufzubringen ist und/oder aufgebracht wird. Durch eine Veränderung der Steuerdaten zur Bewegung der Prozesseinheit mit dem Roboter kann auch die Ist-Relativposition der Klebstoffschicht auf der Ausgangskomponente verändert werden.
In einer weiteren Variante wird die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente und/oder der zweiten Ausgangskomponente und/oder der Verbindungskomponente mit wenigstens einem Drucksensor, insbesondere kapazitiven Drucksensor und/oder Drucksensor mit Piezoelement, erfasst.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Strahlungsstoff partikelförmig dem Klebstoff zugegeben. Der Strahlungsstoff ist somit aus Partikeln ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der Strahlungsstoff ein radioaktives Nuklid und die emittierte Strahlung beispielsweise Alpha- oder Betateilchen oder Gammastrahlung. Der Strahlungssensor des beispielsweise ein Geigerzähler zur Erfassung der Radioaktivität in einer bestimmten Richtung und der Geigensensor wird von dem Roboter in einem konstanten Abstand über die Ausgangskomponente mit der Klebstoffschicht bewegt, sodass dadurch die Ist-Relativposition der Klebstoffschicht auf der Ausgangskomponente erfasst wird.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird das Emittieren von Strahlung mittels des Strahlungsstoff mit Thermolumineszenz ausgeführt und der Sensor zur Erfassung der emittierten Strahlung ist eine Wärmebildkamera. Der Strahlungsstoff emittierte somit als Strahlung Wärmestrahlung und diese Wärmestrahlung kann von der Wärmebildkamera erfasst werden. Damit kann die Ist-Relativposition des Klebstoffes auf der Ausgangskomponente erfasst werden. Darüber hinaus kann auch der Klebstoff selbst den Strahlungsstoff wenigstens teilweise bilden, in dem von dem Klebstoff Strahlung als Wärmestrahlung emittiert wird und diese Wärmestrahlung wird mit dem Sensor als der Wärmebildkamera erfasst.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Härtung des Klebstoffes durch Polymerisation, beispielsweise ist der Klebstoff ein Cyanacrylate (Sekundenklebstoffe), Methylmethacrylat-Klebstoff (MMA). ungesättigte Polyester, anaerob härtender Klebstoffe und/oder strahlenhärtender Klebstoff.
Vorzugsweise erfolgt die Härtung des Klebstoffes durch Polyaddition, beispielsweise ist der Klebstoff ein Epoxid-Klebstoff, ein Polyurethan-Klebstoff und/oder Silikon
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Härtung des Klebstoffes durch Polykondensation, beispielsweise ist der Klebstoff ein Phenolharz, Polyimid, Polysulfid, Bismaleimid, silan-modifizierte Polymer und/oder Silikon.
In einer weiteren Variante ist die Kontaktplatte eine Monopolarplatte und/oder Bipolarplatte und/oder Endplatte für eine elektrochemische Zelleneinheit.
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die elektrochemische Zelleneinheit eine Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie und/oder eine Elektrolysezelleneinheit zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie.
Zweckmäßig sind die Bipolarplatten als Separatorplatten ausgebildet und zwischen je einer Anode und je einer Kathode eine elektrische Isolationsschicht, insbesondere eine Protonenaustauschermembran, angeordnet ist und vorzugsweise die Elektrolysezellen jeweils einen dritten Kanal für die getrennte Durchleitung eines Kühlfluid als drittes Prozessfluid umfassen.
In einer zusätzlichen Variante ist die Elektrolysezelleneinheit zusätzlich als Brennstoffzelleneinheit, insbesondere eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Brennstoffzelleneinheit, ausgebildet, so dass die Elektrolysezelleneinheit eine reversible Brennstoffzelleneinheit bildet.
In einer weiteren Variante ist der erste Stoff Sauerstoff und der zweite Stoff Wasserstoff.
In einer weiteren Variante sind die Elektrolysezellen der Elektrolysezelleneinheit Brennstoffzellen.
In einer weiteren Variante umfasst die elektrochemische Zelleneinheit ein Gehäuse und/oder eine Anschlussplatte. Der Zellenstapel ist von dem Gehäuse und/oder der Anschlussplatte umschlossen.
Erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel mit Brennstoffzellen, einen Druckgasspeicher zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, eine Gasfördervorrichtung zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden der Brennstoffzellen, wobei die Brennstoffzelleneinheit als eine in dieser Schutzrechtsanmelddung beschriebene Brennstoffzelleneinheit und/oder Elektrolysezelleneinheit ausgebildet ist.
Erfindungsgemäßes Elektrolysesystem und/oder Brennstoffzellensystem, umfassend eine Elektrolysezelleneinheit als Elektrolysezellenstapel mit Elektrolysezellen, vorzugsweise einen Druckgasspeicher zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, vorzugsweise eine Gasfördervorrichtung zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden der Brennstoffzellen, einen Speicherbehälter für flüssigen Elektrolyten, eine Pumpe zur Förderung des flüssigen Elektrolyten, wobei die Elektrolysezelleneinheit als eine in dieser Schutzrechtsanmelddung beschriebene Elektrolysezelleneinheit und/oder Brennstoffzelleneinheit ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung bildet die in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Brennstoffzelleneinheit zusätzlich eine Elektrolysezelleneinheit und vorzugsweise umgekehrt.
Zweckmäßig sind Komponenten für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen und/oder Elektrolysezellen, vorzugsweise Isolationsschichten, insbesondere Protonenaustauschermembranen, vorzugsweise Membranelektrodenanordnungen, Subgaskets, Anoden, Kathoden, vorzugsweise Gasdiffusionsschichten und Kontaktplatten als Monopolarplatten und/oder Bipolarplatten, insbesondere Separatorplatten, und/oder Endplatten.
In einer weiteren Variante ist die Gasfördervorrichtung als ein Gebläse und/oder ein Kompressor und/oder ein Druckbehälter mit Oxidationsmittel ausgebildet.
Vorzugsweise ist der Brennstoff Wasserstoff, wasserstoffreiches Gas, Reformatgas oder Erdgas.
Zweckmäßig sind die Brennstoffzellen und/oder Elektrolysezellen im Wesentlichen eben und/oder scheibenförmig ausgebildet.
In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel Luft mit Sauerstoff oder reiner Sauerstoff.
Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit eine PEM-Brennstoffzelleneinheit mit PEM-Brennstoffzellen oder eine SOFC-Brennstoffzelleneinheit mit SOFC-Brennstoffzellen oder eine alkalische Brennstoffzelle (AFC).
Figurenliste
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine stark vereinfachte Explosionsdarstellung eines elektrochemischen Zellensystems als Brennstoffzellensystem und Elektrolysezellensystem mit Komponenten einer elektrochemischen Zelle als Brennstoffzelle und Elektrolysezelle,
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennstoffzelle und Elektrolysezelle,
3 einen Längsschnitt durch elektrochemische Zellen als Brennstoffzelle und Elektrolysezelle,
4 eine perspektivische Ansicht einer elektrochemischen Zelleneinheit als Brennstoffzelleneinheit und Elektrolysezelleneinheit als Brennstoffzellenstapel und Elektrolysezellenstapel,
5 eine Seitenansicht der elektrochemischen Zelleneinheit als Brennstoffzelleneinheit und Elektrolysezelleneinheit als Brennstoffzellenstapel und Elektrolysezellenstapel,
6 eine perspektivische Ansicht einer Bipolarplatte,
7 eine perspektivische Ansicht einer Membranelektrodenanordnung,
8 eine Draufsicht auf ein Subgasket und
9 eine Draufsicht einer Gasdiffusionsschicht.

In den 1 bis 3 ist der grundlegende Aufbau einer Brennstoffzelle 2 als einer PEM-Brennstoffzelle 3 (Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle 3) dargestellt. Das Prinzip von Brennstoffzellen 2 besteht darin, dass mittels einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie bzw. elektrischer Strom erzeugt wird. An eine Anode 7 wird Wasserstoff H₂ als gasförmiger Brennstoff geleitet und die Anode 7 bildet den Minuspol. An eine Kathode 8 wird ein gasförmiges Oxidationsmittel, nämlich Luft mit Sauerstoff, geleitet, d. h. der Sauerstoff in der Luft stellt das notwendige gasförmige Oxidationsmittel zur Verfügung. An der Kathode 8 findet eine Reduktion (Elektronenaufnahme) statt. Die Oxidation als Elektronenabgabe wird an der Anode 7 ausgeführt.
Die Redoxgleichungen der elektrochemischen Vorgänge lauten:

Kathode: O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- → 2 H₂O
Anode: 2 H₂ → 4 H⁺ + 4 e^-
Summenreaktionsgleichung von Kathode und Anode: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Die Differenz der Normalpotentiale der Elektrodenpaare unter Standardbedingungen als reversible Brennstoffzellenspannung oder Leerlaufspannung der unbelasteten Brennstoffzelle 2 beträgt 1,23 V. Diese theoretische Spannung von 1,23 V wird in der Praxis nicht erreicht. Im Ruhezustand und bei kleinen Strömen können Spannungen über 1,0 V erreicht werden und im Betrieb mit größeren Strömen werden Spannungen zwischen 0,5 V und 1,0 V erreicht. Die Reihenschaltung von mehreren Brennstoffzellen 2, insbesondere eine Brennstoffzelleneinheit 1 als Brennstoffzellenstapel 61 von mehreren gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 2, weist eine höhere Spannung auf, welche der Zahl der Brennstoffzellen 2 multipliziert mit der Einzelspannung je einer Brennstoffzelle 2 entspricht.
Die Brennstoffzelle 2 umfasst außerdem eine Protonenaustauschermembran 5 (Proton Exchange Membrane, PEM), welche zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 angeordnet ist. Die Anode 7 und Kathode 8 sind schichtförmig bzw. scheibenförmig ausgebildet. Die PEM 5 fungiert als Elektrolyt, Katalysatorträger und Separator für die Reaktionsgase. Die PEM 5 fungiert außerdem als elektrischer Isolator und verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anode 7 und Kathode 8. Im Allgemeinen werden 12 µm bis 150 µm dicke, protonenleitende Folien aus perfluorierten und sulfonierten Polymeren eingesetzt. Die PEM 5 leitet die Protonen H⁺ und sperrt andere Ionen als Protonen H⁺ im Wesentlichen, so dass aufgrund der Durchlässigkeit der PEM 5 für die Protonen H⁺ der Ladungstransport erfolgen kann. Die PEM 5 ist für die Reaktionsgase Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ im Wesentlichen undurchlässig, d. h. sperrt die Strömung von Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ zwischen einem Gasraum 31 an der Anode 7 mit Brennstoff Wasserstoff H₂ und dem Gasraum 32 an der Kathode 8 mit Luft bzw. Sauerstoff O₂ als Oxidationsmittel. Die Protonenleitfähigkeit der PEM 5 vergrößert sich mit steigender Temperatur und steigenden Wassergehalt.
Auf den beiden Seiten der PEM 5, jeweils zugewandt zu den Gasräumen 31, 32, liegen die Elektroden 7, 8 als die Anode 7 und Kathode 8 auf. Eine Einheit aus der PEM 5 und den Elektroden 7, 8 wird als Membranelektrodenanordnung 6 (Membran Electrode Assembly, MEA) bezeichnet. Die Elektroden 7, 8 sind mit der PEM 5 verpresst. Die Elektroden 7, 8 sind platinhaltige Kohlenstoffpartikel, die an PTFE (Polytetrafluorethylen), FEP (Fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer), PFA (Perfluoralkoxy), PVDF (Polyvinylidenfluorid) und/oder PVA (Polyvinylalkohol) gebunden sind und in mikroporösen Kohlefaser-, Glasfaser- oder Kunststoffmatten heißverpresst sind. An den Elektroden 7, 8 sind auf der Seite zu den Gasräumen 31, 32 hin normalerweise jeweils eine Katalysatorschichten 30 aufgebracht (nicht dargestellt). Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 31 mit Brennstoff an der Anode 7 umfasst nanodisperses Platin-Ruthenium auf grafitierten Rußpartikeln, die an einem Bindemittel gebunden sind. Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 32 mit Oxidationsmittel an der Kathode 8 umfasst analog nanodisperses Platin. Als Bindemittel werden beispielsweise Nation®, eine PTFE-Emulsion oder Polyvinylalkohol eingesetzt.
Abweichend hiervon sind die Elektroden 7, 8 aus einem lonomer, beispielsweise Nation®, platinhaltigen Kohlenstoffpartikeln und Zusatzstoffen aufgebaut. Diese Elektroden 7, 8 mit dem lonomer sind aufgrund der Kohlenstoffpartikel elektrisch leitfähig und leiten auch die Protonen H⁺ und fungieren zusätzlich auch als Katalysatorschicht 30 wegen der platinhaltigen Kohlenstoffpartikel. Membranelektrodenanordnungen 6 mit diesen Elektroden 7, 8 umfassend das lonomer bilden Membranelektrodenanordnungen 6 als CCM 6 (catalyst coated membran).
Auf der Anode 7 und der Kathode 8 liegt eine Gasdiffusionsschicht 9 (Gas Diffusion Layer, GDL) auf. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Anode 7 verteilt den Brennstoff aus Kanälen 12 für Brennstoff gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Anode 7. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Kathode 8 verteilt das Oxidationsmittel aus Kanälen 13 für Oxidationsmittel gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Kathode 8. Die GDL 9 zieht außerdem Reaktionswasser in umgekehrter Richtung zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase ab, d. h. in einer Richtung je von der Katalysatorschicht 30 zu den Kanälen 12, 13. Ferner hält die GDL 9 die PEM 5 feucht und leitet den Strom. Die GDL 9 ist beispielsweise aus einem hydrophobierten Kohlepapier als Träger- und Substratschicht und einer gebundenen Kohlepulverschicht als mikroporöser Schicht (microporous layer) aufgebaut.
Auf der GDL 9 liegt eine Bipolarplatte 10 auf. Die elektrisch leitfähige Bipolarplatte 10 dient als Stromkollektor, zur Wasserableitung und zur Leitung der Reaktionsgase als Prozessfluide durch die Kanalstrukturen 29 und/oder Flussfelder 29 und zur Ableitung der Abwärme, welche insbesondere bei der exothermischen elektrochemischen Reaktion an der Kathode 8 auftritt. Zum Ableiten der Abwärme sind in die Bipolarplatte 10 Kanäle 14 als Kanalstruktur 29 zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels als Prozessfluid eingearbeitet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 31 für Brennstoff ist von Kanälen 12 gebildet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel ist von Kanälen 13 gebildet. Als Material für die Bipolarplatten 10 werden beispielsweise Metall, leitfähige Kunststoffe und Kompositwerkstoffe und/oder Graphit eingesetzt.
In einer Brennstoffzelleneinheit 1 sind mehrere Brennstoffzellen 2 fluchtend gestapelt zu einem Brennstoffzellenstack 61 angeordnet (4 und 5). Der Brennstoffzellenstack 61 ist von einem nicht dargestellten Gehäuse und einer Anschlussplatte umschlossen. In 1 ist eine Explosionsdarstellung von zwei fluchtend gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 2 abgebildet. Dichtungen 11 dichten die Gasräume 31, 32 bzw. Kanäle 12, 13 fluiddicht ab. In einem Druckgasspeicher 21 (1) ist Wasserstoff H₂ als Brennstoff mit einem Druck von beispielsweise 350 bar bis 700 bar gespeichert. Aus dem Druckgasspeicher 21 wird der Brennstoff durch eine Hochdruckleitung 18 zu einem Druckminderer 20 geleitet zur Reduzierung des Druckes des Brennstoffes in einer Mitteldruckleitung 17 von ungefähr 10 bar bis 20 bar. Aus der Mitteldruckleitung 17 wird der Brennstoff zu einem Injektor 19 geleitet. An dem Injektor 19 wird der Druck des Brennstoffes auf einen Einblasdruck zwischen 1 bar und 3 bar reduziert. Von dem Injektor 19 wird der Brennstoff einer Zufuhrleitung 16 für Brennstoff (1) zugeführt und von der Zufuhrleitung 16 den Kanälen 12 für Brennstoff, welche die Kanalstruktur 29 für Brennstoff bilden. Der Brennstoff durchströmt dadurch den Gasraum 31 für den Brennstoff. Der Gasraum 31 für den Brennstoff ist von den Kanälen 12 und der GDL 9 an der Anode 7 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 12 wird der nicht in der Redoxreaktion an der Anode 7 verbrauchte Brennstoff und gegebenenfalls Wasser aus einer kontrollieren Befeuchtung der Anode 7 durch eine Abfuhrleitung 15 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet.
Eine Gasfördereinrichtung 22, beispielsweise als ein Gebläse 23 oder ein Kompressor 24 ausgebildet, fördert Luft aus der Umgebung als Oxidationsmittel in eine Zufuhrleitung 25 für Oxidationsmittel. Aus der Zufuhrleitung 25 wird die Luft den Kanälen 13 für Oxidationsmittel, welche eine Kanalstruktur 29 an den Bipolarplatten 10 für Oxidationsmittel bilden, zugeführt, so dass das Oxidationsmittel den Gasraum 32 für das Oxidationsmittel durchströmt. Der Gasraum 32 für das Oxidationsmittel ist von den Kanälen 13 und der GDL 9 an der Kathode 8 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 13 bzw. des Gasraumes 32 für das Oxidationsmittel 32 wird das nicht an der Kathode 8 verbrauchte Oxidationsmittel und das an der Kathode 8 aufgrund der elektrochemischen Redoxreaktion entstehenden Reaktionswasser durch eine Abfuhrleitung 26 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet. Eine Zufuhrleitung 27 dient zur Zuführung von Kühlmittel in die Kanäle 14 für Kühlmittel und eine Abfuhrleitung 28 dient zur Ableitung des durch die Kanäle 14 geleiteten Kühlmittels. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 sind in 1 aus Vereinfachungsgründen als gesonderte Leitungen dargestellt. Am Endbereich in der Nähe der Kanäle 12, 13, 14 sind im Stapel als Zellenstack 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 fluchtende Fluidöffnungen 41 an Abdichtplatten 39 als Verlängerung am Endbereich 40 der aufeinander liegender Bipolarplatten 10 (6) und Membranelektrodenanordnungen 6 (nicht dargestellt) ausgebildet. Die Brennstoffzellen 2 und die Komponenten 5, 6, 7, 8, 9, 10, 30, 51, 62 der Brennstoffzellen 2 sind scheibenförmig ausgebildet und spannen zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtete fiktive Ebenen 59 auf. Die fluchtenden Fluidöffnungen 41 und Dichtungen (nicht dargestellt) in einer Richtung senkrecht zu den fiktiven Ebenen 59 zwischen den Fluidöffnungen 41 bilden somit einen Zuführkanal 42 für Oxidationsmittel, einen Abführkanal 43 für Oxidationsmittel, einen Zuführkanal 44 für Brennstoff, einen Abführkanal 45 für Brennstoff, einen Zuführkanal 46 für Kühlmittel und einen Abführkanal 47 für Kühlmittel. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Zellenstacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 sind als Prozessfluidleitungen ausgebildet. Die Zufuhr- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Zellenstacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 münden in die Zuführ- und Abführkanäle 42, 43, 44, 45, 46, 47 innerhalb des Stapels der Brennstoffzelleneinheit 1. Der Brennstoffzellenstack 1 zusammen mit dem Druckgasspeicher 21 und der Gasfördereinrichtung 22 bildet ein Brennstoffzellensystem 4.
In der Brennstoffzelleneinheit 1 sind die Brennstoffzellen 2 zwischen zwei Spannelementen 33 als Spannplatten 34 angeordnet. Eine erste Spannplatte 35 liegt auf der ersten Brennstoffzelle 2 auf und eine zweiten Spannplatte 36 liegt auf der letzten Brennstoffzelle 2 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 1 umfasst ungefähr 200 bis 400 Brennstoffzellen 2, die aus zeichnerischen Gründen nicht alle in 4 und 5 dargestellt sind. Die Spannelemente 33 bringen auf die Brennstoffzellen 2 eine Druckkraft auf, d. h. die erste Spannplatte 35 liegt mit einer Druckkraft auf der ersten Brennstoffzelle 2 auf und die zweite Spannplatte 36 liegt mit einer Druckkraft auf der letzten Brennstoffzelle 2 auf. Damit ist der Brennstoffzellenstapel 61 als Brennstoffzellenstack 61 verspannt, um die Dichtheit für den Brennstoff, das Oxidationsmittel und das Kühlmittel, insbesondere aufgrund der elastischen Dichtungen 11, zu gewährleisten und außerdem den elektrischen Kontaktwiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels 61 als Zellenstack 61 möglichst klein zu halten. Zur Verspannung der Brennstoffzellen 2 mit den Spannelementen 33 sind an der Brennstoffzelleneinheit 1 vier Verbindungsvorrichtungen 37 als Bolzen 38 ausgebildet, welche auf Zug beansprucht sind. Die vier Bolzen 38 sind mit den Spanplatten 34 verbunden.
In 6 ist die Bipolarplatte 10 der Brennstoffzelle 2 dargestellt. Die Bipolarplatte 10 umfasst die Kanäle 12, 13 und 14 als drei getrennte Kanalstrukturen 29. Die Kanäle 12, 13 und 14 sind in 6 nicht gesondert dargestellt, sondern lediglich vereinfacht als Schicht einer Kanalstruktur 29. Die Fluidöffnungen 41 an den Abdichtplatten 39 der Bipolarplatten 10 (6) und Membranelektrodenanordnungen 6 sind fluchtend gestapelt angeordnet innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 1, so dass sich Zuführ- und Abführkanäle 42, 43, 44, 45, 46, 47 ausbilden. Dabei sind zwischen den Abdichtplatten 39 nicht dargestellte Dichtungen angeordnet zur fluiddichten Abdichtung der von den Fluidöffnungen 41 gebildeten Zuführ- und Abführkanäle 42, 43, 44, 45, 46, 47.
Da die Bipolarplatte 10 auch den Gasraum 31 für Brennstoff von dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel fluiddicht abtrennt und ferner auch den Kanal 14 für Kühlmittel fluiddicht abdichtet kann für die Bipolarplatte 10 ergänzend auch der Begriff der Separatorplatte 51 zur fluiddichten Trennung bzw. Separierung von Prozessfluiden gewählt werden. Damit wird unter dem Begriff der Bipolarplatte 10 auch der Begriff der Separatorplatte 51 subsumiert und umgekehrt. Die Kanäle 12 für Brennstoff, die Kanäle 13 für Oxidationsmittel und die Kanäle 14 für Kühlmittel der Brennstoffzelle 2 sind auch an der elektrochemische Zelle 52 als Elektrolysezelle 50 ausgebildet, jedoch mit einer anderen Funktion.
Die Brennstoffzelleneinheit 1 kann auch als Elektrolysezelleneinheit 49 eingesetzt und betrieben werden, d. h. bildet eine reversible Brennstoffzelleneinheit 1. Im Nachfolgenden werden einige Merkmale beschrieben, die den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 1 als Elektrolysezelleneinheit 49 ermöglichen. Für die Elektrolyse wird ein flüssiger Elektrolyt, nämlich stark verdünnte Schwefelsäure mit einer Konzentration von ungefähr c (H₂SO₄) = 1 mol/l, verwendet. Eine ausrechende Konzentration von Oxoniumionen H₃O⁺ in dem flüssigen Elektrolyten ist notwendig für die Elektrolyse.
Bei der Elektrolyse laufen die nachfolgenden Redoxreaktionen ab:

Kathode: 4 H₃O⁺ + 4 e^- → 2 H₂ + 4 H₂O
Anode: 6 H₂O → O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e^-
Summenreaktionsgleichung von Kathode und Anode: 2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Die Polung der Elektroden 7, 8 erfolgt mit Elektrolyse bei dem Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 umgekehrt (nicht dargestellt) wie bei dem Betrieb als Brennstoffzelleneinheit 1, so dass sich in den Kanälen 12 für Brennstoff, durch den der flüssige Elektrolyt geleitet wird, an den Kathoden Wasserstoff H₂ als zweiter Stoff gebildet wird und der Wasserstoff H₂ von dem flüssigen Elektrolyten aufgenommen und gelöst mittransportiert wird. Analog wird durch die Kanäle 13 für Oxidationsmittel der flüssige Elektrolyt geleitet und an den Anoden in bzw. an Kanälen 13 für Oxidationsmittel Sauerstoff O₂ als erster Stoff gebildet wird. Die Brennstoffzellen 2 der Brennstoffzelleneinheit 1 fungieren beim Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 als Elektrolysezellen 50. Die Brennstoffzellen 2 und Elektrolysezellen 50 bilden damit elektrochemische Zellen 52. Der gebildete Sauerstoff O₂ wird von dem flüssigen Elektrolyten aufgenommen und gelöst mittransportiert. Der flüssige Elektrolyt ist in einem Speicherbehälter 54 gelagert. In 1 sind aus zeichnerischen Vereinfachungsgründen zwei Speicherbehälter 54 des Brennstoffzellensystem 4 dargestellt, welches auch als Elektrolysezellensystem 48 fungiert. Das 3-Wege-Ventil 55 an der Zuführleitung 16 für Brennstoff wird im Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 umgeschaltet, so dass nicht Brennstoff aus dem Druckgasspeicher 21, sondern das flüssige Elektrolyt mit einer Pumpe 56 aus dem Speicherbehälter 54 in die Zuführleitung 16 für Brennstoff eingeleitet wird. Ein 3-Wege-Ventil 55 an der Zuführleitung 25 für Oxidationsmittel wird im Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 umgeschaltet, so dass nicht Oxidationsmittel als Luft aus der Gasfördereinrichtung 22, sondern das flüssige Elektrolyt mit der Pumpe 56 aus dem Speicherbehälter 54 in die Zuführleitung 25 für Oxidationsmittel eingeleitet wird. Die Brennstoffzelleneinheit 1, welche auch als Elektrolysezelleneinheit 49 fungiert, weist im Vergleich zu einer nur als Brennstoffzelleneinheit 1 betreibbaren Brennstoffzelleneinheit 1 optional Modifikationen an den Elektroden 7, 8 und der Gasdiffusionsschicht 9 auf: beispielsweise ist die Gasdiffusionsschicht 9 nicht saugfähig, so das der flüssige Elektrolyt leicht vollständig abläuft oder die Gasdiffusionsschicht 9 ist nicht ausgebildet oder die Gasdiffusionsschicht 9 ist eine Struktur an der Bipolarplatte 10. Die Elektrolysezelleneinheit 49 mit dem Speicherbehälter 54, der Pumpe 56 und den Abscheidern 57, 58 und vorzugsweise dem 3-Wege-Ventil 55 bildet ein elektrochemisches Zellensystem 60.
An der Abführleitung 15 für Brennstoff ist ein Abscheider 57 für Wasserstoff angeordnet. Der Abscheider 57 scheidet aus dem Elektrolyten mit Wasserstoff den Wasserstoff ab und der abgeschiedene Wasserstoff wird mit einem nicht dargestellten Verdichter in den Druckgasspeicher 21 eingeleitet. Der aus dem Abscheider 57 für Wasserstoff abgeleitete Elektrolyt wird anschließend wieder dem Speicherbehälter 54 für den Elektrolyten mit einer Leitung zugeführt. An der Abführleitung 26 für Brennstoff ist ein Abscheider 58 für Sauerstoff angeordnet. Der Abscheider 58 scheidet aus dem Elektrolyten mit Sauerstoff den Sauerstoff ab und der abgeschiedene Sauerstoff wird mit einem nicht dargestellten Verdichter in einem nicht dargestellten Druckgasspeicher für Sauerstoff eingeleitet. Der Sauerstoff in dem nicht dargestellten Druckgasspeicher für Sauerstoff kann optional für den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 1 genutzt werden indem mit einer nicht dargestellten Leitung der Sauerstoff in die Zuführleitung 25 für Oxidationsmittel gleitet wird beim Betrieb als Brennstoffzelleneinheit 1. Der aus dem Abscheider 58 für Sauerstoff abgeleitete Elektrolyt wird anschließend wieder dem Speicherbehälter 54 für den Elektrolyten mit einer Leitung zugeführt. Die Kanäle 12, 13 und die Abführ- und Zuführleitungen 15, 16, 25, 26 sind dahingehend ausgebildet, dass nach der Verwendung als Elektrolysezelleneinheit 49 und dem Abschalten der Pumpe 56 der flüssige Elektrolyt wieder vollständig in den Speicherbehälter 54 zurück läuft aufgrund der Schwerkraft. Optional wird nach der Verwendung als Elektrolysezelleneinheit 49 und vor der Verwendung als Brennstoffzelleneinheit 1 durch die Kanäle 12, 13 und die Abführ- und Zuführleitungen 15, 16, 25, 26 ein Inertgas durchgeleitet zum vollständigen Entfernen des flüssigen Elektrolyten vor dem Durchleiten von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel. Die Brennstoffzellen 2 und die Elektrolysezellen 2 bilden damit elektrochemische Zellen 52. Die Brennstoffzelleneinheit 1 und die Elektrolysezelleneinheit 49 bilden somit eine elektrochemische Zelleneinheit 53. Die Kanäle 12 für Brennstoff und der Kanäle für Oxidationsmittel bilden damit Kanäle 12, 13 zum Durchleiten des flüssigen Elektrolyten beim Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 und dies gilt analog für die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26. Eine Elektrolysezelleneinheit 49 benötigt aus prozesstechnischen Gründen normalerweise keine Kanäle 14 zum Durchleiten von Kühlmittel. In einer elektrochemischen Zelleneinheit 49 bilden die Kanäle 12 für Brennstoff auch Kanäle 12 zum Durchleiten von Brennstoff und/oder Elektrolyten und die Kanäle 13 für Oxidationsmittel bilden auch Kanäle 13 zum Durchleiten von Brennstoff und/oder Elektrolyten.
In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzelleneinheit 1 als eine alkalische Brennstoffzelleneinheit 1 ausgebildet. Als mobiler Elektrolyt wird Kalilauge als Kaliumhydroxid-Lösung eingesetzt. Die Brennstoffzellen 2 sind gestapelt angeordnet. Dabei kann ein monopolarer Zellaufbau oder ein bipolarer Zellaufbau ausgebildet sein. Die Kaliumhydroxid-Lösung zirkuliert zwischen einer Anode und Kathode und transportiert Reaktionswasser, Wärme und Verunreinigungen (Carbonate, gelöste Gase) ab. Die Brennstoffzelleneinheit 1 kann auch als reversible Brennstoffzelleneinheit 1, d. h. als Elektrolysezelleneinheit 49, betrieben werden.
Kontaktplatten 62 können als Monopolarplatten, Bipolarplatten 10 oder Endplatten ausgebildet sein. Monopolarplatten weisen nur einen einheitlichen Pol auf beiden Seiten auf, sodass in einer Brennstoffzelleneinheit 1 mit Monopolarplatten die Monopolarplatten mit einer elektrischen Stromleitung mit anderen Monopolarplatten zu verbinden sind. Endplatten sind an einem Ende des Zellen Stacks 61 angeordnet.
In 7 ist eine perspektivische Ansicht der Membranelektrodenanordnung 6 der Brennstoffzelleneinheit 1 dargestellt. Die schichtförmige Membranelektrodenanordnung 6 umfasst einen schichtförmigen Innenbereich aus der Protonenaustauschermembran 5. Die im Wesentlichen rechteckförmige Protonenaustauschermembran 5 mit Anoden 7 und Kathode 8 als CCM 6 ist von zwei schichtförmigen Abdichtschichten als einem ersten Subgasket 63 und einem zweiten Subgasket 64 vollständig umschlossen und umrahmt. Die Fluidöffnungen 41 entsprechen den Fluidöffnungen 41 der Bipolarplatte 10 gemäß 6. Der erste und zweite Subgasket 63, 64 weisen eine je rechteckförmige Öffnung 65 auf und durch diese rechteckförmigen Öffnungen 65 sind die Anoden 7 und Kathode 8 von außen für die Prozessgase zugänglich. Die CCM 6 ist nur geringfügig an einen streifenförmigen Bereich 66 umlaufend an den rechteckförmigen Öffnungen 65 größer ausgebildet als die rechteckförmigen Öffnungen 65. In dem Innenbereich als der CCM 6 ist zwischen der schichtförmigen Anode 7 und schichtförmigen Kathode 8 die schichtförmige Protonenaustauschermembran 5 angeordnet. Die Abdichtschichten und damit der erste und zweite Subgasket 63, 64 umfasst die Materialien bzw. Werkstoffe Polyethylennaphthalat (PEN) als einem thermoplastischen Kunststoff. Die schichtförmige Membranelektrodenanordnung 6 spannt eine fiktive Ebene 59 auf. Darüber hinaus spannen auch die Bipolarplatten 10 und Gasdiffusionsschichten 9 fiktive Ebenen 59 auf, die zueinander parallel ausgerichtet sind.
Für die Herstellung der Membranelektrodenanordnung 6 gemäß 7 wird der erste Subgasket 63 und der zweite Subgasket 64 als eine erste und zweite Ausgangskomponente 67, 68 benötigt. Zwischen dem ersten und zweiten Subgasket 63, 64 ist im Bereich der rechteckförmigen Öffnungen 65 die Protonenaustauschermembran 5 mit Anode 7 und Kathode 8 als CCM 6 angeordnet. Die Protonenaustauschermembran 5 mit Anode 7 und Kathode 8 weist geringfügig eine größere Länge und Breite auf als die rechteckförmige Öffnung 65, sodass sich der streifenförmige Bereich 66 umlaufend an der rechteckförmigen Öffnungen 65 ausgebildet und an dem streifenförmigen Bereich 66 ist ein Endbereich der Protonenaustauschermembran 5 mit Anode 7 und Kathode 8 zwischen dem ersten und zweiten Subgasket 63, 64 angeordnet.
Zur stoffschlüssigen Verbindung der ersten Ausgangskomponente 67 als erstes Subgasket 63, der zweiten Ausgangskomponente 68 als zweites Subgasket 64 und der CCM 6 als weitere Ausgangskomponente zu der Membranelektrodenanordnungen 6 als einer Verbindungskomponente 74 ist es notwendig, an je einer Seite der Subgaskets 63, 64 umlaufend an den rechteckförmigen Öffnungen 65 Klebstoff 69 als eine Klebstoffschicht 70 in einer genauen Ist-Position aufzubringen (8). Das Aufbringen des Klebstoffes 69 auf die Seiten der Subgasket 63, 64 wird mit einer nicht dargestellten Prozesseinheit ausgeführt, in dem die Prozesseinheit von einem nicht dargestellten Roboter anhand von Steuerdaten im Raum über dem ersten und zweiten Subgasket 63. 64 bewegt wird. Dem Klebstoff 69 ist ein Strahlungsstoff als phosphoreszierende Partikel zugesetzt, sodass der Strahlungsstoff elektromagnetische Strahlung als Licht emittiert. Eine Kamera 72 als ein Strahlungssensor 71 ist mit nicht dargestellten Datenleitungen mit einer Recheneinheit 73 als einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit 73 verbunden. In der Recheneinheit 73 werden die von der Kamera 72 erfassten Bilddaten mit einer Bildverarbeitungssoftware ausgewertet. Aufgrund des von dem Klebstoff mit dem Strahlungsstoff emittierten Lichtes weist die von der Prozesseinheit aufgebrachte Klebstoffschicht 70 eine größere Helligkeit auf als die übrige Umgebung, insbesondere als das erste und zweite Subgasket 63, 64. Dieser Unterschied in dem Kontrast bzw. in der Helligkeit wird von der Kamera 72 erfasst und mittels der Bildverarbeitungssoftware und der bekannten Ist-Relativposition der Kamera 72 in einem lokalen Koordinatensystem zu dem Subgasket 63, 64 kann die Ist-Relativposition des Klebstoffes 69 als der Klebstoffschicht 70 auf dem Subgasket 63, 64 erfasst werden. Optional kann die Kamera 72 zusätzlich auch zur Erfassung der Relativposition des Subgasket 63, 64 relativ zu der Kamera 72 eingesetzt werden. Aus den bekannten Daten zur Relativposition des Subgasket 63, 64 zu der Kamera 72 und den erfassten Daten zur Relativposition der Klebstoffschicht 70 zu der Kamera 72 kann somit die Ist-Relativposition der Klebstoffschicht 70 auf dem Subgasket 63, 64 bestimmt werden. Mit diesem beschriebenen Verfahren kann somit für beide Subgaskets 63, 64 die Ist-Relativposition der Klebstoffschicht 70 auf je einem Subgasket 63, 64 erfasst werden. Bei einer Abweichung der Ist-Relativposition der Klebstoffschicht 70 von einer vorgegebenen Soll-Relativposition der Klebstoffschicht 70 werden die Steuerdaten zur Bewegung des Roboters mit der Prozesseinheit entsprechend verändert und angepasst, damit mit einer vorgegebenen Minimalabweichung die Ist-Relativposition der Klebstoffschicht 70 wieder der Soll-Relativposition der Klebstoffschicht 70 entspricht.
In 9 ist eine Ansicht einer Gasdiffusionsschicht 9 dargestellt. Die Gasdiffusionsschicht 9 wird mit der Klebstoffschicht 70 mit der Membranelektrodenanordnung 6 stoffschlüssig verbunden. Die Klebstoffschicht 70 wird nicht auf einem rechteckförmigen Bereich 75 aufgebracht und der Größe des rechteckförmigen Bereiches 75 ist geringfügig größer als die der rechteckförmigen Öffnung 65, so dass die Klebstoffschicht 70 nicht in Kontakt mit der Anode 7 und Kathode 8 gelangt. Damit bildet die Gasdiffusionsschicht 9 eine erste Ausgangskomponente 67 und die Membranelektrodenanordnung 6 die zweite Ausgangskomponente 68 und die Verbindungskomponente 74 mit den stoffschlüssig miteinander verbundenen Membranelektrodenanordnung 6 und Gasdiffusionsschicht 9 bildet die Verbindungskomponente 74. Die Überwachung und Steuerung des Aufbringens der Klebstoffschicht 69 auf die Gasdiffusionsschicht 9 erfolgt in analoger Weise wie in dem 8 dargestellten Ausführungsbeispiel. Verbindungskomponenten 74 können somit auch mehrere Komponenten einer elektrochemischen Zelleneinheit 53 umfassen. Ausgangskomponenten 67, 68 können somit Komponenten der elektrochemischen Zelleneinheit 53 oder andere Ausgangsteile umfassen.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Verbindungskomponente 74, dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der elektrochemischen Zelleneinheit 53 und der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelleneinheit 53 wesentliche Vorteile verbunden. Dem Klebstoff 69 ist der Strahlungsstoff zugesetzt. Damit emittiert der Klebstoff 69 und insbesondere die Klebstoffschicht 70 elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Licht, Infrarotstrahlung, Gammastrahlung oder Röntgenstrahlung. Die ausgesendete elektromagnetische Strahlung wird bei einer Elektrolumineszenz mit einem elektrischen Feld angeregt, d. h. während der Erfassung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Strahlungssensor 71 ist der Klebstoff in einem elektrischen Feld angeordnet. Analog erfolgt bei einer Katodolumineszenz die Anregung durch Beschluss mit Elektronen, d. h. während der Erfassung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Strahlungssensor 71 wird der Klebstoff mit Elektronen beschossen. Bei einer Sololumineszenz erfolgt die Anregung mit Schallwellen, d. h. während der Erfassung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Strahlungssensor 71 wird der Klebstoff Schallwellen ausgesetzt. Die Daten zu der Ist-Relativposition der Klebstoffschicht 70 auf der Ausgangskomponente 67, 68 und/oder auf der Verbindungskomponente 74 können für umfangreiche Überwachungsvorgänge eingesetzt werden. Aufgrund der Abweichungen zwischen den Ist-Relativpositionen und den Soll-Relativpositionen können während der Bewegung der Prozesseinheit mit dem Roboter die Steuerdaten zur Bewegung der Prozesseinheit verändert und angepasst werden, damit die Ist-Relativpositionen wieder im Wesentlichen den Soll-Relativpositionen entsprechen. Darüber hinaus kann auch nach der Herstellung der Verbindungskomponenten 74 auch in den Verbindungskomponenten 74 die Ist-Relativposition der Klebstoffschicht 70 ermittelt werden und mit der Soll-Relativposition der Klebstoffschicht 70 verglichen werden. Bei einer Überschreitung eines Betrages der Differenz zwischen der Ist-Relativposition und der Soll-Relativposition der Klebstoffschicht über einen Referenzwert wird die entsprechend hergestellte Verbindungskomponente 74 nicht für die weitere Herstellung der elektrochemischen Zelleneinheit 53 verwendet, sondern aussortiert. Ausgangskomponenten 67, 68 für die Herstellung der elektrochemischen Zelleneinheit 53 weisen häufig eine geringe Dicke auf, sodass die von der Klebstoffschicht 69 emittierte elektromagnetische Strahlung auch durch die Ausgangskomponente 67, 68 mit dem Strahlungssensor 71 hindurch erfasst werden kann. Damit kann auch noch nach der Herstellung der Verbindungskomponente 74 mit der Klebstoffschicht 70 in der Verbindungskomponente 74 die Ist-Relativposition der Klebstoffschicht 70 erfasst und überprüft werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1025082 [0005]
WO 2007084561 A2 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Verbindungskomponente (74) für eine elektrochemische Zelleneinheit (53) zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit (1) und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit (49) mit gestapelten elektrochemischen Zellen (52) als Zellenstack (61) mit den Schritten: - zur Verfügung stellen einer ersten Ausgangskomponente (67), - zur Verfügung stellen einer zweiten Ausgangskomponente (68), - zur Verfügung stellen eines Klebstoffes (69) zum stoffschlüssigen Verbinden der ersten und zweiten Ausgangskomponente (67, 68), - Aufbringen des Klebstoffes (69) auf die erste Ausgangskomponente (67) und/oder zweite Ausgangskomponente (68), - stoffschlüssiges Verbinden der ersten Ausgangskomponente (67) mit der zweiten Ausgangskomponente (68) mittels des Klebstoffes (69) zu der Verbindungskomponente (74), dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (69) mit einem Strahlungsstoff zum Emittieren von Strahlung zur Verfügung gestellt wird und vom dem Strahlungsstoff Strahlung emittiert wird und mit einem Strahlungssensor (71) die von dem Strahlungsstoff in dem Klebstoff (69) emittierte Strahlung erfasst wird und mittels der erfassten Strahlung die Position des Klebstoffes (69) als Klebstoffposition bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom dem Strahlungsstoff während des Aufbringens des Klebstoffes (69) und/oder während des stoffschlüssigen Verbindens und/oder nach dem stoffschlüssigen Verbinden Strahlung emittiert wird und mit dem Strahlungssensor (71) die von dem Strahlungsstoff in dem Klebstoff (69) emittierte Strahlung erfasst wird und mittels der erfassten Strahlung die Position des Klebstoffes (69) als Klebstoffposition bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position als Ist-Relativposition des Klebstoffes (69) auf der ersten Ausgangskomponente (67) und/oder auf der zweiten Ausgangskomponente (68) und/oder auf und/oder an der Verbindungskomponente (74) bestimmt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente (67) und/oder der zweiten Ausgangskomponente (68) und/oder der Verbindungskomponente (74) bestimmt wird und aus der Ist-Position der ersten Ausgangskomponente (67) und/oder der zweiten Ausgangskomponente (68) und/oder der Verbindungskomponente (74) und der Position des Klebstoffes (69) als Klebstoffposition die Ist-Relativposition des Klebstoffes (69) auf der ersten Ausgangskomponente (67) und/oder auf der zweiten Ausgangskomponente (68) und/oder auf und/oder an der Verbindungskomponente (74) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Position der ersten Ausgangskomponente (67) und/oder der zweiten Ausgangskomponente (68) und/oder der Verbindungskomponente (74) mit einer Kamera (72) und einer Recheneinheit (73) mit einer Bildverarbeitungssoftware bestimmt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Strahlungssensor (71) die von dem Strahlungsstoff in dem Klebstoff (69) emittierte spezifische Ausstrahlung erfasst wird und mittels der erfassten spezifischen Ausstrahlung die Stoffmenge des aufgebrachten Klebstoffes (69) pro Flächeneinheit und/oder die Dicke des aufgebrachten Klebstoffes (69) bestimmt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Klebstoffes (69) auf die erste Ausgangskomponente (67) und/oder zweite Ausgangskomponente (68) gesteuert und/oder geregelt indem die Ist-Relativposition des Klebstoffes (69) mit einer Soll-Relativposition des Klebstoffes (69) verglichen wird und bei einer Abweichung der Ist-Relativposition des Klebstoffes (69) von der Soll-Relativposition des Klebstoffes (69) die Steuerdaten zum Aufbringen des Klebstoffes (69) zur Erzielung einer Übereinstimmung zwischen der Ist-Relativposition und Soll-Relativposition des Klebstoffes (69) verändert werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungssensor (71) eine Kamera (72) ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgangskomponente (67) eine Gasdiffusionsschicht (9) und die zweite Ausgangskomponente (68) eine Membranelektrodenanordnung (6) ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Strahlungsstoff elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, als Strahlung emittiert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Strahlungsstoff die Strahlung mittels Lumineszenz, insbesondere Elektrolumineszenz, Chemilumineszenz, Candolumieszenz, Kathodenlumineszenz, Photolumineszenz, Thermolumineszenz und/oder Sonolumineszenz, emittiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lumineszenz Fluoreszenz und/oder Phosphoreszenz ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Strahlungsstoff emittierte elektromagnetische Strahlung Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, ist und der Strahlungssensor (71) eine Wärmebildkamera (72) ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelleneinheit (53) zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit (1) und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit (49) mit gestapelten elektrochemischen Zellen (52) mit den Schritten: - zur Verfügung stellen von schichtförmigen Komponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62) der elektrochemischen Zellen (52), nämlich vorzugsweise Protonenaustauschermembranen (5), Anoden (7), Kathoden (8), vorzugsweise Gasdiffusionsschichten (9) und Kontaktplatten (62) als Monopolarplatten und/oder Bipolarplatten (10) und/oder Endplatten, - stoffschlüssiges Verbinden von schichtförmigen Ausgangskomponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62, 63, 64, 67, 68) mit einem Klebstoff (69) zu schichtförmigen Verbindungskomponenten (74), - Stapeln der schichtförmigen Komponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62) und/oder Verbindungskomponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62, 63, 64, 74) zu elektrochemischen Zellen (52) und zu einem Stack (61) der elektrochemischen Zelleneinheit (53), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden von schichtförmigen Ausgangskomponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62, 63, 64, 67, 68) mit dem Klebstoff (69) zu schichtförmigen Verbindungskomponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62, 63, 64, 74) mit einem Verfahren gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt wird.
Elektrochemische Zelleneinheit (53) zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit (1) und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit (53), umfassend - gestapelt angeordnete elektrochemische Zellen (52) und die elektrochemischen Zellen (52) jeweils gestapelt angeordnete schichtförmige Komponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62) und/oder Verbindungskomponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62, 63, 64, 74) umfassen, - die Komponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62) der elektrochemischen Zellen (52) vorzugsweise Protonenaustauschermembranen (5), Anoden (7), Kathoden (8), vorzugsweise Gasdiffusionsschichten (9) und Kontaktplatten (62) als Monopolarplatten und/oder Bipolarplatten (10) und/oder Endplatten sind, - Kanäle (12, 13, 14) zum Durchleiten von Prozessfluiden, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelleneinheit (53) mit einem Verfahren gemäß Anspruch 14 hergestellt ist und/oder der Klebstoff (69) zum stoffschlüssigen Verbinden der Ausgangskomponenten (5, 6, 7, 8, 9, 10, 51, 62, 63, 64, 67, 68) einen Strahlungsstoff zum Emittieren von Strahlung umfasst.