DE102022212497A1

DE102022212497A1 - Konditionierungsverfahren und Konditionierungsvorrichtung zum Konditionieren einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102022212497A1
Application number: DE102022212497.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Giuseppe Marino; Michael Kern
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Konditionierungsverfahren (100) für eine Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle. Das Konditionierungsverfahren (100) umfasst das Spannen (101) eines Rohlings der Membranelektrodeneinheit zwischen einer Vielzahl an Rollen und das Dekontaminieren (103) des Rohlings mit einem Dekontaminationsfluid.

Description

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Konditionierungsverfahren und eine Konditionierungsvorrichtung zum Konditionieren einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle gemäß den beigefügten Ansprüchen.
Stand der Technik
Brennstoffzellenstapel müssen vor ihrer Inbetriebnahme in einem Konditionierungsprozess konditioniert werden, um ihre volle Leistung zu erreichen. Dazu wird ein Brennstoffzellenstapel mit Betriebsmedien versorgt und in einem vorgegebenen Schema betrieben, um bspw. herstellungsbedingte Kontaminationen in Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels auszutreiben.
Insbesondere werden bei der Konditionierung eines Brennstoffzellenstapels Brennstoff und Wasser verbraucht.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Konditionierungsverfahren und eine Konditionierungsvorrichtung zum Konditionieren einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Konditionierungsverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Konditionierungsvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, eine ressourceneffiziente Konditionierung einer Membranelektrodeneinheit, insbesondere eine umweltschonende Inbetriebnahme eines Brennstoffzellenstapels zu ermöglichen.
Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Konditionierungsverfahren für eine Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle vorgestellt. Das vorgestellte Konditionierungsverfahren umfasst das Spannen eines Rohlings der Membranelektrodeneinheit zwischen einer Vielzahl Rollen und das Dekontaminieren des Rohlings mit einem Dekontaminationsfluid.
Unter einem Dekontaminationsfluid ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Fluid, d.h. bspw. ein Gas oder eine Flüssigkeit zu verstehen, die dazu geeignet ist, Kontaminationen, wie bspw. Schmutz, Lösungsmittel, Sulfonate oder bestimmte Ionen, aus einem jeweiligen Rohling auszutreiben.
Gleichzeitig zur Dekontamination nimmt die Membranelektrodeneinheit außerdem Wasser auf, was normalerweise erst nach Zusammenbau des Brennstoffzellenstapels im Erstbetrieb/Konditionieren geschieht.
Die vorgestellte Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass ein jeweiliger Rohling einer Membranelektrodeneinheit, der ggf. eine Anzahl Katalysatorschichten umfassen kann, auf einer Vielzahl geführt und mit einem Dekontaminationsfluid dekontaminiert und befeuchtet wird bevor die Membranelektrodeneinheiten in Zellformat geschnitten und/oder in einen Brennstoffzellenstapel verbaut wird. Entsprechend wird der Rohling bereits vor einem Zusammenfügen zu einer Brennstoffzelle dekontaminiert und befeuchtet und, dadurch bedingt, in einen im Wesentlichen betriebsbereiten Zustand gebracht. Entsprechend kann auf ein aufwendiges Konditionieren der Membranelektrodeneinheit in einem eingebauten Zustand, d.h. in einem Brennstoffzellenstapel verzichtet werden, sodass ein Konditionierungsvorgang des Brennstoffzellenstapels besonders kurz und entsprechend ressourceneffizient ausfallen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass das Dekontaminationsfluid gasförmig auf den Rohling geleitet wird.
Ein gasförmiges Dekontaminationsfluid, wie bspw. Wasserdampf bzw. mit Additiven, wie bspw. Wasserstoffperoxid angereicherter Wasserdampf, kann durch den Rohling der Membranelektrodeneinheit hindurch diffundieren und dabei Kontaminationen aus dem Rohling auslösen und mitreißen bzw. abführen. Dazu kann der Rohling bspw. durch ein Dampfbad geführt werden, in dem das Dekontaminationsfluid den Rohling aus einer vorgegebenen Richtung, wie bspw. von unten anströmt. Dazu kann das Dekontaminationsfluid bspw. mittels eines Gebläses auf den Rohling geleitet und/oder von dem Rohling abgesaugt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Rohling durch ein Bad mit flüssigem Dekontaminationsfluid geführt wird.
Ein flüssiges Dekontaminationsfluid, wie bspw. flüssiges Wasser bzw. mit Additiven, wie bspw. Wasserstoffperoxid angereichertes Wasser kann den Rohling um- und durchspülen und dabei Kontaminationen aus dem Rohling auslösen und abführen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Rohling durch außerhalb von dem Bad angeordnete Rollen und in dem Bad angeordnete Rollen geführt wird.
Um den Rohling gleichmäßig bzw. vollständig mit Dekontaminationsfluid zu spülen bzw. zu dekontaminieren, kann der Rohling auf einer vorgegebenen Bahn mittels einer Vielzahl durch ein jeweiliges Bad mit Dekontaminationsfluid geführt werden. Dabei können sich Rollen in dem Bad mit einer anderen Geschwindigkeit drehen als Rollen außerhalb des Bades, um den Rohling in dem Bad zu spannen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das in dem Bad befindliche Dekontaminationsfluid mit einem überatmosphärischen Druck beaufschlagt und eine Temperatur größer 101 °C aufweist.
Eine wässrige Lösung mit einer Temperatur größer 101 °C, insbesondere 105°C hat sich als besonders geeignet zum Abführen von Kontaminationen aus einem Rohling erwiesen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Konditionierungsverfahren weiterhin das Trocknen des Rohlings mittels einer Trocknungsvorrichtung umfasst.
Zum Trocknen des Rohlings kann der Rohling bspw. durch ein Gebläse und/oder einen Ofen geführt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Konditionierungsverfahren das Reinigen des Rohlings mit einem Reinigungsfluid umfasst, um das Dekontaminationsfluid von dem Rohling zu entfernen.
Um Rückstände des Dekontaminationsfluids von dem Rohling zu entfernen, kann der Rohling bspw. durch ein Bad mit demineralisiertem und/oder tensidhaltigem Wasser geführt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung eine Konditionierungsvorrichtung zum Konditionieren einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle. Die vorgestellte Konditionierungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl Rollen zum Spannen und Führen eines Rohlings der Membranelektrodeneinheit auf einer vorgegebenen Bahn und eine Dekontaminationsvorrichtung zum Beaufschlagen des Rohlings mit einem Dekontaminationsfluid.
Die vorgestellte Konditionierungsvorrichtung dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Konditionierungsverfahrens bzw. ist zur Durchführung des Konditionierungsverfahrens konfiguriert.
Es kann vorgesehen sein, dass die Dekontaminationsvorrichtung ein Dampfbad und/oder ein Wasserbad und/oder ein Reinigungsbad umfasst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:

1 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Konditionierungsverfahrens.
2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Konditionierungsvorrichtung,
3 eine weitere Ausgestaltung der vorgestellten Konditionierungsvorrichtung.

In 1 ist ein Konditionierungsverfahren 100 zum Konditionieren bzw. Vorkonditionieren einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle dargestellt. Das Konditionierungsverfahren umfasst einen Spannschritt 101, bei dem ein Rohling der Membranelektrodeneinheit zwischen einer Vielzahl Rollen bzw. Walzen gespannt wird, und einen Dekontaminationsschritt 103, bei dem der Rohling mit einem Dekontaminationsfluid dekontaminiert wird.
Optional umfasst das Konditionierungsverfahren 100 einen Reinigungsschritt 105, bei dem der Rohling durch ein Reinigungsbad geführt wird, um Reste des Dekontaminationsfluids von dem Rohling zu entfernen.
Optional umfasst das Konditionierungsverfahren 100 einen Trocknungsschritt 107, bei dem der Rohling durch eine Trocknungsvorrichtung, wie bspw. ein Gebläse oder einen Ofen geführt wird, um den Rohling zu trocknen.
In 2 ist ein Konditionierungsvorrichtung 200 zum Konditionieren einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle dargestellt. Die Konditionierungsvorrichtung 200 umfasst eine Vielzahl Rollen bzw. Walzen 201 zum Spannen und Führen eines Rohlings 203 der Membranelektrodeneinheit, d.h. einer Membran/CCM/MEA auf einer vorgegebenen Bahn. Ferner umfasst die Konditionierungsvorrichtung 200 eine Dekontaminationsvorrichtung 205 in Form eines Wasserbades mit einer wässrigen Lösung, die bspw. unter Druck bei einer Temperatur von 105°C gehalten wird.
Die Rollen 201 können einen Antrieb und/oder eine Bremse umfassen, um eine Drehzahl der jeweiligen Rollen 201 einzustellen und den Rohling 203 zu spannen.
In 3 ist eine Konditionierungsvorrichtung 300 dargestellt. Die Konditionierungsvorrichtung 300 umfasst Rollen 201 und eine Dekontaminationsvorrichtung 301 in Form eines Dampfbades, in dem Dampf auf bzw. durch den Rohling 203 geleitet wird.

Claims

Konditionierungsverfahren (100) für eine Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle, wobei das Konditionierungsverfahren (100) umfasst: - Spannen (101) eines Rohlings der Membranelektrodeneinheit zwischen einer Vielzahl Rollen, - Dekontaminieren (103) des Rohlings mit einem Dekontaminationsfluid.
Konditionierungsverfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dekontaminationsfluid gasförmig auf den Rohling geleitet wird.
Konditionierungsverfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling durch ein Bad mit flüssigem Dekontaminationsfluid geführt wird.
Konditionierungsverfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling durch außerhalb von dem Bad angeordnete Rollen und in dem Bad angeordnete Rollen geführt wird.
Konditionierungsverfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Bad befindliche Dekontaminationsfluid mit einem überatmosphärischen Druck beaufschlagt und eine Temperatur größer 101 °C aufweist.
Konditionierungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dekontaminationsfluid Wasser umfasst.
Konditionierungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dekontaminationsfluid Wasserstoffperoxid und/oder Schwefelsäure umfasst.
Konditionierungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsverfahren (100) weiterhin umfasst: - Trocknen (107) des Rohlings mittels einer Trocknungsvorrichtung.
Konditionierungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsverfahren (100) weiterhin umfasst: - Reinigen (105) des Rohlings mit einem Reinigungsfluid, um das Dekontaminationsfluid von dem Rohling zu entfernen.
Konditionierungsvorrichtung (200, 300) zum Konditionieren einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle, wobei die Konditionierungsvorrichtung (200, 300) umfasst: - eine Vielzahl Rollen (201) zum Spannen und Führen eines Rohlings (203) der Membranelektrodeneinheit auf einer vorgegebenen Bahn, - eine Dekontaminationsvorrichtung (205, 301) zum Beaufschlagen des Rohlings (203) mit einem Dekontaminationsfluid.
Konditionierungsvorrichtung (200, 300) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekontaminationsvorrichtung (205, 301) ein Dampfbad und/oder ein Wasserbad und/oder ein Reinigungsbad umfasst.