DE102022114702A1 - Electrochemical device and method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device - Google Patents
Electrochemical device and method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022114702A1 DE102022114702A1 DE102022114702.9A DE102022114702A DE102022114702A1 DE 102022114702 A1 DE102022114702 A1 DE 102022114702A1 DE 102022114702 A DE102022114702 A DE 102022114702A DE 102022114702 A1 DE102022114702 A1 DE 102022114702A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- elastomer
- bipolar plate
- adhesive element
- adhesive
- electrochemical device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 233
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 233
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 174
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims abstract description 174
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 115
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 101100116570 Caenorhabditis elegans cup-2 gene Proteins 0.000 description 14
- 101100116572 Drosophila melanogaster Der-1 gene Proteins 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 7
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 10,10-dioxo-2-[4-(N-phenylanilino)phenyl]thioxanthen-9-one Chemical compound O=C1c2ccccc2S(=O)(=O)c2ccc(cc12)-c1ccc(cc1)N(c1ccccc1)c1ccccc1 FGRBYDKOBBBPOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/63—Holders for electrodes; Positioning of the electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/028—Sealing means characterised by their material
- H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
Abstract
Um eine elektrochemische Vorrichtung, umfassend mehrere elektrochemische Einheiten, die längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, wobei jede elektrochemische Einheit eine Bipolarplatte und eine Dichtungsanordnung umfasst und wobei jede Dichtungsanordnung mindestens ein Elastomer-Element umfasst, zu schaffen, bei welcher eine Verschiebung der Bauteile der elektrochemischen Einheiten untereinander während des Assemblierens des Stapels aus elektrochemischen Einheiten und/oder im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung erschwert oder verhindert wird, wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Elastomer-Element der Dichtungsanordnung mindestens ein Haftelement umfasst, welches in Kontakt mit einer dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht.In order to create an electrochemical device comprising a plurality of electrochemical units which follow one another along a stacking direction, each electrochemical unit comprising a bipolar plate and a sealing arrangement and each sealing arrangement comprising at least one elastomer element, in which a displacement of the components of the electrochemical units with one another during the assembly of the stack of electrochemical units and/or during the operation of the electrochemical device, it is proposed that at least one elastomer element of the sealing arrangement comprises at least one adhesive element which is in contact with a bipolar plate adjacent to the elastomer element .
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Vorrichtung, welche mehrere elektrochemische Einheiten, die längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, umfasst, wobei jede elektrochemische Einheit eine Bipolarplatte und eine Dichtungsanordnung umfasst und wobei jede Dichtungsanordnung mindestens ein Elastomer-Element umfasst.The present invention relates to an electrochemical device which comprises a plurality of electrochemical units which follow one another along a stacking direction, each electrochemical unit comprising a bipolar plate and a sealing arrangement and each sealing arrangement comprising at least one elastomer element.
Eine solche elektrochemische Vorrichtung kann beispielsweise als eine Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere als eine Polymerelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzellenvorrichtung, ausgebildet sein.Such an electrochemical device can be designed, for example, as a fuel cell device, in particular as a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell device.
Für die genaue Positionierung von Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) oder Bestandteilen von Membran-Elektroden-Anordnungen, welche eine Dichtungsanordnung aufweisen, während der Assemblierung eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten einer solchen elektrochemischen Vorrichtung stellen Relativbewegungen zwischen der Bipolarplatte und der Dichtungsanordnung einer elektrochemischen Einheit oder zwischen der Bipolarplatte und einer die Dichtungsanordnung tragenden Komponente der elektrochemischen Einheit ein Problem dar.For the precise positioning of membrane electrode assemblies (MEA) or components of membrane electrode assemblies which have a sealing arrangement, during the assembly of a stack of electrochemical units of such an electrochemical device, relative movements between the bipolar plate and the sealing arrangement of an electrochemical unit or between the bipolar plate and a component of the electrochemical unit that carries the sealing arrangement.
Wenn die Dichtungsanordnung an der Oberfläche der Bipolarplatte anhaftet oder anklebt, wie dies beispielsweise bei aus Polyolefinen gebildeten Dichtungsanordnungen der Fall sein kann, so kann eine Membran-Elektroden-Anordnung mit einer daran angespritzten Dichtungsanordnung sehr genau an der Bipolarplatte positioniert und an derselben fixiert werden. If the sealing arrangement adheres or sticks to the surface of the bipolar plate, as can be the case, for example, with sealing arrangements formed from polyolefins, a membrane-electrode arrangement with a sealing arrangement molded onto it can be positioned very precisely on the bipolar plate and fixed to it.
Dichtungsanordnungen aus anderen Materialien, beispielsweise aus einem Silikonmaterial gespritzte Dichtungsanordnungen, haften jedoch weniger gut an der Oberfläche der Bipolarplatte und können sich daher nach ihrer Positionierung an der Bipolarplatte während des Assemblierungsprozesses verschieben, wodurch dann die Genauigkeit der Positionierung der Membran-Elektroden-Anordnungen relativ zu den Bipolarplatten zu ungenau wird. Diese Ungenauigkeiten in der Positionierung der Membran-Elektroden-Anordnungen relativ zu den Bipolarplatten können zu ernsthaften Problemen, bis hin zum Ausfall des Stapels aus elektrochemischen Einheiten, führen.However, sealing assemblies made of other materials, for example sealing assemblies molded from a silicone material, adhere less well to the surface of the bipolar plate and can therefore shift after being positioned on the bipolar plate during the assembly process, which then affects the accuracy of the positioning of the membrane-electrode assemblies relative to the bipolar plates become too imprecise. These inaccuracies in the positioning of the membrane electrode assemblies relative to the bipolar plates can lead to serious problems, including failure of the stack of electrochemical units.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Bipolarplatten und die Dichtungsanordnungen mittels Anschlägen zu führen. Dies ist aber mit erheblichen Nachteilen verbunden. So können die metallischen Bipolarplatten, welche eine geringe Dicke von typischerweise nur 0,05 mm bis 0,2 mm aufweisen, durch einen solchen Anschlag verformt werden, was dann eine Führung der Bipolarplatte unmöglich macht und zudem das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses zwischen einander benachbarten elektrochemischen Einheiten in sich birgt. Die Dichtungsanordnungen weisen häufig eine zu geringe Steifigkeit auf, um präzise mittels Anschlägen geführt zu werden; wird dies trotzdem versucht, so ist der Assemblierungsprozess mit einer großen Positionsungenauigkeit behaftet.It is known from the prior art to guide the bipolar plates and the sealing arrangements using stops. However, this comes with significant disadvantages. The metallic bipolar plates, which have a small thickness of typically only 0.05 mm to 0.2 mm, can be deformed by such a stop, which then makes it impossible to guide the bipolar plate and also increases the risk of an electrical short circuit between adjacent electrochemical ones contains units. The sealing arrangements often have too little rigidity to be guided precisely by means of stops; If this is attempted anyway, the assembly process is subject to great positional inaccuracy.
Ferner kann, insbesondere bei metallischen Bipolarplatten, ein Versatz der Bipolarplatten innerhalb des Stapels aus elektrochemischen Einheiten zueinander auftreten, wobei dieser Versatz während des Aufeinanderstapelns der elektrochemischen Einheiten und/oder während des Verspannens der elektrochemischen Einheiten des Stapels gegeneinander auftreten kann. Ein solcher Versatz kann durch ein Rutschen der Bipolarplatten auf den Dichtungsanordnungen verursacht werden. Wenn die metallischen Bipolarplatten eine starke Eigenspannung aufweisen, die eine Verwölbung der Bipolarplatten verursachen kann, so wird dadurch das akkurate Stapeln der Bipolarplatten erschwert und das Entstehen eines Versatzes zwischen den Bipolarplatten des Stapels begünstigt. Ferner kann es beim Verspannen des Stapels aus elektrochemischen Einheiten dazu kommen, dass die eine Verwölbung aufweisenden Platten aus einem ersten Verwölbungszustand in einen zweiten Verwölbungszustand umklappen, was einen zusätzlichen Versatz der Bipolarplatten des Stapels beim Verspannen des Stapels induzieren kann.Furthermore, particularly in the case of metallic bipolar plates, an offset of the bipolar plates within the stack of electrochemical units can occur relative to one another, whereby this offset can occur during the stacking of the electrochemical units and/or during the bracing of the electrochemical units of the stack against one another. Such an offset can be caused by slippage of the bipolar plates on the seal assemblies. If the metallic bipolar plates have a strong internal tension, which can cause the bipolar plates to warp, this makes it more difficult to stack the bipolar plates accurately and promotes the creation of an offset between the bipolar plates in the stack. Furthermore, when bracing the stack of electrochemical units, it can happen that the plates having a curvature fold over from a first curvature state into a second curvature state, which can induce an additional offset of the bipolar plates of the stack when the stack is braced.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine Verschiebung der Bauteile der elektrochemischen Einheiten untereinander während des Assemblierens des Stapels aus elektrochemischen Einheiten und/oder im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung erschwert oder verhindert wird.The present invention is based on the object of creating an electrochemical device of the type mentioned at the outset, in which displacement of the components of the electrochemical units among one another is made more difficult or prevented during the assembly of the stack of electrochemical units and/or during operation of the electrochemical device.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrochemischen Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, das mindestens ein Elastomer-Element der Dichtungsanordnung mindestens ein Haftelement umfasst, welches in Kontakt mit einer dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht.This object is achieved according to the invention in an electrochemical device with the features of the preamble of claim 1 in that at least one elastomer element of the sealing arrangement comprises at least one adhesive element which is in contact with a bipolar plate adjacent to the elastomer element.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt das Konzept zugrunde, durch das Vorsehen einer lokal oder global veränderten Oberflächenstruktur an dem Elastomer-Element eine verbesserte Haftung des Elastomer-Elements an der benachbarten Bipolarplatte zu erreichen.The solution according to the invention is based on the concept of achieving improved adhesion of the elastomer element to the adjacent bipolar plate by providing a locally or globally changed surface structure on the elastomer element.
Dies ermöglicht es auch bei Elastomer-Elementen aus Materialien, die keine oder nur eine geringe intrinsische Haftung an dem Material der Bipolarplatten aufweisen, eine Relativverschiebung von Elastomer-Element und Bipolarplatte zu vermeiden.This makes it possible to avoid a relative displacement of the elastomer element and the bipolar plate, even with elastomer elements made of materials that have little or no intrinsic adhesion to the material of the bipolar plates.
Durch die verbesserte Haftung zwischen dem Elastomer-Element und der Bipolarplatte können die Bipolarplatte und die Dichtungsanordnung der elektrochemischen Einheit, welche als ein separates Dichtelement ausgebildet sein kann oder an die Membran-Elektroden-Anordnung oder an eine Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit angespritzt sein kann, bei der Assemblierung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten gehandhabt werden, ohne dass die Position dieser Bestandteile relativ zueinander sich verändert.Due to the improved adhesion between the elastomer element and the bipolar plate, the bipolar plate and the sealing arrangement of the electrochemical unit, which can be designed as a separate sealing element or can be molded onto the membrane-electrode arrangement or onto a gas diffusion layer of the electrochemical unit, can be included the assembly of the stack of electrochemical units can be handled without changing the position of these components relative to one another.
Auf diese Weise können Positionstoleranzen von wenigen Zehntelmillimetern eingehalten werden, und es wird verhindert, dass der Stapel aus elektrochemischen Einheiten durch eine Bewegung der Bestandteile des Stapels relativ zueinander bei der Handhabung, beim Aufeinanderstapeln oder beim Verspannen der Bauteile zu einer Überschreitung der zulässigen Toleranzen führt, so dass der Stapel aus elektrochemischen Einheiten dann nicht funktionsfähig ist oder nicht die geforderte Lebensdauer erreicht.In this way, positional tolerances of a few tenths of a millimeter can be maintained, and it is prevented that the stack of electrochemical units leads to the permissible tolerances being exceeded due to a movement of the components of the stack relative to one another during handling, stacking or clamping of the components, so that the stack of electrochemical units is then not functional or does not achieve the required service life.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtungsanordnung mittels Haftelementen - gegebenenfalls nach einem anfänglichen Andrücken des Elastomer-Elements der Dichtungsanordnung an die benachbarten Bipolarplatten - an zwei benachbarten Bipolarplatten fixiert wird, wodurch dann mehrere Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten, vorzugsweise alle Bipolarplatten des Stapels aus elektrochemischen Einheiten, relativ zueinander fixiert werden, so dass kein Verrutschen der Bipolarplatten relativ zueinander mehr möglich ist. Hierdurch wird der Stapelvorgang deutlich vereinfacht, und die Positionstoleranzen zwischen den Bestandteilen des Stapels können leichter eingehalten werden.In a special embodiment of the invention it is provided that the sealing arrangement is fixed to two adjacent bipolar plates by means of adhesive elements - if necessary after initially pressing the elastomer element of the sealing arrangement onto the adjacent bipolar plates - whereby several bipolar plates of the stack of electrochemical units, preferably all of them Bipolar plates of the stack of electrochemical units are fixed relative to one another, so that the bipolar plates can no longer slip relative to one another. This significantly simplifies the stacking process and makes it easier to maintain the positional tolerances between the components of the stack.
Dichtungsanordnungen, welche an Membran-Elektroden-Anordnungen oder an Komponenten von Membran-Elektroden-Anordnungen, wie beispielsweise Gasdiffusionslagen, angespritzt werden, umfassen typischerweise Dichtlippen, welche die abzudichtenden Bereiche einer elektrochemischen Einheit umschließen. Diese abzudichtenden Bereiche sind beispielsweise der elektrochemisch aktive Bereich der elektrochemischen Vorrichtung und die Zuführkanäle sowie die Abführkanäle für die Betriebsmedien der elektrochemischen Einheiten (Anodengas, Kathodengas und gegebenenfalls Kühlmittel). Diejenigen Bereiche einer Dichtungsanordnung, welche Dichtlippen aufweisen, können aufgrund der Funktionalität häufig nur schwer modifiziert werden.Sealing arrangements that are molded onto membrane-electrode arrangements or onto components of membrane-electrode arrangements, such as gas diffusion layers, typically include sealing lips which enclose the areas of an electrochemical unit to be sealed. These areas to be sealed are, for example, the electrochemically active area of the electrochemical device and the supply channels and the discharge channels for the operating media of the electrochemical units (anode gas, cathode gas and, if necessary, coolant). Those areas of a sealing arrangement which have sealing lips are often difficult to modify due to their functionality.
Daneben enthält eine solche Dichtungsanordnung aber in der Regel auch inaktive Bereiche ohne Abdichtfunktion, welche die aktiven Bereiche miteinander verbinden und relativ zueinander in Position halten. Ferner kann die Dichtungsanordnung in Zwischenbereichen zwischen den Dichtlippen oder in einem Randbereich der Dichtungsanordnung eine oder mehrere Elastomerstrukturen umfassen, welche keine Dichtfunktion erfüllen, sondern den Zweck haben, ein freies Volumen im Stapel aus elektrochemischen Einheiten auszufüllen oder, wenn die Elastomerstrukturen über die Bipolarplatten seitlich überstehen, einen Berührschutz bereitzustellen.In addition, such a sealing arrangement usually also contains inactive areas without a sealing function, which connect the active areas to one another and hold them in position relative to one another. Furthermore, the sealing arrangement can comprise one or more elastomer structures in intermediate regions between the sealing lips or in an edge region of the sealing arrangement, which do not fulfill a sealing function, but have the purpose of filling a free volume in the stack of electrochemical units or if the elastomer structures protrude laterally over the bipolar plates to provide contact protection.
Diese inaktiven Teile der Dichtungsanordnung sind normalerweise so ausgeführt, dass dort kein großer Anteil der Verspannkraft, mittels welcher die Bestandteile des Stapels aus elektrochemischen Einheiten gegeneinander verspannt werden, aufgenommen wird, sondern die an die Dichtungsanordnung angrenzenden Bipolarplatten lediglich berührt werden. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass von der Dichtungsanordnung nur eine der benachbarten Bipolarplatten berührt wird und dass zwischen der Dichtungsanordnung und der anderen benachbarten Bipolarplatte ein freies Volumen in Form eines Spaltes bestehen bleibt.These inactive parts of the sealing arrangement are normally designed in such a way that no large proportion of the clamping force by means of which the components of the stack of electrochemical units are clamped against one another is absorbed there, but rather the bipolar plates adjacent to the sealing arrangement are merely touched. Alternatively, it can also be provided that only one of the adjacent bipolar plates is touched by the sealing arrangement and that a free volume in the form of a gap remains between the sealing arrangement and the other adjacent bipolar plate.
In den nicht aktiven Bereichen der Dichtungsanordnung, das heißt in den Bereichen ohne Dichtfunktion, ist eine Modifikation der Gestaltung der Elastomer-Elemente häufig ohne Nachteile möglich. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass das mindestens eine Haftelement des Elastomer-Elements in einem solchen nicht abdichtenden Bereich des Elastomer-Elements angeordnet ist, welcher keine Abdichtfunktion aufweist.In the non-active areas of the sealing arrangement, that is to say in the areas without a sealing function, a modification of the design of the elastomer elements is often possible without disadvantages. It is therefore preferably provided that the at least one adhesive element of the elastomer element is arranged in such a non-sealing region of the elastomer element which has no sealing function.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Haftelement zumindest zeitweise durch die Wirkung eines Unterdrucks an der benachbarten Bipolarplatte fixiert ist.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the at least one adhesive element is fixed at least temporarily to the adjacent bipolar plate by the effect of a negative pressure.
Durch eine solche lokale Bildung von Unterdruck wird das Elastomer-Element an der Bipolarplatte fixiert und eine Relativbewegung zwischen dem Elastomer-Element und der Bipolarplatte verhindert.Such a local formation of negative pressure fixes the elastomer element to the bipolar plate and prevents relative movement between the elastomer element and the bipolar plate.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das mindestens eine Haftelement eine Saugnapfstruktur umfasst.In particular, it can be provided that the at least one adhesive element comprises a suction cup structure.
Die Saugnapfstruktur kann durch eine lokale Variation der Dicke des Elastomer-Elements, das heißt der Ausdehnung des Elastomer-Elements längs der Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung, ausgebildet sein.The suction cup structure can be formed by a local variation of the thickness of the elastomeric element, that is, the extent of the elastomeric element along the stacking direction of the electrochemical device.
Mindestens ein Haftelement kann eine geschlossene Struktur, welche mindestens eine Dichtlippe umfasst, umfassen.At least one adhesive element can comprise a closed structure which includes at least one sealing lip.
Die eine Dichtlippe umfassende geschlossene Struktur kann beispielsweise die Form eines Kreises, einer Ellipse oder eines Polygons aufweisen.The closed structure comprising a sealing lip can, for example, have the shape of a circle, an ellipse or a polygon.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Haftelement eine Noppenstruktur und/oder eine Lamellenstruktur aufweist. Eine solche Struktur kann eine Haftung durch Unterdruck und/oder durch van-der-Waals-Kräfte, wie beispielsweise bei einer sogenannten „Gecko-Struktur“, herbeiführen.Furthermore, it can be provided that at least one adhesive element has a knob structure and/or a lamellar structure. Such a structure can cause adhesion through negative pressure and/or van der Waals forces, such as in a so-called “gecko structure”.
Wenn mindestens ein Haftelement eine Stempelstruktur, vorzugsweise in einem Innenraum das Haftelements, umfasst, so kann hierdurch ein Komprimieren des Bereichs des Haftelements sicher gestaltet werden. Beispielsweise kann so ein Reißen des Elastomermaterials des Elastomer-Elements beim Anpressen an die Bipolarplatte verhindert werden.If at least one adhesive element comprises a stamp structure, preferably in an interior of the adhesive element, compression of the area of the adhesive element can be ensured in this way. For example, tearing of the elastomer material of the elastomer element when pressed against the bipolar plate can be prevented.
Das mindestens eine Haftelement kann auch eine oder mehrere Kavitäten umfassen.The at least one adhesive element can also include one or more cavities.
Eine an dem mindestens einen Haftelement vorgesehene Noppenstruktur kann an ihrer Oberfläche eine saugnapfartige Geometrie aufweisen.A knob structure provided on the at least one adhesive element can have a suction cup-like geometry on its surface.
Die Verwendung einer Noppenstruktur kann eine Materialeinsparung bewirken. Ferner ist die Noppenstruktur für eine Durchströmung mit einem Betriebsmedium der elektrochemischen Vorrichtung, in einer zur Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung senkrechten Richtung, durchlässig.The use of a knobbed structure can save material. Furthermore, the knob structure is permeable to a flow of an operating medium of the electrochemical device in a direction perpendicular to the stacking direction of the electrochemical device.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Haftelement eine Versteifungsstruktur umfasst.In a particular embodiment of the invention it is provided that at least one adhesive element comprises a stiffening structure.
Zweck einer solchen Versteifungsstruktur ist es, das Elastomermaterial des Elastomer-Elements im Bereich des Haftelements mechanisch zu versteifen, um dadurch einen höheren Unterdruck in einem Innenraum des Haftelements erzeugen und somit eine bessere Haftung des Haftelements an der Bipolarplatte erreichen zu können.The purpose of such a stiffening structure is to mechanically stiffen the elastomer material of the elastomer element in the area of the adhesive element in order to thereby generate a higher negative pressure in an interior of the adhesive element and thus to be able to achieve better adhesion of the adhesive element to the bipolar plate.
Eine solche Versteifungsstruktur ist vorzugsweise an der der benachbarten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomer-Elements angeordnet.Such a stiffening structure is preferably arranged on the side of the elastomer element facing away from the adjacent bipolar plate.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Elastomer-Element der Dichtungsanordnung mindestens ein erstes Haftelement umfasst, welches in Kontakt mit einer ersten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht, und mindestens ein zweites Haftelement umfasst, welches in Kontakt mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one elastomer element of the sealing arrangement comprises at least a first adhesive element, which is in contact with a first bipolar plate adjacent to the elastomer element, and at least one second adhesive element, which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomer element.
Auf diese Weise können beide dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatten zumindest temporär relativ zu dem Elastomer-Element und damit relativ zueinander fixiert werden, gegebenenfalls nach einem initialen Andrücken der Bipolarplatten an das jeweils zugeordnete Haftelement des Elastomer-Elements.In this way, both bipolar plates adjacent to the elastomeric element can be fixed at least temporarily relative to the elastomeric element and thus relative to each other, if necessary after the bipolar plates have been initially pressed against the respectively assigned adhesive element of the elastomeric element.
Dabei können das erste Haftelement und das zweite Haftelement jeweils so ausgebildet sein, wie das einzige Haftelement bei einer Ausführungsform, bei welcher das Elastomer-Element mittels eines Haftelements nur an einer benachbarten Bipolarplatte anhaftet.The first adhesive element and the second adhesive element can each be designed like the single adhesive element in an embodiment in which the elastomer element only adheres to an adjacent bipolar plate by means of an adhesive element.
Nach dem Aufeinanderstapeln und dem Andrücken der Bipolarplatten an das jeweils dazwischen angeordnete Elastomer-Element kann dann keine relevante Verschiebung der Bipolarplatten relativ zueinander mehr auftreten.After the bipolar plates have been stacked on top of one another and pressed against the elastomer element arranged in between, no relevant displacement of the bipolar plates relative to one another can then occur.
Wird dieser Vorgang während des Assemblierens des Stapels aus elektrochemischen Einheiten wiederholt durchgeführt, so erhält man einen Stapel, in dem alle Bipolarplatten in ihrer Position relativ zueinander fixiert sind.If this process is carried out repeatedly during the assembly of the stack of electrochemical units, a stack is obtained in which all bipolar plates are fixed in their position relative to one another.
Auf diese Weise kann sogar ein Verschieben einander benachbarter Bipolarplatten relativ zueinander während des Vorgangs, bei welchem die elektrochemischen Einheiten des Stapels gegeneinander verspannt werden, vermieden werden, wodurch eine deutliche Verbesserung der Positionstoleranzen des fertig assemblierten Stapels erreicht wird.In this way, even a displacement of adjacent bipolar plates relative to one another during the process in which the electrochemical units of the stack are clamped against one another can be avoided, thereby achieving a significant improvement in the position tolerances of the fully assembled stack.
Das mindestens eine erste Haftelement und das mindestens eine zweite Haftelement können einander direkt gegenüberliegend an dem Elastomer-Element ausgebildet sein.The at least one first adhesive element and the at least one second adhesive element can be formed directly opposite one another on the elastomer element.
Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, dass das erste Haftelement und das zweite Haftelement in einer senkrecht zur Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung ausgerichteten Versatzrichtung gegeneinander versetzt an dem Elastomer-Element angeordnet sind.In principle, however, it would also be possible for the first adhesive element and the second adhesive element to be arranged offset from one another on the elastomer element in an offset direction aligned perpendicular to the stacking direction of the electrochemical device.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein erstes Haftelement und mindestens ein zweites Haftelement im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander an dem Elastomer-Element ausgebildet sind.In a special embodiment of the invention it is provided that at least one first th adhesive element and at least one second adhesive element are formed essentially mirror-symmetrically to one another on the elastomer element.
Dabei ist die Symmetrieebene vorzugsweise senkrecht zu der Stapelrichtung der elektrochemischen Vorrichtung ausgerichtet.The plane of symmetry is preferably aligned perpendicular to the stacking direction of the electrochemical device.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein erstes Haftelement und mindestens ein zweites Haftelement durch einen an dem Elastomer-Element vorgesehenen Durchbruch miteinander verbunden sind.Furthermore, it can be provided that at least one first adhesive element and at least one second adhesive element are connected to one another through an opening provided on the elastomer element.
Hierdurch kann eine Vergrößerung des von dem ersten Haftelement und von dem zweiten Haftelement eingeschlossenen freien Volumens erzielt werden, in welchem ein Unterdruck erzeugbar ist, durch den das Elastomer-Element an den beiden benachbarten Bipolarplatten haftet. Somit kann eine längere Haftung zwischen dem Elastomer-Element und den benachbarten Bipolarplatten erzielt werden.This makes it possible to increase the free volume enclosed by the first adhesive element and the second adhesive element, in which a negative pressure can be generated, through which the elastomer element adheres to the two adjacent bipolar plates. This means that longer adhesion can be achieved between the elastomer element and the adjacent bipolar plates.
Ferner kann ein solcher Durchbruch die Positionierung des Elastomer-Elements relativ zu mindestens einer der beiden benachbarten Bipolarplatten erleichtern.Furthermore, such a breakthrough can facilitate the positioning of the elastomer element relative to at least one of the two adjacent bipolar plates.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Haftelement eine Kraftübertragungsstruktur umfasst, welche mit einer zweiten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, die auf der der ersten benachbarten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomer-Elements, welche als die Rückseite des Elastomer-Elements angesehen werden kann, angeordnet ist.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that at least one adhesive element comprises a force transmission structure which is in contact with a second adjacent bipolar plate, which is on the side of the elastomer element facing away from the first adjacent bipolar plate, which is the back of the elastomer element can be viewed, is arranged.
Eine solche Kraftübertragungsstruktur dient dazu, beim Zusammendrücken von Elastomer-Element und Bipolarplatte die Kraft auf den Bereich zu lenken, in dem das Haftelement an dem Elastomer-Element ausgebildet ist.Such a force transmission structure serves to direct the force to the area in which the adhesive element is formed on the elastomer element when the elastomer element and the bipolar plate are pressed together.
Eine solche Kraftübertragungsstruktur kann beispielsweise eine lokale Verdickung des Elastomer-Elements im Bereich des Haftelements umfassen.Such a force transmission structure can, for example, include a local thickening of the elastomer element in the area of the adhesive element.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Kraftübertragungsstruktur einen von der Rückseite des Elastomer-Elements vorspringenden Stempel umfassen, mit welchem das Elastomer-Element sich beispielsweise an einer auf der der ersten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomer-Elements angeordneten zweiten Bipolarplatte abstützen kann.Alternatively or in addition to this, the force transmission structure can comprise a stamp projecting from the back of the elastomeric element, with which the elastomeric element can be supported, for example, on a second bipolar plate arranged on the side of the elastomeric element facing away from the first bipolar plate.
Vorzugsweise steht mindestens ein Haftelement in einem Montagezustand während der Assemblierung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten zeitweise in Kontakt mit der benachbarten Bipolarplatte und im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung nicht (mehr) in Kontakt mit der benachbarten Bipolarplatte. In diesem Fall übt das mindestens eine Haftelement seine Haftfunktion nur während des Assemblierungsvorgangs der elektrochemischen Vorrichtung aus.Preferably, at least one adhesive element is temporarily in contact with the adjacent bipolar plate in an assembled state during the assembly of the stack of electrochemical units and is no longer in contact with the adjacent bipolar plate in the operating state of the electrochemical device. In this case, the at least one adhesive element only performs its adhesive function during the assembly process of the electrochemical device.
Die mindestens eine Haftstruktur kann auch ein Bereich erhöhter Oberflächenrauheit sein, der an dem Elastomer-Element ausgebildet ist. Eine solche Erhöhung der Oberflächenrauheit kann beispielsweise durch eine entsprechende Strukturierung der Oberfläche eines Spritzgießwerkzeugs, welches zur Herstellung des Elastomer-Elements eingesetzt wird, erzielt werden. Durch die Erhöhung der Oberflächenrauheit wird eine bessere Haftung zwischen dem Elastomer-Element und der benachbarten Bipolarplatte erreicht.The at least one adhesive structure can also be an area of increased surface roughness formed on the elastomer element. Such an increase in surface roughness can be achieved, for example, by appropriately structuring the surface of an injection molding tool that is used to produce the elastomer element. By increasing the surface roughness, better adhesion between the elastomer element and the adjacent bipolar plate is achieved.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Haftelement zumindest zeitweise Wasser, eine von Wasser verschiedene Flüssigkeit oder einen Klebstoff umfasst. Das Wasser oder die von Wasser verschiedene Flüssigkeit kann nur temporär vorhanden sein und dann verschwinden, beispielsweise durch Verdunstung. Der Klebstoff kann an dem Elastomer-Element ausgehärtet, anvulkanisiert oder angetrocknet sein.Furthermore, it can be provided that at least one adhesive element at least temporarily comprises water, a liquid other than water or an adhesive. The water or the liquid other than water can only be present temporarily and then disappear, for example through evaporation. The adhesive can be hardened, vulcanized or dried on the elastomer element.
Auch durch das Aufbringen von Wasser, einer von Wasser verschiedenen Flüssigkeit oder eines Klebstoffs als Haftelement kann die Haftung des Elastomer-Elements an der benachbarten Bipolarplatte temporär oder permanent verbessert werden.The adhesion of the elastomer element to the adjacent bipolar plate can also be temporarily or permanently improved by applying water, a liquid other than water or an adhesive as an adhesive element.
Um eine bessere Aufnahme des Wassers, der von Wasser verschiedenen Flüssigkeit oder des Klebstoffs an dem Elastomer-Element zu erreichen, kann ein Teil der Oberfläche des Elastomer-Elements porös ausgebildet sein oder mit einer oder mehreren Kavitäten, die eine Flüssigkeit oder einen Klebstoff aufnehmen können, versehen sein.In order to achieve better absorption of the water, the non-water liquid or the adhesive on the elastomeric element, part of the surface of the elastomeric element can be made porous or with one or more cavities that can absorb a liquid or an adhesive , be provided.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Bereich des Elastomer-Elements so behandelt wird, dass dessen Benetzbarkeit mit Wasser, einer von Wasser verschiedenen Flüssigkeit oder mit Klebstoff verbessert wird. Eine solche Behandlung kann beispielsweise eine Plasmabehandlung oder eine Coronabehandlung sein.Alternatively or in addition to this, it can be provided that an area of the elastomer element is treated in such a way that its wettability with water, a liquid other than water or with adhesive is improved. Such a treatment can be, for example, a plasma treatment or a corona treatment.
Vorzugsweise ist mindestens ein Haftelement in einem nicht abdichtenden Bereich des Elastomer-Elements angeordnet, welcher keine Abdichtfunktion aufweist.Preferably, at least one adhesive element is arranged in a non-sealing region of the elastomer element, which has no sealing function.
Wenn das Elastomer-Element mit einer Dichtlinie versehen ist, so ist vorzugsweise mindestens ein Haftelement außerhalb des von der betreffenden Dichtlinie umschlossenen Bereichs des Elastomer-Elements angeordnet. If the elastomer element is provided with a sealing line, at least one adhesive element is preferably arranged outside the area of the elastomer element enclosed by the sealing line in question.
Erfindungsgemäß wird die Dichtungsanordnung mit mindestens einem Haftelement versehen, durch welches die Haftung des Elastomer-Elements an mindestens einer dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte verbessert wird oder erst hervorgerufen wird.According to the invention, the sealing arrangement is provided with at least one adhesive element, through which the adhesion of the elastomer element to at least one bipolar plate adjacent to the elastomer element is improved or brought about in the first place.
Die Dichtungsanordnung kann beispielsweise als ein separat von anderen Komponenten einer elektrochemischen Einheit hergestelltes Einzelteil, als eine an eine Gasdiffusionslage (GDL) einer elektrochemischen Einheit stoffschlüssig angebundene Dichtungsanordnung („Seal-on-GDL“) oder als eine stoffschlüssig an eine andere Komponente einer Membran-Elektroden-Anordnung der elektrochemischen Einheit angebundene Dichtungsanordnung ausgebildet sein.The sealing arrangement can be, for example, as an individual part manufactured separately from other components of an electrochemical unit, as a sealing arrangement (“Seal-on-GDL”) that is materially connected to a gas diffusion layer (GDL) of an electrochemical unit, or as a materially connected to another component of a membrane. Electrode arrangement of the electrochemical unit can be formed sealing arrangement connected.
Die Möglichkeit, das Elastomer-Element der Dichtungsanordnung und die benachbarte Bipolarplatte als eine Einheit zu handhaben, bietet einen großen Vorteil in Bezug auf eine Verringerung der Positionstoleranzen im Vergleich zum Stand der Technik, gemäß welchem diese Komponenten einzeln gehandhabt werden müssen, insbesondere dann, wenn es keine intrinsische Haftung des Materials des Elastomer-Elements an dem Material der Bipolarplatte gibt.The ability to handle the elastomeric element of the seal assembly and the adjacent bipolar plate as a unit offers a great advantage in terms of reducing positional tolerances compared to the prior art, according to which these components must be handled individually, particularly when there is no intrinsic adhesion of the material of the elastomeric element to the material of the bipolar plate.
Das Elastomermaterial kann beispielsweise ein Silikonmaterial umfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Elastomermaterial im Wesentlichen vollständig aus einem Silikonmaterial gebildet ist.The elastomeric material may include, for example, a silicone material. In particular, it can be provided that the elastomer material is formed essentially entirely from a silicone material.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Assemblieren eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten einer elektrochemischen Vorrichtung, wobei die elektrochemischen Einheiten längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und jede der elektrochemischen Einheiten eine Bipolarplatte und eine Dichtungsanordnung, welche mindestens ein Elastomer-Element umfasst, umfasst.The present invention further relates to a method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device, wherein the electrochemical units follow one another along a stacking direction and each of the electrochemical units comprises a bipolar plate and a sealing arrangement which comprises at least one elastomer element.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zum Assemblieren eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten einer elektrochemischen Vorrichtung zu schaffen, bei welchem eine Verschiebung der zu assemblierenden Bauteile relativ zueinander während des Assemblierungsvorgangs erschwert oder verhindert wird.The present invention is based on the further object of creating such a method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device, in which a displacement of the components to be assembled relative to one another during the assembly process is made more difficult or prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Assemblieren eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten einer elektrochemischen Vorrichtung, welches Folgendes umfasst:
- Andrücken mindestens eines Haftelements eines Elastomer-Elements einer Dichtungsanordnung an eine benachbarte Bipolarplatte, um das Haftelement zumindest zeitweise an der benachbarten Bipolarplatte zu fixieren.
- Besondere Ausgestaltungen eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit besonderen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrochemischen Vorrichtung erläutert worden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Assemblieren eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten der erfindungsgemäßen elektrochemischen Vorrichtung.
- Pressing at least one adhesive element of an elastomer element of a sealing arrangement onto an adjacent bipolar plate in order to at least temporarily fix the adhesive element to the adjacent bipolar plate.
- Special embodiments of such a method according to the invention have already been explained above in connection with special embodiments of the electrochemical device according to the invention.
- The method according to the invention is particularly suitable for assembling a stack of electrochemical units of the electrochemical device according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Assemblieren eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten einer elektrochemischen Vorrichtung kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden:
- Die Dichtungsanordnung einer elektrochemischen Einheit umfasst jeweils ein an eine Gasdiffusionslage angespritztes Elastomer-Element.
- Das Elastomer-Element weist zwei Haftelemente auf, welche an einer einer ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandten Vorderseite des Elastomer-Elements angeordnet sind.
- Diese Haftelemente können jeweils eine Saugnapfstruktur umfassen.
- Die Membran-Elektroden-Anordnung einer elektrochemischen Einheit, welche das Elastomer-Element der Dichtungsanordnung umfasst, wird von einem Vakuumgreifer aufgenommen, es wird eine optische Positionskontrolle der Membran-Elektroden-Anordnung auf dem Greifer durchgeführt, und die Membran-Elektroden-Anordnung wird entsprechend präzise auf einer Bipolarplatte abgelegt.
- The sealing arrangement of an electrochemical unit each comprises an elastomer element molded onto a gas diffusion layer.
- The elastomer element has two adhesive elements, which are arranged on a front side of the elastomer element facing a first adjacent bipolar plate.
- These adhesive elements can each include a suction cup structure.
- The membrane-electrode arrangement of an electrochemical unit, which includes the elastomer element of the sealing arrangement, is picked up by a vacuum gripper, an optical position control of the membrane-electrode arrangement on the gripper is carried out, and the membrane-electrode arrangement is adjusted accordingly placed precisely on a bipolar plate.
Durch ein Andrücken beim Ablegen der Membran-Elektroden-Anordnung wird die Membran-Elektroden-Anordnung temporär auf der Bipolarplatte fixiert. Die Bipolarplatte mit der daran anhaftenden Membran-Elektroden-Anordnung kann nun gehandhabt werden und mit weiteren identischen Einheiten zu dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten der elektrochemischen Vorrichtung aufgestapelt werden.By pressing when putting down the membrane-electrode arrangement, the membrane-electrode arrangement is temporarily fixed on the bipolar plate. The bipolar plate with the membrane-electrode arrangement adhering to it can now be handled and stacked with further identical units to form the stack of electrochemical units of the electrochemical device.
Die Ausrichtung der Einheiten aus jeweils einer Bipolarplatte und einer Membran-Elektroden-Anordnung relativ zu anderen solchen Einheiten kann dabei über Anschläge erfolgen, da keine Relativbewegung zwischen jeweils einer Bipolarplatte und dem daran fixierten Elastomer-Element erfolgen kann. Hierdurch ist eine deutlich bessere Positionierungsgenauigkeit der elektrochemischen Einheiten innerhalb des Stapels erreichbar als dies ohne eine Haftung zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung einerseits und der Bipolarplatte andererseits der Fall wäre.The alignment of the units, each consisting of a bipolar plate and a membrane-electrode arrangement, relative to other such units can be done using stops, since no relative movement can occur between a bipolar plate and the elastomer element fixed to it. This makes it possible to achieve significantly better positioning accuracy of the electrochemical units within the stack than would be the case without adhesion between the membrane-electrode arrangement on the one hand and the bipolar plate on the other.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Assemblieren eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten einer elektrochemischen Vorrichtung wird wie folgt durchgeführt:
- In diesem Fall umfasst die Membran-Elektroden-Anordnung eine Dichtungsanordnung, welche ein an eine Gasdiffusionslage angespritztes Elastomer-Element umfasst.
- Das Elastomer-Element weist in einem nicht-abdichtenden Bereich desselben ein erstes Haftelement und ein zweites Haftelement auf, welche an einander entgegengesetzten Seiten des Elastomer-Elements (einer Vorderseite und einer Rückseite des Elastomer-Elements) angeordnet sind.
- Die Einheit aus Dichtungsanordnung und Gasdiffusionslage wird mittels eines Vakuumgreifers aufgenommen und nach einer optischen Positionskontrolle präzise auf einer Randplatte, die auf einer Endplatte der elektrochemischen Vorrichtung, beispielsweise auf einer Anoden-Endplatte, liegt, abgelegt und an dieselbe angedrückt.
- In this case, the membrane-electrode arrangement comprises a sealing arrangement which comprises an elastomer element molded onto a gas diffusion layer.
- The elastomeric element has, in a non-sealing region thereof, a first adhesive element and a second adhesive element, which are arranged on opposite sides of the elastomeric element (a front and a back of the elastomeric element).
- The unit consisting of sealing arrangement and gas diffusion layer is picked up by means of a vacuum gripper and, after an optical position control, is placed precisely on an edge plate which lies on an end plate of the electrochemical device, for example on an anode end plate, and is pressed against it.
Eine solche Randplatte entspricht geometrisch einer Bipolarplatte der elektrochemischen Vorrichtung mit dem Unterschied, dass das der Endplatte der elektrochemischen Vorrichtung zugewandte Strömungsfeld der Randplatte verschlossene Zuführöffnungen aufweist und somit nicht mit Betriebsmedien der elektrochemischen Vorrichtung versorgt wird.Such an edge plate corresponds geometrically to a bipolar plate of the electrochemical device with the difference that the flow field of the edge plate facing the end plate of the electrochemical device has closed feed openings and is therefore not supplied with operating media of the electrochemical device.
Die Membran-Elektroden-Anordnung, welche die Dichtungsanordnung und die Gasdiffusionslage umfasst, ist nun temporär an der Randplatte fixiert.The membrane-electrode arrangement, which includes the sealing arrangement and the gas diffusion layer, is now temporarily fixed to the edge plate.
Eine Bipolarplatte wird nach optischer Positionskontrolle präzise auf dem Elastomer-Element der Dichtungsanordnung der Membran-Elektroden-Anordnung abgelegt und an dieselbe angedrückt, so dass nunmehr die Bipolarplatte, die Membran-Elektroden-Anordnung und die Randplatte fest miteinander verbunden sind.After optical position control, a bipolar plate is placed precisely on the elastomer element of the sealing arrangement of the membrane-electrode arrangement and pressed against it, so that the bipolar plate, the membrane-electrode arrangement and the edge plate are now firmly connected to one another.
Nun wird die nächste Membran-Elektroden-Anordnung aufgestapelt, wobei ebenso verfahren wird wie bei der ersten Membran-Elektroden-Anordnung.Now the next membrane-electrode arrangement is stacked, using the same procedure as for the first membrane-electrode arrangement.
Die beschriebenen Vorgänge des Auflegens und Andrückens der das Elastomer-Element umfassenden Membran-Elektroden-Anordnung einerseits und des Auflegens und Andrückens einer Bipolarplatte andererseits werden so lange wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von elektrochemischen Einheiten in dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten der elektrochemischen Vorrichtung erreicht ist.The described processes of placing and pressing on the membrane-electrode arrangement comprising the elastomer element on the one hand and of placing and pressing on a bipolar plate on the other hand are repeated until the desired number of electrochemical units in the stack of electrochemical units of the electrochemical device is reached .
Der Assemblierungsprozess schließt dann mit dem Auflegen einer weiteren Randplatte und einer weiteren Endplatte der elektrochemischen Vorrichtung (beispielsweise der Kathoden-Endplatte) ab.The assembly process then concludes with the placement of another edge plate and another end plate of the electrochemical device (for example the cathode end plate).
Anschließend wird der Stapel aus elektrochemischen Einheiten verspannt.The stack of electrochemical units is then braced.
Durch die mechanische Integrität des Stapels aus elektrochemischen Einheiten, die aus der mechanischen Verbindung der Elastomer-Elemente und der Bipolarplatten über die als Saugnäpfe ausgebildeten Haftelemente resultiert, kann der Stapel aus elektrochemischen Einheiten ohne Verschiebung der Bipolarplatten und der Elastomer-Elemente der Dichtungsanordnungen relativ zueinander, vorzugsweise mit einem Minimum an Führung, verspannt werden. Der hierbei entstehende Versatz der einzelnen Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Anordnungen relativ zueinander ist deutlich geringer, als dies ohne die Haftelemente an den Elastomer-Elementen möglich wäre.Due to the mechanical integrity of the stack of electrochemical units, which results from the mechanical connection of the elastomer elements and the bipolar plates via the adhesive elements designed as suction cups, the stack of electrochemical units can be moved without shifting the bipolar plates and the elastomer elements of the sealing arrangements relative to one another. preferably with a minimum of guidance. The resulting offset of the individual bipolar plates and membrane electrode arrangements relative to one another is significantly smaller than would be possible without the adhesive elements on the elastomer elements.
Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann durch das Ausformen von haftenden, beispielsweise saugnapfartigen, Geometrien an einer Elastomerdichtung für elektrochemische Einheiten, die beispielsweise während eines Spritzgießvorganges zur Bildung der Elastomer-Dichtung mit ausgeformt werden, die Elastomerdichtung beziehungsweise eine Gasdiffusionslage und/oder eine Membran-Elektroden-Anordnung, welche mit einer solchen Elastomerdichtung versehen ist, durch einfaches Andrücken temporär mit einer Bipolarplatte fest verbunden werden.In one embodiment of the present invention, the elastomer seal or a gas diffusion layer and/or a membrane Electrode arrangement, which is provided with such an elastomer seal, can be temporarily firmly connected to a bipolar plate by simply pressing on it.
Dies ist auch dann möglich, wenn die Elastomerdichtung aus einem Material gebildet wird, das nicht intrinsisch an dem Material der Bipolarplatte anhaftet.This is also possible if the elastomeric seal is formed from a material that does not intrinsically adhere to the material of the bipolar plate.
Wenn Haftelemente beidseitig an der Elastomerdichtung ausgeführt werden, so kann aus mehreren Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Anordnungen ein Stapel aufgebaut werden, der bereits vor der Verspannung der elektrochemischen Einheiten gegeneinander eine hohe mechanische Integrität aufweist, so dass beim Aufstapeln der Komponenten und beim Verspannen eine Verschiebung der Komponenten des Stapels relativ zueinander vermieden oder zumindest verringert werden kann.If adhesive elements are installed on both sides of the elastomer seal, a stack can be built up from several bipolar plates and membrane-electrode arrangements, which ensures a high level of mechanical integrity even before the electrochemical units are braced against one another has, so that when stacking the components and during bracing, a displacement of the components of the stack relative to one another can be avoided or at least reduced.
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 ausschnittsweisen Längsschnitt durch ein Elastomer-Element einer Dichtungsanordnung einer elektrochemischen Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung, in welcher mehrere elektrochemische Einheiten längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, und durch eine dem Elastomer-Element benachbarte Bipolarplatte, wobei das Haftelement zumindest zeitweise durch die Wirkung eines Unterdrucks an der benachbarten Bipolarplatte fixiert ist und wobei das Haftelement eine Saugnapfstruktur umfasst, welche eine ringförmig geschlossene Dichtlippe umfasst; -
2 einen Schnitt durch die Kontaktfläche zwischen dem Haftelement und der Bipolarplatte mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, längs der Linie 2 - 2 in1 ; -
3 einen der1 entsprechenden ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das in Kontakt mit einer benachbarten Bipolarplatte steht, wobei das Haftelement eine Stempelstruktur umfasst, welche im Innenraum der Saugnapfstruktur angeordnet ist; -
4 einen der2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement in Kontakt mit der Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in3 dargestellten zweiten Ausführungsform, längs der Linie 4 - 4 in3 ; -
5 einen der1 entsprechenden ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, wobei das Haftelement eine ringförmig geschlossene Dichtlippe umfasst und in dem von der Dichtlippe umschlossenen Bereich im Wesentlichen eben ausgebildet ist; -
6 einen der2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement mit der Bipolarplatte in Kontakt steht, mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in5 dargestellten dritten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 6 - 6 in5 ; -
7 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das in Kontakt mit einer Bipolarplatte steht, wobei das Haftelement zwei konzentrisch zueinander angeordnete ringförmig geschlossene Dichtlippen umfasst; -
8 einen der2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement mit der Bipolarplatte in Kontakt steht, mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in7 dargestellten vierten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 8 - 8 in7 ; -
9 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement zwei konzentrisch zueinander ausgebildete ringförmig geschlossene Dichtlippen und eine im Innenraum der inneren Dichtlippe angeordnete Stempelstruktur umfasst; -
10 einen Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement in Kontakt mit der benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in9 dargestellten fünften Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 10 - 10 in9 ; -
11 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement eine Noppenstruktur umfasst, welche eine Mehrzahl von Noppen mit kreisförmigem Querschnitt umfasst; -
12 einen Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement in Kontakt mit der benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in11 dargestellten sechsten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 12 - 12 in11 ; -
13 einen Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement in Kontakt mit der benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei einer siebten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, bei welcher die Noppen der Noppenstruktur des Haftelements jeweils einen quadratischen Querschnitt aufweisen, längs der Linie 12 - 12 in11 ; -
14 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine achte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement eine Noppenstruktur umfasst und wobei die Noppen der Noppenstruktur jeweils eine saugnapfartige Geometrie aufweisen; -
15 einen Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement in Kontakt mit der benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in14 dargestellten achten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 15 - 15 in14 ; -
16 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine neunte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer ersten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement eine Saugnapfstruktur umfasst, welche eine ringförmig geschlossene Dichtlippe umfasst, und das Haftelement ferner eine Versteifungsstruktur umfasst, welche an der der ersten benachbarten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomer-Elements ausgebildet ist und einen oder mehrere, vorzugsweise sich kreuzende, Stege umfasst, welche mit einer zweiten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt stehen, die auf einer der ersten benachbarten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomer-Elements angeordnet ist; -
17 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement in Kontakt mit der ersten benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in16 dargestellten neunten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 17 - 17 in16 ; -
18 einen Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher die Versteifungsstruktur des Haftelements in Kontakt mit der zweiten benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der zweiten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in den16 und17 dargestellten neunten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 18 - 18 in16 ; -
19 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine zehnte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem ersten Haftelement, das in Kontakt mit einer ersten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht, und mit einem zweiten Haftelement, das in Kontakt mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht, wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement einander direkt gegenüberliegend an dem Elastomer-Element ausgebildet sind, wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement spiegelsymmetrisch zueinander an dem Elastomer-Element ausgebildet sind und wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement jeweils eine Saugnapfstruktur umfassen, welche eine ringförmig geschlossene Dichtlippe umfasst; -
20 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das erste Haftelement in Kontakt mit der ersten benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in19 dargestellten zehnten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 20 - 20 in19 ; -
21 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine elfte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem ersten Haftelement, das mit einer ersten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, und mit einem zweiten Haftelement, das mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement einander direkt gegenüberliegend an dem Elastomer-Element ausgebildet sind, wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander an dem Elastomer-Element ausgebildet sind und wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement jeweils zwei konzentrisch zueinander ausgebildete ringförmig geschlossene Dichtlippen aufweisen; -
22 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das erste Haftelement in Kontakt mit der ersten benachbarten Bipolarplatte steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in21 dargestellten elften Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 22 - 22 in21 ; -
23 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine zwölfte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem ersten Haftelement, das in Kontakt mit einer ersten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht, und mit einem zweiten Haftelement, das in Kontakt mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte steht, wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement einander direkt gegenüberliegend an dem Elastomer-Element ausgebildet sind, wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander an dem Elastomer-Element ausgebildet sind, wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement jeweils zwei konzentrisch zueinander ausgebildete ringförmig geschlossene Dichtlippen umfassen und wobei das erste Haftelement und das zweite Haftelement durch einen an dem Elastomer-Element vorgesehenen Durchbruch miteinander verbunden sind; -
24 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das erste Haftelement mit der ersten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomerelements, bei der in23 dargestellten zwölften Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 24 - 24 in23 ; -
25 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine dreizehnte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement eine Saugnapfstruktur umfasst, welche eine ringförmig geschlossene Dichtlippe umfasst, und wobei das Haftelement eine Kraftübertragungsstruktur umfasst, welche mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei die Kraftübertragungsstruktur auf der der ersten benachbarten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomer-Elements angeordnet ist und die beim Zusammendrücken der Bipolarplatten und des dazwischen angeordneten Elastomer-Elements erzeugte Kraft gezielt auf die Saugnapfstruktur des Haftelements lenkt; -
26 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement mit der ersten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in25 dargestellten dreizehnten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 26 - 26 in25 ; -
27 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine vierzehnte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer ersten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement eine Saugnapfstruktur umfasst, welche eine ringförmig geschlossene Dichtlippe umfasst, und wobei das Haftelement eine Kraftübertragungsstruktur umfasst, welche mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, die auf der der ersten benachbarten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomerelements angeordnet ist, wobei durch die Kraftübertragungsstruktur eine beim Zusammendrücken der beiden Bipolarplatten und des dazwischen angeordneten Elastomer-Elements erzeugte Kraft in die Saugnapfstruktur des Haftelements gelenkt wird, wobei die Kraftübertragungsstruktur eine - von der zweiten benachbarten Bipolarplatte aus gesehen - konvex gewölbte Kuppe aufweist; -
28 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher die Haftstruktur mit der ersten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in27 dargestellten vierzehnten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 28 - 28 in27 ; -
29 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine fünfzehnte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer ersten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement eine Saugnapfstruktur umfasst, welche eine - von der ersten benachbarten Bipolarplatte aus gesehen - konkav gewölbte Vertiefung umfasst, und wobei das Haftelement eine Kraftübertragungsstruktur umfasst, welche mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei die Kraftübertragungsstruktur einen - von der zweiten benachbarten Bipolarplatte aus gesehen - konvex gewölbten Vorsprung umfasst, wobei die Dicke des Elastomer-Elements im Bereich des Haftelements gleich groß ist wie in dem an das Haftelement angrenzenden Bereich des Elastomer-Elements; -
30 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement mit der ersten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in29 dargestellten fünfzehnten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 30 - 30 in29 ; -
31 einen der1 entsprechenden Längsschnitt durch eine sechzehnte Ausführungsform eines Elastomer-Elements mit einem Haftelement, das mit einer ersten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, wobei das Haftelement eine Saugnapfstruktur umfasst, welche eine ringförmig geschlossene Dichtlippe umfasst, und wobei das Haftelement eine Kraftübertragungsstruktur umfasst, welche mit einer zweiten dem Elastomer-Element benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, die auf der der ersten benachbarten Bipolarplatte abgewandten Seite des Elastomer-Elements angeordnet ist, wobei die Kraftübertragungsstruktur eine zylindrische Vertiefung umfasst, in welcher ein - von der zweiten benachbarten Bipolarplatte aus gesehen - konvex gekrümmter Vorsprung angeordnet ist, welcher die zweite benachbarte Bipolarplatte berührt, wobei die Dicke des Elastomer-Elements im Bereich des Haftelements gleich groß ist wie in dem das Haftelement umgebenden Bereich des Elastomer-Elements; und -
32 einen der 2 entsprechenden Schnitt durch die Kontaktfläche, an welcher das Haftelement mit der ersten benachbarten Bipolarplatte in Kontakt steht, mit Draufsicht auf die der ersten benachbarten Bipolarplatte zugewandte Seite des Elastomer-Elements, bei der in31 dargestellten sechzehnten Ausführungsform eines Elastomer-Elements, längs der Linie 32 - 32 in31 .
-
1 a partial longitudinal section through an elastomer element of a sealing arrangement of an electrochemical unit of an electrochemical device, in which several electrochemical units follow one another along a stacking direction, and through a bipolar plate adjacent to the elastomer element, the adhesive element being held at least temporarily by the effect of a negative pressure on the adjacent bipolar plate is fixed and wherein the adhesive element comprises a suction cup structure which comprises an annularly closed sealing lip; -
2 a section through the contact surface between the adhesive element and the bipolar plate with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, along the line 2 - 2 in1 ; -
3 one of the1 corresponding partial longitudinal section through a second embodiment of an elastomer element with an adhesive element which is in contact with an adjacent bipolar plate, the adhesive element comprising a stamp structure which is arranged in the interior of the suction cup structure; -
4 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, in which in3 illustrated second embodiment, along the line 4 - 4 in3 ; -
5 one of the1 corresponding partial longitudinal section through a third embodiment of an elastomer element with an adhesive element, the adhesive element comprising an annularly closed sealing lip and being essentially flat in the area enclosed by the sealing lip; -
6 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, in which in5 illustrated third embodiment of an elastomer element, along the line 6 - 6 in5 ; -
7 one of the1 corresponding longitudinal section through a fourth embodiment of an elastomer element with an adhesive element which is in contact with a bipolar plate, the adhesive element comprising two annularly closed sealing lips arranged concentrically to one another; -
8th one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, in which in7 illustrated fourth embodiment of an elastomer element, along the line 8 - 8 in7 ; -
9 one of the1 corresponding longitudinal section through a fifth embodiment of an elastomer element with an adhesive element which is in contact with an adjacent bipolar plate, the adhesive element comprising two concentrically formed annularly closed sealing lips and a stamp structure arranged in the interior of the inner sealing lip; -
10 a section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, in which in9 illustrated fifth embodiment of an elastomer element, along the line 10 - 10 in9 ; -
11 one of the1 corresponding longitudinal section through a sixth embodiment of an elastomeric element with an adhesive element which is in contact with an adjacent bipolar plate, the adhesive element comprising a knob structure which comprises a plurality of knobs with a circular cross section; -
12 a section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, in which in11 illustrated sixth embodiment of an elastomer element, along the line 12 - 12 in11 ; -
13 a section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, in a seventh embodiment of an elastomer element, in which the knobs of the knob structure of the adhesive elements each have a square cross section, along the line 12 - 12 in11 ; -
14 one of the1 corresponding longitudinal section through an eighth embodiment of an elastomer element with an adhesive element which is in contact with an adjacent bipolar plate, wherein the adhesive element comprises a knob structure and wherein the knobs of the knob structure each have a suction cup-like geometry; -
15 a section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the bipolar plate, in which in14 illustrated eighth embodiment of an elastomer element, along the line 15 - 15 in14 ; -
16 one of the1 corresponding longitudinal section through a ninth embodiment of an elastomer element with an adhesive element which is in contact with a first adjacent bipolar plate, the adhesive element comprising a suction cup structure which comprises an annularly closed sealing lip, and the adhesive element further comprising a stiffening structure which is attached to the is formed on the side of the elastomer element facing away from the first adjacent bipolar plate and comprises one or more, preferably intersecting, webs which are in contact with a second adjacent bipolar plate which is arranged on a side of the elastomer element facing away from the first adjacent bipolar plate; -
17 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a plan view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which in16 illustrated ninth embodiment of an elastomer element, along the line 17 - 17 in16 ; -
18 a section through the contact surface on which the stiffening structure of the adhesive element is in contact with the second adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the second adjacent bipolar plate, in which in the16 and17 illustrated ninth embodiment of an elastomer element, along the line 18 - 18 in16 ; -
19 one of the1 corresponding longitudinal section through a tenth embodiment of an elastomeric element with a first adhesive element which is in contact with a first bipolar plate adjacent to the elastomeric element, and with a second adhesive element which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomeric element, wherein the first adhesive element and the second adhesive element are formed directly opposite one another on the elastomeric element, wherein the first adhesive element and the second adhesive element are formed mirror-symmetrically to one another on the elastomeric element and wherein the first adhesive element and the second adhesive element each comprise a suction cup structure, which comprises an annularly closed sealing lip; -
20 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the first adhesive element is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which19 illustrated tenth embodiment of an elastomer element, along the line 20 - 20 in19 ; -
21 one of the1 corresponding longitudinal section through an eleventh embodiment of an elastomeric element with a first adhesive element which is in contact with a first bipolar plate adjacent to the elastomeric element, and with a second adhesive element which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomeric element, wherein the first adhesive element and the second adhesive element are formed directly opposite one another on the elastomeric element, wherein the first adhesive element and the second adhesive element are formed essentially mirror-symmetrically to one another on the elastomeric element and wherein the first adhesive element and the second adhesive element are each two concentric to one another have formed annularly closed sealing lips; -
22 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the first adhesive element is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which21 illustrated eleventh embodiment of an elastomer element, along the line 22 - 22 in21 ; -
23 one of the1 corresponding longitudinal section through a twelfth embodiment of an elastomer element with a first adhesive element which is in contact with a first bipolar plate adjacent to the elastomer element, and with a second adhesive element which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomer element, wherein the first adhesive element and the second adhesive element are formed directly opposite one another on the elastomeric element, wherein the first adhesive element and the second adhesive element are formed essentially mirror-symmetrically to one another on the elastomeric element, the first adhesive element and the second adhesive element each being two concentric include mutually formed annularly closed sealing lips and wherein the first adhesive element and the second adhesive element are connected to one another by an opening provided on the elastomer element; -
24 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the first adhesive element is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a plan view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which in23 illustrated twelfth embodiment of an elastomer element, along the line 24 - 24 in23 ; -
25 one of the1 corresponding longitudinal section through a thirteenth embodiment of an elastomeric element with an adhesive element which is in contact with a bipolar plate adjacent to the elastomeric element, wherein the adhesive element comprises a suction cup structure which comprises an annularly closed sealing lip, and wherein the adhesive element comprises a force transmission structure which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomeric element, wherein the force transmission structure is arranged on the side of the elastomeric element facing away from the first adjacent bipolar plate and the force generated when the bipolar plates and the elastomeric element arranged between them are compressed is directed specifically to the suction cup structure of the Adhesive element steers; -
26 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which in25 thirteenth embodiment of an elastomeric element shown, along the line 26 - 26 in25 ; -
27 one of the1 corresponding longitudinal section through a fourteenth embodiment of an elastomeric element with an adhesive element which is in contact with a first bipolar plate adjacent to the elastomeric element, wherein the adhesive element comprises a suction cup structure which comprises an annularly closed sealing lip, and wherein the adhesive element comprises a force transmission structure, which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomeric element, which is arranged on the side of the elastomeric element facing away from the first adjacent bipolar plate, a force generated by the force transmission structure when the two bipolar plates and the elastomeric element arranged between them are compressed into the suction cup structure of the adhesive element is steered, the force transmission structure having a convexly curved dome as seen from the second adjacent bipolar plate; -
28 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive structure is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which in27 illustrated fourteenth embodiment of an elastomeric element, along the line 28 - 28 in27 ; -
29 one of the1 corresponding longitudinal section through a fifteenth embodiment of an elastomeric element with an adhesive element which is in contact with a first bipolar plate adjacent to the elastomeric element, the adhesive element comprising a suction cup structure which comprises a concavely curved recess as seen from the first adjacent bipolar plate , and wherein the adhesive element comprises a force transmission structure which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomeric element, wherein the force transmission structure comprises a - as seen from the second adjacent bipolar plate - convexly curved projection, the thickness of the elastomeric element being in the range the adhesive element is the same size as in the area of the elastomer element adjacent to the adhesive element; -
30 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which29 shown fifteenth embodiment of an elastomeric element, along the line 30 - 30 in29 ; -
31 one of the1 corresponding longitudinal section through a sixteenth embodiment of an elastomeric element with an adhesive element which is in contact with a first bipolar plate adjacent to the elastomeric element, the adhesive element being a suction cup structure, which comprises an annularly closed sealing lip, and wherein the adhesive element comprises a force transmission structure which is in contact with a second bipolar plate adjacent to the elastomeric element, which is arranged on the side of the elastomeric element facing away from the first adjacent bipolar plate, wherein the Force transmission structure comprises a cylindrical recess in which a convexly curved projection - as seen from the second adjacent bipolar plate - is arranged, which touches the second adjacent bipolar plate, the thickness of the elastomer element in the area of the adhesive element being the same as in which the adhesive element surrounding area of the elastomer element; and -
32 one of the2 corresponding section through the contact surface on which the adhesive element is in contact with the first adjacent bipolar plate, with a top view of the side of the elastomer element facing the first adjacent bipolar plate, in which31 illustrated sixteenth embodiment of an elastomeric element, along the line 32 - 32 in31 .
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are designated with the same reference numerals in all figures.
Eine in den
Wie am besten aus
Das Haftelement 110 ist vorzugsweise in einem nicht abdichtenden Bereich des Elastomer-Elements 108 angeordnet, welcher keine Abdichtfunktion aufweist.The
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Haftelement in einem Bereich des Elastomer-Elements 108 angeordnet ist, welcher sich außerhalb eines von mindestens einer Dichtlinie umschlossenen Bereichs des Elastomer-Elements 108 befindet.In particular, it can be provided that the adhesive element is arranged in a region of the
Wenn an dem Elastomer-Element 108 mehrere Dichtlinien vorgesehen sind, so ist das Haftelement 110 vorzugsweise in einem Bereich des Elastomer-Elements 108 angeordnet, welcher sich außerhalb aller an dem Elastomer-Element 108 ausgebildeten Dichtlinien befindet.If several sealing lines are provided on the
Bei der in den
Die Dichtlippe 116 ist ringförmig geschlossen ausgebildet.The sealing
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Dichtlippe 116 im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.In particular, it can be provided that the sealing
Durch die vorstehend beschriebene Saugnapfstruktur 112 entsteht im Innenraum 118 des Haftelements 110, welcher von der Dichtlippe 116 umschlossen wird, ein Unterdruck, wenn das Haftelement 110 in Kontakt mit der dem Elastomer-Element 108 benachbarten Bipolarplatte 104 steht, so dass das Haftelement 110 zumindest zeitweise durch die Wirkung des Unterdrucks, welcher in dem Innenraum 118 herrscht, an der dem Elastomer-Element 108 benachbarten Bipolarplatte 104 fixiert ist.The
Hierdurch kann die Baugruppe aus der Bipolarplatte 104 und dem mittels des mindestens einen Haftelements 110 an der Bipolarplatte 104 fixierten Elastomer-Element 108 als eine Einheit gehandhabt werden, ohne dass die Position der Bipolarplatte 104 und des Elastomer-Elements 108 relativ zueinander sich verändert.As a result, the assembly consisting of the
Diese Fixierung der Relativposition von Bipolarplatte 104 und Elastomer-Element 108 ist von großer Bedeutung, da die Positionierungstoleranz dieser Bauteile zueinander nur wenige Zehntelmillimeter beträgt und ohne eine Fixierung der Relativposition dieser Bauteile eine Bewegung dieser Bauteile relativ zueinander bei der Handhabung, beim Stapeln der elektrochemischen Einheiten 100 der elektrochemischen Vorrichtung aufeinander und/oder beim Verspannen der elektrochemischen Einheiten 100 in dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten 100 der elektrochemischen Vorrichtung gegeneinander zu einer Überschreitung der zulässigen Toleranzen führen könnte, so dass dann der Stapel aus elektrochemischen Einheiten 100 nicht verwendbar wäre oder zumindest nicht die geforderte Lebensdauer erreichen würde.This fixation of the relative position of
Eine in den
Die Stempelstruktur 120 umfasst einen beispielsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Stempel 122, welcher sich von einem Grundkörper 124 des Elastomer-Elements 108 ausgehend in den Innenraum 118 des Haftelements 110 hinein erstreckt und in einem entspannten Ruhezustand der Dichtungsanordnung 106 im Abstand von der Bipolarplatte 104 endet.The
Wird der mit dem Haftelement 110 versehene Bereich des Elastomerelements 108 bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung oder im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung längs der Stapelrichtung 102 komprimiert, so kommt die der Bipolarplatte 104 zugewandte Stirnfläche 126 des Stempels 122 in Kontakt mit der Bipolarplatte 104 und verhindert daraufhin eine weitere Verformung des Haftelements 110.If the area of the
Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Haftelements 110 bei einer Kompression des Elastomer-Elements 108 vermieden. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Reißen des Elastomermaterials, aus welchem das Elastomer-Element 108 gebildet ist, im Bereich des Haftelements 110 bei einem solchen Kompressionsvorgang, bei welchem das Elastomer-Element 108 gegen die Bipolarplatte 104 gepresst wird, verhindert werden.In this way, damage to the
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Die Dichtlippe 128 kann bei dieser dritten Ausführungsform breiter ausgebildet sein als bei der in den
Im Gegensatz hierzu ist die Dichtlippe 116 der Saugnapfstruktur 112 des Haftelements 110 bei der in den
Auch in dem von der ringförmig geschlossenen Dichtlippe 128 des Haftelements 110 bei der dritten Ausführungsform umschlossenen Innenraum 118 des Haftelements 110 ist ein Unterdruck erzeugbar, durch welchen das Elastomer-Element 108 zumindest zeitweise an der benachbarten Bipolarplatte 104 fixiert ist.A negative pressure can also be generated in the
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Dabei ist vorzugsweise die zweite Dichtlippe 128' so ausgebildet und angeordnet, dass sie von der Dichtlippe 128 vollständig umschlossen wird.The second sealing lip 128' is preferably designed and arranged in such a way that it is completely enclosed by the sealing
Besonders günstig ist es wenn, die beiden Dichtlippen 128 und 128' konzentrisch zueinander angeordnet sind.It is particularly favorable if the two sealing
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Die Stempelstruktur 120 umfasst einen Stempel 122, welcher vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet ist, dass er von der inneren Dichtlippe 128' des Haftelements 110 vollständig umschlossen wird.The
Die Stempelstruktur 120 hat bei dem Haftelement 110 der fünften Ausführungsform dieselbe Funktion wie bei dem Haftelement 110 der in den
In einem entspannten Zustand der Dichtungsanordnung 106, welcher in den
Wird der mit dem Haftelement 110 versehene Bereich des Elastomer-Elements 108 bei der Assemblierung der elektrochemischen Vorrichtung oder im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung längs der Stapelrichtung 102 komprimiert, so kommt die der Bipolarplatte 104 zugewandte Stirnfläche 126 des Stempels 122 in Kontakt mit der Bipolarplatte 104 und verhindert dadurch eine weitere Verformung des Haftelements 110.If the area of the
Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Haftelements 110 bei einer Kompression des Elastomer-Elements 108 vermieden. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Reißen des Elastomer-Materials, aus welchem das Elastomer-Element 108 gebildet ist, im Bereich des Haftelements 110 bei einem solchen Kompressionsvorgang, bei welchem das Elastomer-Element 108 gegen die Bipolarplatte 104 gepresst wird, verhindert werden.In this way, damage to the
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Wie am besten aus
Dadurch, dass die Noppen 138 der Noppenstruktur 136 in senkrecht zu der Stapelrichtung 102 verlaufenden Richtungen voneinander beabstandet sind, wird eine Materialeinsparung erzielt und eine laterale Durchlässigkeit der Noppenstruktur 136 für fluide Medien erreicht.Because the
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in
Im Übrigen stimmt die in
Eine in den
Jede dieser saugnapfartigen Geometrien 140 kann insbesondere eine ringförmig geschlossene Dichtlippe 142 umfassen, welche eine Vertiefung 144 umschließt.Each of these suction cup-
Auch die Noppen 138 der Noppenstruktur 136 des Haftelements 110 des Elastomer-Elements 108 bei der in
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Die Versteifungsstruktur 146 steht im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung in Kontakt mit einer zweiten dem Elastomer-Element 108 benachbarten Bipolarplatte 148, welche auf der der ersten Bipolarplatte 104 abgewandten Seite des Elastomer-Elements 108 angeordnet ist.When the electrochemical device is assembled, the stiffening
Die Versteifungsstruktur 146 umfasst beispielsweise einen oder mehrere, im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel zwei, Stege 150, welche eine Ausnehmung 152 an der der ersten Bipolarplatte 104 abgewandten Rückseite 154 des Elastomer-Elements 108 queren.The stiffening
Die Ausnehmung 152 kann beispielsweise im Wesentlichen kugelabschnittsförmig ausgebildet sein.The
Die Stege 150 der Versteifungsstruktur 146 können sich gegenseitig kreuzen, wobei die sich kreuzenden Stege 150 vorzugsweise unter einem Winkel von 90° relativ zueinander ausgerichtet sind.The
Die Kontaktlinie 134, längs welcher das Haftelement 110 in Kontakt mit der ersten Bipolarplatte 104 steht, ist in
Die sich kreuzenden Kontaktflächen 156 der Stege 150 der Versteifungsstruktur 146, mit welchen die Versteifungsstruktur 146 an der zweiten Bipolarplatte 148 anliegt, sind in
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Dabei sind das erste Haftelement 110 und das zweite Haftelement 110' vorzugsweise einander direkt gegenüberliegend an dem Elastomerelement ausgebildet.The first
Besonders bevorzugt ist es, wenn das erste Haftelement 110 und das zweite Haftelement 110' im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander an dem Elastomer-Element 108 ausgebildet sind.It is particularly preferred if the first
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das erste Haftelement 110 und das zweite Haftelement 110' jeweils eine Saugnapfstruktur 112 umfassen, wobei jede der Saugnapfstrukturen 112 jeweils eine ringförmig geschlossene Dichtlippe 116 umfasst, wie die Saugnapfstruktur 112 des Haftelements der in den
Dadurch, dass bei der zehnten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung sowohl ein erstes Haftelement 110 vorhanden ist, durch welches die erste Bipolarplatte 104 zumindest temporär relativ zu dem Elastomer-Element 108 fixiert wird, und zusätzlich ein zweites Haftelement 110' vorgesehen ist, durch welches auch die zweite Bipolarplatte 148 zumindest temporär relativ zu dem Elastomer-Element 108 fixiert wird, gegebenenfalls nach einem initialen Andrücken der Bipolarplatten 104 und 148 an dem Elastomer-Element 108, können jeweils zwei in der Stapelrichtung 102 aufeinander folgende Bipolarplatten 104, 148 in ihrer Position relativ zueinander fixiert werden, so dass nach dem Aufstapeln und Andrücken der Bipolarplatten 104 und 148 keine relevante Verschiebung der Bipolarplatten 104 und 148 relativ zueinander mehr auftreten kann.The fact that in the tenth embodiment of an electrochemical device both a first
Wird dies während der Bildung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten 100 mit allen jeweils hinzugefügten Bipolarplatten 104, 148 durchgeführt, so erhält man einen Stapel aus elektrochemischen Einheiten 100, in dem alle Bipolarplatten 104, 148 des Stapels in ihrer Position relativ zueinander fixiert sind.If this is carried out during the formation of the stack of
Auf diese Weise kann sogar ein Verschieben von einander in dem Stapel benachbarten Bipolarplatten 104, 148 relativ zueinander während des Verspannprozesses des Stapels aus elektrochemischen Einheiten 100 vermieden werden, was zu einer deutlichen Verbesserung der Positionstoleranzen des fertig assemblierten Stapels aus elektrochemischen Einheiten 100 führt.In this way, displacement of
Bei der in den
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Das erste Haftelement 110 und das zweite Haftelement 110' sind somit beide im Wesentlichen so ausgebildet wie das (einzige) Haftelement 110 des Elastomer-Elements 108 bei der in den
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Durch den Durchbruch 158 wird eine Vergrößerung des von den Haftelementen 110 und 110' gemeinsam eingeschlossenen Luftvolumens erreicht. Hierdurch wird die potentielle Haftzeit, während welcher das erste Haftelement 110 an der ersten Bipolarplatte 104 anhaftet, und/oder die potentielle Haftzeit, während welcher das zweite Haftelement 110' an der zweiten Bipolarplatte 148 anhaftet, verlängert.Through the
Außerdem kann eine solche durchbrochene Struktur die Positionierung des Elastomer-Elements 108 an der ersten Bipolarplatte 104 und/oder an der zweiten Bipolarplatte 148 erleichtern.In addition, such a perforated structure can facilitate the positioning of the
Wie bei der in den
Auch im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Die Kraftübertragungsstruktur 160 lenkt die Kraft, mittels welcher die Bipolarplatten 104 und 148 sowie das dazwischen angeordnete Elastomer-Element 108 zusammengedrückt werden, gezielt auf den Bereich des Elastomer-Elements 108, welcher das Haftelement 110 aufweist.The
Bei der in den
Der Stempel 162 kann beispielsweise einen - senkrecht zur Stapelrichtung 102 genommenen - kreisförmigen Querschnitt aufweisen.The
Durch das Vorhandensein des Stempels 162 wird bewirkt, dass das Elastomer-Element 108 im Bereich der Kraftübertragungsstruktur 160 eine größere Dicke, das heißt eine größere Ausdehnung längs der Stapelrichtung 102, aufweist als in einem an die Kraftübertragungsstruktur 160 angrenzenden Bereich.The presence of the
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Die Oberfläche 166 ist - von der zweiten dem Elastomer-Element 108 benachbarten Bipolarplatte 148 aus gesehen - konvex gewölbt ausgebildet und liegt mit ihrem Zentrum an der dem Elastomer-Element 108 zugewandten Seite der zweiten Bipolarplatte 148 an.The
Auch durch diese Kuppe 164 wird eine Verdickung des Elastomer-Elements 108 im Bereich der Kraftübertragungsstruktur 160 im Vergleich zu einem der Kraftübertragungsstruktur 160 benachbarten Bereich des Elastomer-Elements 108 bewirkt.This
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Vorzugsweise ist die Tiefe der Vertiefung 170, das heißt deren Ausdehnung längs der Stapelrichtung 102, im Wesentlichen gleich groß wie die Höhe der Kuppe 164 der Kraftübertragungsstruktur 160, das heißt die Ausdehnung der Kuppe 164 längs der Stapelrichtung 102, so dass das Elastomer-Element 108 im Bereich der Kraftübertragungsstruktur 160 nicht verdickt ist, sondern im Wesentlichen dieselbe Materialstärke aufweist wie in einem der Kraftübertragungsstruktur 160 benachbarten Bereich des Elastomer-Elements 108.Preferably, the depth of the
Auch die eine Vertiefung 170 umfassende Saugnapfstruktur 112 des Haftelements 110 übt eine Ansaugwirkung auf die erste dem Elastomer-Element 108 benachbarte Bipolarplatte 104 aus, so dass das Elastomer-Element 108 mittels des Haftelements 110 zumindest zeitweise durch die Wirkung eines Unterdrucks an der ersten Bipolarplatte 104 fixiert ist.The
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Auch bei der in den
Im Übrigen stimmt die in den
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022114702.9A DE102022114702A1 (en) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | Electrochemical device and method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022114702.9A DE102022114702A1 (en) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | Electrochemical device and method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022114702A1 true DE102022114702A1 (en) | 2023-12-21 |
Family
ID=88974990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022114702.9A Pending DE102022114702A1 (en) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | Electrochemical device and method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022114702A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005142000A (en) | 2003-11-06 | 2005-06-02 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
-
2022
- 2022-06-10 DE DE102022114702.9A patent/DE102022114702A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005142000A (en) | 2003-11-06 | 2005-06-02 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102016207906B4 (en) | Metallic plate with at least one measuring structure and method for producing a metallic plate with at least one measuring structure | |
DE202010010972U1 (en) | bipolar | |
DE102013220486A1 (en) | Manufacturing multi-part, preferably multi-layer bipolar plate for electrochemical device, comprises generating sealing element from elastic material on first part of bipolar plate by molding-process, and connecting first and second part | |
EP3659198B9 (en) | Electrochemically active unit for an electrochemical device | |
DE102018115987A1 (en) | Method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit and assembly from a gas diffusion layer and a sealing element | |
DE102021204497A1 (en) | Sealing arrangement, plate arrangement, electrochemical system and method for producing a sealing arrangement | |
DE102022114702A1 (en) | Electrochemical device and method for assembling a stack of electrochemical units of an electrochemical device | |
EP1612877B1 (en) | Fuel cell | |
DE102020120293A1 (en) | Electrochemical device and method for producing a sealing element for an electrochemical unit of an electrochemical device | |
DE102022202946A1 (en) | Bipolar plate with a positioning opening and method for the production thereof | |
DE102017200198A1 (en) | Fuel cell for a fuel cell stack and fuel cell stack | |
DE102020106116B4 (en) | plate | |
EP3818195B1 (en) | Assembly for an electrochemical device and method for producing an assembly of this type | |
DE102021210381A1 (en) | Terminating bipolar plate for an electrochemical system, plate arrangement and electrochemical system | |
DE102019135292A1 (en) | Electrochemical device and method of making an electrochemical device | |
WO2021122169A1 (en) | Method for producing a seal for an electrochemical unit of an electrochemical device and assembly for an electrochemical device | |
WO1994004015A1 (en) | Adapter for an automatic inspection device of printed circuit boards | |
DE112004001748B4 (en) | Fuel cell assembly and method of manufacture | |
DE102018115983A1 (en) | Electrochemical device | |
WO2021122159A1 (en) | Electrochemical device and method for producing an electrochemical device | |
DE102022119222A1 (en) | Method for materially connecting a first bipolar plate layer and a second bipolar plate layer, bipolar plate for an electrochemical unit of an electrochemical device and electrochemical device | |
DE102018115997A1 (en) | Method for producing an electrochemically active unit and carrier element for an assembly of an electrochemically active unit | |
WO2023227423A2 (en) | Electrochemical device and method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit | |
DE10107790A1 (en) | Fuel cell stack for building up multiple fuel cells interconnects membrane electrode units sealed on a frame and bipolar plates interchangeable with them with seals between the plates and the frame. | |
DE102022113631A1 (en) | Analysis system with microfluidic analysis device and microfluidic cartridge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C25B0013080000 Ipc: H01M0008027100 |
|
R163 | Identified publications notified |