DE102022213475A1

DE102022213475A1 - Membrane electrode assembly and method for producing a membrane electrode assembly

Info

Publication number: DE102022213475A1
Application number: DE102022213475.3
Authority: DE
Inventors: Johannes Proell; Andreas Ringk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Membran-Elektroden-Einheit (4) für eine Anordnung elektrochemischer Zellen (10). Die Membran-Elektroden-Einheit (4) umfasst eine Membran (2), zwei Elektroden (1, 3), insbesondere eine erste Elektrode (1) und eine zweite Elektrode (3) und einen Rahmen (15). Der Rahmen (15) weist einen Ausschnitt (18) auf. Der Rahmen (15) ist mit der Membran-Elektroden-Einheit (4) verschmolzen.

The invention relates to a membrane electrode unit (4) for an arrangement of electrochemical cells (10). The membrane electrode unit (4) comprises a membrane (2), two electrodes (1, 3), in particular a first electrode (1) and a second electrode (3), and a frame (15). The frame (15) has a cutout (18). The frame (15) is fused to the membrane electrode unit (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Membran-Elektroden-Einheit für eine Anordnung in elektrochemischen Zellen, wobei die Membran-Elektroden-Einheit eine Membran, zwei Elektroden und einen Rahmen umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Einheit.The invention relates to a membrane electrode assembly for an arrangement in electrochemical cells, wherein the membrane electrode assembly comprises a membrane, two electrodes and a frame. The invention further relates to a method for producing a membrane electrode assembly.

Stand der TechnikState of the art

Elektrochemische Zellen sind elektrochemische Energiewandler und in Form von Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen bekannt.Electrochemical cells are electrochemical energy converters and are known in the form of fuel cells or electrolysis cells.

Eine Brennstoffzelle wandelt chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) in Wasser (H₂O), elektrische Energie und Wärme gewandelt. Bei Elektrolysezellen erfolgt die chemische Reaktion in die andere Richtung.A fuel cell converts chemical reaction energy into electrical energy. In known fuel cells, hydrogen (H ₂ ) and oxygen (O ₂ ) in particular are converted into water (H ₂ O), electrical energy and heat. In electrolysis cells, the chemical reaction takes place in the other direction.

Unter anderem sind Protonenaustauschmembran (Proton Exchange Membrane = PEM)-Brennstoffzellen und -Elektrolysezellen bekannt.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen bzw. -Elektrolysezellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt.Proton exchange membrane (PEM) fuel cells and electrolysis cells are among those known.
Proton exchange membrane fuel cells or electrolysis cells have a centrally arranged membrane that is permeable to protons, i.e. hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is thus spatially separated from the fuel, in particular hydrogen.

Brennstoffzellen weisen eine Anode und eine Kathode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle kontinuierlich zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert, die zur Kathode gelangen. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zur Kathode. Das Oxidationsmittel wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O Fuel cells have an anode and a cathode. The fuel is continuously fed to the anode of the fuel cell and catalytically oxidized to protons by releasing electrons, which are then transferred to the cathode. The released electrons are drained from the fuel cell and flow to the cathode via an external circuit. The oxidizing agent is fed to the cathode of the fuel cell and reacts to form water by absorbing the electrons from the external circuit and protons. The water thus formed is drained from the fuel cell. The overall reaction is: O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^- → 2H ₂ O

Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel, der auch als Stack, Anordnung elektrochemischer Zellen oder Brennstoffzellenaufbau bezeichnet wird, angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden.A voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell. To increase the voltage, several fuel cells can be mechanically arranged one behind the other to form a fuel cell stack, which is also referred to as a stack, arrangement of electrochemical cells or fuel cell structure, and connected electrically in series.

Ein Stapel von elektrochemischen Zellen weist üblicherweise Endplatten auf, die die einzelnen Zellen miteinander verpressen und dem Stapel Stabilität verleihen.A stack of electrochemical cells typically has end plates that press the individual cells together and give the stack stability.

Die Elektroden, also die Anode und die Kathode, und die Membran können konstruktiv zu einer Membran-Elektroden-Einheit zusammengefasst sein, die auch als Membrane Electrode Assembly (MEA) bezeichnet wird. Weiterhin kann die Membran-Elektroden-Einheit einen Rahmen zur Stabilisierung umfassen.The electrodes, i.e. the anode and the cathode, and the membrane can be structurally combined to form a membrane electrode unit, which is also referred to as a membrane electrode assembly (MEA). Furthermore, the membrane electrode unit can comprise a frame for stabilization.

Stapel von elektrochemischen Zellen weisen ferner Bipolarplatten auf, die auch als Gasverteilerplatten oder Verteilerplatten bezeichnet werden. Bipolarplatten dienen zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode, oder im Falle von Elektrolysezellen zu Verteilung von Wasser an Anode und/oder Kathode. Neben der Medienführung bezüglich Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und gegebenenfalls eines Kühlmittels gewährleisten die Bipolarplatten einen flächigen elektrischen Kontakt zur Membran.Stacks of electrochemical cells also have bipolar plates, which are also referred to as gas distribution plates or distributor plates. Bipolar plates serve to evenly distribute the fuel to the anode and to evenly distribute the oxidizing agent to the cathode, or in the case of electrolysis cells to distribute water to the anode and/or cathode. In addition to the media guidance for oxygen, hydrogen, water and possibly a coolant, the bipolar plates ensure a flat electrical contact with the membrane.

Ein Zellenstapel umfasst typischerweise bis zu einige Hundert einzelner elektrochemischer Zellen, die lagenweise aufeinandergestapelt werden. Die einzelnen Zellen weisen eine Membran-Elektroden-Einheit sowie jeweils eine Bipolarplattenhälfte auf der Anodenseite und auf der Kathodenseite auf.A cell stack typically comprises up to several hundred individual electrochemical cells that are stacked on top of each other in layers. The individual cells have a membrane electrode unit and a bipolar plate half on the anode side and on the cathode side.

Weiterhin umfassen elektrochemische Zellen in der Regel Gasdiffusionslagen, die zwischen einer Bipolarplatte und einer Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sind.Furthermore, electrochemical cells usually comprise gas diffusion layers arranged between a bipolar plate and a membrane electrode assembly.

Gegenüber einer Brennstoffzelle ist ein Elektrolyseur ein Energiewandler, welcher unter Anlegen von elektrischer Spannung bevorzugt Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Auch Elektrolyseure weisen eine Membran-Elektroden-Einheit, Bipolarplatten und Gasdiffusionslagen auf.In contrast to a fuel cell, an electrolyzer is an energy converter that preferentially splits water into hydrogen and oxygen when electrical voltage is applied. Electrolyzers also have a membrane electrode unit, bipolar plates and gas diffusion layers.

Elektrochemische Zellen in einem Stapel werden häufig über senkrecht zur Membran der elektrochemischen Zellen angeordnete Medienkanäle mit den Medien, insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff, versorgt beziehungsweise werden diese abgeführt. Die Medienkanäle sind durch Ports, die auch als Fluidanschlüsse bezeichnet werden können, mit den elektrochemischen Zellen, insbesondere mit den Bipolarplatten, fluidisch verbunden. Die Medienkanäle liegen üblicherweise am Rand des Stapels und werden häufig durch deckungsgleich übereinander angeordnete Aussparungen, die die Ports bilden, erzeugt. Insbesondere an den Ports müssen die verschiedenen Medien gegeneinander und gegenüber der Umgebung abgedichtet sein.Electrochemical cells in a stack are often supplied with media, in particular hydrogen and oxygen, or are discharged via media channels arranged perpendicular to the membrane of the electrochemical cells. The media channels are fluidically connected to the electrochemical cells, in particular to the bipolar plates, by ports, which can also be referred to as fluid connections. The media channels are usually located at the edge of the stack and are often created by recesses arranged congruently one above the other, which form the ports. The various media must flow against each other, particularly at the ports. each other and sealed from the environment.

Üblicherweise wird die Membran zwischen zwei mit Schmelzklebstoff beschichtete Rahmenfolien laminiert. Der Schmelzklebstoff benetzt ca. 6 % der aktiven Fläche der Membran und deaktiviert dadurch den Katalysator in diesem Bereich. Auch im Bereich der Ports liegt Schmelzklebstoff auf den Rahmen vor. In der Regel wird auf beiden Seiten der Membran jeweils eine vollständig mit Schmelzklebstoff beschichtete Rahmenfolie laminiert.The membrane is usually laminated between two frame films coated with hot melt adhesive. The hot melt adhesive wets approx. 6% of the active surface of the membrane and thereby deactivates the catalyst in this area. Hot melt adhesive is also present on the frames in the port area. As a rule, a frame film completely coated with hot melt adhesive is laminated on both sides of the membrane.

DE 102 015 100 740 A1 hat eine elektrochemische Einheit für einen Brennstoffzellenstapel zum Gegenstand, die beispielsweise eine geklebte Randverstärkungslage aufweist. EN 102 015 100 740 A1 relates to an electrochemical unit for a fuel cell stack, which, for example, has a bonded edge reinforcement layer.

DE 103 61 669 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung für Brennstoffzellen unter Verwendung eines Klebemittels. DE 103 61 669 B4 describes a method for producing a seal for fuel cells using an adhesive.

Weiterhin ist aus der DE 10 2015 015675 A1 eine Membran-Elektroden-Einheit bekannt, die mittels eines Klebstoffs mit einem Rahmen der Brennstoffzelle verbunden ist.Furthermore, the EN 10 2015 015675 A1 A membrane electrode assembly is known which is connected to a frame of the fuel cell by means of an adhesive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft eine Membran-Elektroden-Einheit für eine Anordnung elektrochemischer Zellen. Die Membran-Elektroden-Einheit umfasst eine Membran, zwei Elektroden, insbesondere eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode und einen Rahmen. Der Rahmen weist einen Ausschnitt auf. Der Rahmen ist mit der Membran-Elektroden-Einheit verschmolzen. Insbesondere ist der Rahmen direkt mit der Membran-Elektroden-Einheit verschmolzen, also ohne Verwendung eines Verbindungselements wie Klebstoff. Dadurch wird die Klebstoffbeschichtung des Rahmens bzw. seiner Rahmenfolie eingespart. Die Rahmenfolie kann somit deutlich einfacher als Rollenware bereitgestellt werden. Letztendlich wird somit eine vereinfachte und kostengünstige Membran-Elektroden-Einheit bereitgestellt.The invention relates to a membrane electrode unit for an arrangement of electrochemical cells. The membrane electrode unit comprises a membrane, two electrodes, in particular a first electrode and a second electrode, and a frame. The frame has a cutout. The frame is fused to the membrane electrode unit. In particular, the frame is fused directly to the membrane electrode unit, i.e. without using a connecting element such as adhesive. This saves the adhesive coating of the frame or its frame film. The frame film can thus be provided much more easily as a roll product. Ultimately, this provides a simplified and cost-effective membrane electrode unit.

Bevorzugt besteht der Rahmen lediglich aus einer einzigen Rahmenfolie. Damit wird die sonst übliche zweite Rahmenfolie eingespart. Dadurch wird sogar eine der beiden Elektroden komplett frei gelassen, also ohne Überdeckung durch den Rahmen, so dass beispielsweise eine Wasserstoffverarmung im Randbereich der aktiven Fläche vermieden werden kann. Besonders bevorzugt besteht die Rahmenfolie dabei aus dem Kunststoff PEN oder PET.Preferably, the frame consists of just a single frame film. This saves the usual second frame film. This even leaves one of the two electrodes completely free, i.e. without being covered by the frame, so that, for example, hydrogen depletion in the edge area of the active surface can be avoided. The frame film is particularly preferably made of the plastic PEN or PET.

Der Rahmen kann sowohl direkt mit der Membran als auch direkt mit einer Elektrode verschmolzen sein. Ist der Rahmen direkt mit der Membran verschmolzen, dann weist die Membran in dem Verbindungsbereich mit dem Rahmen keine Beschichtung mit den Elektroden bzw. mit der einen Elektrode auf; es wird dadurch Fläche an teurer Elektroden-Beschichtung eingespart.The frame can be fused directly to the membrane or directly to an electrode. If the frame is fused directly to the membrane, the membrane in the connection area with the frame has no coating with the electrodes or with one electrode; this saves area for expensive electrode coating.

Vorteilhafterweise ist der Rahmen mittels Laserdurchstrahlschweißen mit der Membran-Elektroden-Einheit verschmolzen.Advantageously, the frame is fused to the membrane electrode unit by means of laser welding.

Die Erfindung umfasst auch Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Einheit nach einer der obigen Ausführungen.The invention also includes methods for producing a membrane electrode assembly according to one of the above embodiments.

Bevorzugt wird dabei der Rahmen mittels Laserdurchstrahlschweißen mit der Membran-Elektroden-Einheit verschmolzen. Dies ist ein kostengünstiger und effizienter Prozess, um einen auf einer Membran-Elektroden-Einheit aufliegenden Kunststoff sehr lokal aufzuschmelzen.Preferably, the frame is fused to the membrane electrode unit using laser transmission welding. This is a cost-effective and efficient process for very locally melting a plastic lying on a membrane electrode unit.

Bevorzugt erfolgt das Verschmelzen des Rahmens mit der Membran-Elektroden-Einheit ohne Zuhilfenahme eines Verbindungselements. Der Laser schmilzt eben den Rahmen selbst auf, so dass dieser an die Membran-Elektroden-Einheit binden kann.Preferably, the frame is fused to the membrane electrode unit without the aid of a connecting element. The laser melts the frame itself so that it can bond to the membrane electrode unit.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

• Ein Laser durchstrahlt eine Rahmenfolie des Rahmens und erwärmt dabei die Membran und/oder die Elektrode und/oder die Rahmenfolie.
• Aufschmelzen der Rahmenfolie durch die Erwärmung.
• Die aufgeschmolzene Rahmenfolie bindet an die Membran und/oder die Elektrode.

A method according to the invention is characterized by the following method steps:

• A laser shines through a frame foil of the frame and heats the membrane and/or the electrode and/or the frame foil.
• Melting of the frame film due to heating.
• The melted frame foil binds to the membrane and/or the electrode.

Vorteilhafterweise wird die Rahmenfolie während des Aufschmelzens niedergedrückt. Dadurch wird die Verbindung zwischen Rahmen und Membran-Elektroden-Einheit stärker.Advantageously, the frame foil is pressed down during melting. This makes the connection between the frame and the membrane electrode assembly stronger.

Die verschmolzene Verbindung zwischen Rahmen und Membran-Elektroden-Einheit ist stark genug, insbesondere wenn die Membran-Elektroden-Einheit in der elektrochemischen Zelle verbaut und verspannt ist, also druckbelastet ist. Durch Verwendung nur einer Rahmenfolie wird der Materialbedarf zur Herstellung der elektrochemischen Zellen deutlich reduziert. Ferner wird die aktive Fläche der Membran-Elektroden-Einheit, insbesondere das Aktivmaterial wie Platin, nicht durch Klebstoff abgedeckt, wodurch die Performance der elektrochemischen Zelle steigen kann.The fused connection between the frame and the membrane electrode unit is strong enough, especially when the membrane electrode unit is installed and clamped in the electrochemical cell, i.e. is subjected to pressure. By using only one frame film, the material required to manufacture the electrochemical cells is significantly reduced. Furthermore, the active surface of the membrane electrode unit, in particular the active material such as platinum, is not covered by adhesive, which can increase the performance of the electrochemical cell.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß dem Stand der Technik, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
2 eine schematische Darstellung der Herstellung einer Membran-Elektroden-Einheit gemäß dem Stand der Technik,
3 eine Querschnittsansicht einer Membran-Elektroden-Einheit gemäß dem Stand der Technik, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
4 eine Querschnittsansicht zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Einheit, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
5 eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Einheit, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Show it:

1 a schematic representation of an electrochemical cell according to the prior art, with only the essential areas shown,
2 a schematic representation of the production of a membrane electrode assembly according to the prior art,
3 a cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to the prior art, with only the essential areas shown,
4 a cross-sectional view for producing a membrane electrode assembly according to the invention, with only the essential areas being shown,
5 a cross-sectional view of another membrane electrode assembly according to the invention, with only the essential regions being shown.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, identical or similar elements are designated by identical reference numerals, whereby a repeated description of these elements is omitted in individual cases. The figures only represent the subject matter of the invention schematically.

1 zeigt eine elektrochemische Zelle 10 in Form einer Brennstoffzelle. Die elektrochemische Zelle 10 weist eine Membran 2 als Elektrolyten auf. Die Membran 2 trennt einen Kathodenraum 6 von einem Anodenraum 8. Im Kathodenraum 6 und im Anodenraum 8 sind auf der Membran 2 jeweils eine Elektrode 1, 3, eine Gasdiffusionslage 5 und eine Bipolarplatte 7 angeordnet. Der Verbund der Membran 2 und den Elektroden 1, 3 ist Teil einer Membran-Elektroden-Einheit 4. 1 shows an electrochemical cell 10 in the form of a fuel cell. The electrochemical cell 10 has a membrane 2 as an electrolyte. The membrane 2 separates a cathode chamber 6 from an anode chamber 8. In the cathode chamber 6 and in the anode chamber 8, an electrode 1, 3, a gas diffusion layer 5 and a bipolar plate 7 are arranged on the membrane 2. The combination of the membrane 2 and the electrodes 1, 3 is part of a membrane-electrode unit 4.

In den Bipolarplatten 7 werden Medien 29 zugeführt. Durch die Bipolarplatte 7 im Kathodenraum 6 gelangt Sauerstoff 9 zur Gasdiffusionslage 5 und durch die Bipolarplatte 7 des Anodenraums 8 gelangt Wasserstoff 11 zur entsprechenden Gasdiffusionslage 5.Media 29 are supplied in the bipolar plates 7. Oxygen 9 reaches the gas diffusion layer 5 through the bipolar plate 7 in the cathode chamber 6 and hydrogen 11 reaches the corresponding gas diffusion layer 5 through the bipolar plate 7 of the anode chamber 8.

2 zeigt die Herstellung einer Membran-Elektroden-Einheit 4 gemäß dem Stand der Technik, wobei eine mit Elektroden 1, 3 beschichtete Membran 2 zwischen zwei Rahmenfolien 151, 152 eines Rahmens 15 angeordnet wird, wobei die Rahmenfolien 151, 152 mit Klebstoff beschichtet sind. Der Rahmen 15 weist zwei Portbereiche 19 auf zur Zu- und Abfuhr von Medien in die bzw. aus der elektrochemischen Zelle. Der Rahmen 15 weist weiterhin einen Ausschnitt 18 auf, welcher die aktive Fläche der elektrochemischen Zelle begrenzt. 2 shows the production of a membrane electrode unit 4 according to the prior art, wherein a membrane 2 coated with electrodes 1, 3 is arranged between two frame foils 151, 152 of a frame 15, wherein the frame foils 151, 152 are coated with adhesive. The frame 15 has two port areas 19 for supplying and removing media into and from the electrochemical cell. The frame 15 also has a cutout 18 which delimits the active area of the electrochemical cell.

3 zeigt eine 2 entsprechende Querschnittsansicht einer Membran-Elektroden-Einheit 4 gemäß dem Stand der Technik, die an jeder Rahmenfolie 151, 152 ein Verbindungselement 17, üblicherweise Klebstoff, aufweist, das sich in den Portbereich 19 des Rahmens 15 erstreckt. Weiterhin ist ein inaktivierter Bereich 26 der zweiten Elektrode 3 gekennzeichnet, der durch das Verbindungselement 17 bedeckt ist. 3 shows a 2 corresponding cross-sectional view of a membrane electrode unit 4 according to the prior art, which has a connecting element 17, usually adhesive, on each frame film 151, 152, which extends into the port area 19 of the frame 15. Furthermore, an inactivated area 26 of the second electrode 3 is marked, which is covered by the connecting element 17.

4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Einheit 4. Der Rahmen 15 besteht nur noch aus einer einzigen Rahmenfolie 151, welche nicht mit Klebstoff beschichtet ist. Der Rahmen 15 bzw. die Rahmenfolie 151 ist somit nicht mittels eines Verbindungselements 17 an die beschichtete Membran 2 angebunden, sondern mit dieser verschmolzen, vorteilhafterweise mittels Laserdurchstrahlschweißen. Der Kunststoff der Rahmenfolie 151, bevorzugt PEN oder PET, wird also mittels eines Lasers 110 plastifiziert und so mit der Membran 2 bzw. mit den Elektroden 1, 3 verschmolzen. 4 shows an embodiment of a membrane electrode unit 4 according to the invention. The frame 15 consists of only a single frame film 151, which is not coated with adhesive. The frame 15 or the frame film 151 is therefore not connected to the coated membrane 2 by means of a connecting element 17, but is fused to it, advantageously by means of laser transmission welding. The plastic of the frame film 151, preferably PEN or PET, is thus plasticized by means of a laser 110 and thus fused to the membrane 2 or to the electrodes 1, 3.

Die Membran 2 und die Elektroden 1, 3 erstrecken sich bis zu einer Kante 22 des Rahmens 15. Teilweise liegt eine Überlappung des Rahmens 15, der ersten Elektrode 1 und der Membran 2 vor; die zweite Elektrode 3 ist nicht von dem Rahmen 15 überdeckt. Der Rahmen 15 bzw. die Rahmenfolie 15 ist in dieser Ausführung mit der ersten Elektrode 1 verschmolzen.The membrane 2 and the electrodes 1, 3 extend to an edge 22 of the frame 15. The frame 15, the first electrode 1 and the membrane 2 partially overlap; the second electrode 3 is not covered by the frame 15. The frame 15 or the frame film 15 is fused to the first electrode 1 in this embodiment.

5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Einheit 4. In der Ausführung der 4 liegt keine Überlappung des Rahmens 15 mit der ersten Elektrode 1 vor, sondern der Rahmen 15 bzw. die Rahmenfolie 151 ist direkt mit der Membran 2 verschmolzen. Die erste Elektrode 1 liegt somit vollständig innerhalb des Ausschnitts 18. Auch die zweite Elektrode 3 ist nicht von dem Rahmen 15 überdeckt. 5 shows another membrane electrode assembly 4 according to the invention. In the embodiment of the 4 there is no overlap of the frame 15 with the first electrode 1, but the frame 15 or the frame film 151 is directly fused to the membrane 2. The first electrode 1 is thus completely within the cutout 18. The second electrode 3 is also not covered by the frame 15.

Das entsprechende Fertigungsverfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Einheit 4, beispielsweise für die Ausführungen zu den 4 und 5, weist folgende Verfahrensschritte auf:

• Der Laser 110 durchstrahlt die Rahmenfolie 151 und erwärmt dabei die Membran 2 und/oder die Elektrode 1, 3 und/oder die Rahmenfolie 151.
• Durch die Erwärmung schmilzt die Rahmenfolie 151 auf.
• Die flüssige Rahmenfolie 151 bindet im Anschluss an die Membran 2 und/oder die Elektrode 1, 3.
• Optional wird die Rahmenfolie 151 niedergedrückt, beispielsweise mittels einer Glasplatte.

The corresponding manufacturing process for producing a membrane electrode assembly 4, for example for the embodiments of the 4 and 5 , has the following procedural steps:

• The laser 110 radiates through the frame foil 151 and thereby heats the membrane 2 and/or the electrode 1, 3 and/or the frame foil 151.
• The heating causes the frame foil 151 to melt.
• The liquid frame foil 151 then binds to the membrane 2 and/or the electrode 1, 3.
• Optionally, the frame film 151 is pressed down, for example by means of a glass plate.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, a large number of modifications are possible within the scope specified by the claims, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015100740 A1 [0015]
DE 10361669 B4 [0016]
DE 102015015675 A1 [0017]

Claims

Membrane electrode unit (4) for an arrangement of electrochemical cells (10), wherein the membrane electrode unit (4) comprises a membrane (2), two electrodes (1, 3), in particular a first electrode (1) and a second electrode (3), and a frame (15), wherein the frame (15) has a cutout (18), characterized in that the frame (15) is fused to the membrane electrode unit (4).

Membrane electrode assembly (4) according to Claim 1 characterized in that the frame (15) consists only of a single frame film (151).

Membrane electrode assembly (4) according to Claim 1 or 2 characterized in that the frame (15) is fused to the membrane electrode unit (4) without using a connecting element (17).

Membrane electrode unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the frame (15) is fused to the membrane electrode unit (4) by means of laser transmission welding.

Membrane electrode unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the frame (15) is fused to the membrane (2).

Membrane electrode unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the frame (15) is fused to the electrode (1, 3).

Method for producing a membrane electrode assembly (4) according to one of the preceding Claims 1 characterized in that the frame (15) is fused to the membrane electrode unit (4) by means of laser transmission welding.

Procedure according to Claim 7 characterized in that the frame (15) is fused to the membrane electrode unit (4) without the aid of a connecting element (17).

Procedure according to Claim 7 or 8th characterized by the following method steps: • A laser (110) radiates through a frame foil (151) of the frame (15) and thereby heats the membrane (2) and/or the electrode (1, 3) and/or the frame foil (151). • Melting of the frame foil (151) by the heating. • The melted frame foil (151) binds to the membrane (2) and/or the electrode (1, 3).

Procedure according to Claim 9 characterized in that the frame film (151) is pressed down during melting.