DE112004002926T5

DE112004002926T5 - Randgeschützte katalysatorbeschichtete Diffusionsmedien und Membranelektrodenanordnungen

Info

Publication number: DE112004002926T5
Application number: DE112004002926T
Authority: DE
Inventors: Bhaskar Sompalli; Hubert A. Gasteiger; Brian A. Litteer; Susan G. Yan
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: CN100477347C; WO2006015147A2; DE112005001826T5; US8007949B2; CN101036258A; JP2008508686A; WO2006015147A3; WO2006022758A1; US20070184326A1; JP2011124238A; DE112005001826B4; DE112004002926B4; CN101019254A; JP2008508679A; CN100544105C

Abstract

Anordnung für eine Brennstoffzelle, mit:
einem ionenleitenden Element;
einem elektrisch leitenden Element, das an einer Fläche des ionenleitenden Elements angeordnet ist;
einem elektrochemisch aktiven Material, das schichtartig zwischen dem ionenleitenden Element und dem elektrisch leitenden Element angeordnet ist; und
einem Dichtungselement, das einen Umfangsrand des elektrisch leitenden Elements überlappt;
wobei das Dichtungselement eine Permeabilität besitzt, die kleiner als eine Permeabilität des ionenleitenden Elements ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Membranelektrodenanordnungen für eine Brennstoffzelle und insbesondere eine Membranelektrodenanordnung, die eine geringe Permeabilität für Sauerstoff und Wasserstoff aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennstoffzellen sind für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen als eine Energiequelle entwickelt worden. Eine derartige Brennstoffzelle ist die PEM-(d.h. Protonenaustauschmembran-)Brennstoffzelle, die eine so genannte "Membranelektrodenanordnung" (MEA) umfasst, die einen dünnen Festpolymermembranelektrolyten mit einem Paar von Elektroden (d.h. einer Anode und einer Kathode) auf entgegengesetzten Seiten des Membranelektrolyten umfasst. Die MEA ist schichtartig zwischen planaren Gasverteilungselementen angeordnet.
Bei diesen PEM-Brennstoffzellen besitzen die Elektroden typischerweise eine kleinere Oberfläche im Vergleich zu dem Membranelektrolyten, so dass Ränder des Membranelektrolyten von den Elektroden nach außen vorstehen. An diesen Rändern des Membranelektrolyten sind Dichtungselemente oder Abdichtungen angeordnet, die die Elektroden um den Umfang herum einrahmen. Aufgrund der Begrenzungen von Herstelltoleranzen sind die Dichtungen, die MEA und die Gasverteilungselemente jedoch nicht angemessen eng ausgerichtet. Aufgrund der Fehlausrichtung dieser Elemente können sich Schäden an den Rändern des Membranelektrolyten entwickeln und die Lebensdauer der Brennstoffzelle verkürzen und die Leistung der Brennstoffzelle reduzieren.
Überdies treten Zugspannungen an dem Membranelektrolyt auf, die durch Membranschrumpfung, wenn der Membranelektrolyt zwischen feuchten und trockenen Bedingungen wechselt, und chemischen Abbau des Membranelektrolyten aufgrund eines chemischen Angriffs des Elektrolyten in der Membran und den Elektroden durch freie Radikale bewirkt werden, die durch Reaktion von Übertrittsgasen erzeugt werden (Wasserstoff von der Anode zu der Kathode, und Sauerstoff von der Kathode zu der Anode). Somit ist es erwünscht, eine MEA für eine Brennstoffzelle zu entwickeln, die die obigen Nachteile beseitigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der obigen Nachteile haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung eine Brennstoffzelle entwickelt, die ein anodenseitiges katalysatorbeschichtetes Diffusionsmedium und ein kathodenseitiges katalysatorbeschichtetes Diffusionsmedium aufweist, die eine ionenleitende Membran schichtartig anordnen. Zwischen der ionenleitenden Membran und dem anodenseitigen und kathodenseitigen katalysatorbeschichteten Diffusionsmedium ist ein Dichtungsmaterial angeordnet, wobei das Dichtungsmaterial aus einem Material ausgebildet ist, das eine Permeabilität besitzt, die kleiner als eine Permeabilität des ionenleitenden Elements ist. Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Dichtungsmaterial aus einem Material ausgebildet, das weicher als die ionenleitende Membran ist, so dass sich das Dichtungsmaterial verformen kann und ermöglichen kann, dass eine Membranelektrodenanordnung der Brenn stoffzelle über die gesamte Anordnung hinweg gleichförmigen Drücken ausgesetzt wird.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 eine Schnittansicht in Explosionsdarstellung einer Membranelektrodenanordnung gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Schnittansicht in Explosionsdarstellung einer Membranelektrodenanordnung gemäß einem anderen Prinzip der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Schnittansicht einer Membranelektrodenanordnung nach dem Stand der Technik ist;
4 eine Schnittansicht in Explosionsdarstellung einer Membranelektrodenanordnung gemäß einem noch weiteren Prinzip der vorliegenden Erfindung ist; und
5 eine Schnittansicht in Explosionsdarstellung einer Membranelektrodenanordnung gemäß eines noch weiteren Prinzips der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
1 ist eine Schnittansicht in Explosionsdarstellung einer Membranelektrodenanordnung (MEA) gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die MEA 2 ein ionenleitendes Element 4, das schichtartig zwischen einer Anodenelektrode 6 und einer Kathodenelektrode 8 angeordnet ist. Die MEA 2 umfasst auch ein Paar elektrisch leitender Elemente 10 und 12 oder Gasdiffusionsmedien 10 und 12. Das ionenleitende Element 4 ist um den Umfang herum auch durch rahmenförmige Dichtungselemente 14 und 16 umgeben. Die in 1 gezeigte MEA 2 ist in dem Stapel durch polymere Dichtungen abgedichtet, die zwischen den Strömungsfeldplatten (auch als Bipolarplatten bezeichnet, nicht gezeigt) und den Dichtungselementen 14 und 16 aufgebracht sind.
Das ionenleitende Element 4 ist bevorzugt ein Festpolymermembranelektrolyt und bevorzugt ein Protonenaustauschelement (PEM). Bevorzugt besitzt das ionenleitende Element 4 eine Dicke im Bereich von etwa 10 Mikrometer – 100 Mikrometer und am bevorzugtesten eine Dicke von etwa 25 Mikrometer. Polymere, die für derartige Membranelektrolyte geeignet sind, sind in der Technik gut bekannt und in den US Patent Nrn. 5,272,017 und 3,134,697 und an anderen Stellen in der Patent- und Nicht-Patent-Literatur beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass die Zusammensetzung des ionenleitenden Elements 4 beliebige der protonenleitenden Polymere, die herkömmlich in der Technik verwendet werden, umfassen kann. Bevorzugt werden perfluorierte Sulfonsäurepolymere, wie NAFION^® verwendet.
Das ionenleitende Element 4 ist eine für kationenpermeable, protonenleitende Membran mit H⁺-Ionen als dem mobilen Ion; das Brennstoffgas ist Wasserstoff (oder Reformat) und das Oxidationsmittel ist Sauerstoff oder Luft. Die Gesamtzellenreaktion ist die Oxidation von Wasserstoff zu Wasser, und die jeweiligen Reaktionen an der Anode und Kathode sind H₂ = 2H⁺ + 2e^– (Anode) und ½ O₂ + 2H⁺ + 2e^– + H₂O (Kathode).
Die Zusammensetzung der Anodenelektrode 6 und der Kathodenelektrode 8 umfasst bevorzugt elektrochemisch aktives Material, das in einem Polymerbinder dispergiert ist, der wie das ionenleitende Element 4 ein protonenleitendes Material ist, wie NAFION^®. Das elektrochemisch aktive Material umfasst bevorzugt mit Katalysator beschichtete Kohlenstoff- oder Graphitpartikel. Die Anodenelektrode 6 und die Kathodenelektrode 8 umfassen bevorzugt Platin als den Katalysator. Obwohl die Anode 6 und die Kathode 8 in den Figuren mit gleicher Größe gezeigt sind, sei angemerkt, dass es nicht außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegt, dass die Anode 6 und die Kathode 6 verschiedene Größen besitzen können (d.h. dass die Kathode größer als die Anode ist oder umgekehrt). Eine bevorzugte Dicke der Anode und Kathode liegt im Bereich von etwa 2 – 30 Mikrometer und am bevorzugtesten bei etwa 10 Mikrometer.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Anode 6 und die Kathode 8 bevorzugt auf den Diffusionsmedien 10 und 12 angeordnet, um katalysatorbeschichtete Diffusionsmedien (CCDM) zu bilden. Es sei jedoch zu verstehen, dass, obwohl die Anode 6 und die Kathode 8 bevorzugt auf den Diffusionsmedien 10 und 12 angeordnet sind, die Anode 6 und die Kathode 8 auch auf dem ionenleitenden Element 4 angeordnet sein können, um eine katalysatorbeschichtete Membran (CCM) zu bilden, und dies dennoch innerhalb des Schutzumfangs und des Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung liegt. Genauer kann das elektrochemisch aktive Material der Anode 6 und der Kathode 8 an Flächen 5a und 5b des ionenleitenden Elements, die zu den Diffusionsmedien 10 und 12 weisen, angeordnet sein.
Die Anoden- und Kathodenelektroden 6 und 8 sind bevorzugt über die gesamte Fläche der Diffusionsmedien 10 und 12 angeordnet, die sich benachbart des ionenleitenden Elements befinden, so dass sich die Umfangsränder der Anode 6 und der Kathode 8 zu den Umfangsrändern des Diffusionsmediums 10 und 12 erstrecken. Auf diese Weise ruhen die Ränder der Anode 6, der Kathode 8 und der Diffusionsmedien 10 und 12 auf den Dichtungselementen 14 und 16, die, wie oben beschrieben ist, rahmenförmige Elemente sind, die um einen Umfang des ionenleitenden Elements 4 angeordnet sind. Es sei jedoch zu verstehen, dass die Anodenelektrode 6 und die Kathodenelektrode 8 nicht an den Rändern der Gasdiffusionsmedien 10 und 12 angeordnet sein müssen, um innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung zu liegen.
In 1 sind auch mikroporöse Schichten 7 und 9 gezeigt. Diese mikroporösen Schichten 7 und 9 sind bevorzugt zwischen den Elektroden 6 und 8 und den Diffusionsmedien 10 und 12 angeordnet und dienen als Wassermanagementschichten, die Wasser, das bei der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugt wird, weg von einer Oberfläche des ionenleitenden Elements 4 saugen. Bevorzugt werden die mikroporösen Schichten, die auf Kohlenstoffpartikeln ausgebildet sind, die in einem hydrophoben Binder dispergiert sind, wie PTFE, direkt auf die Gasdiffusionsmedien 10 und 12 aufgebracht.
Die Gasdiffusionsmedien 10 und 12 können beliebige in der Technik bekannte Gasdiffusionsmedien sein. Bevorzugt sind die Gasdiffusionsmedien 10 und 12 Kohlenstoffpapiere, Kohlenstoffgewebe und Kohlenstoffschäume mit einer Dicke im Bereich von etwa 100 – 300 Mikrometer. Die Dichtungselemente 14 und 16 können ein beliebiges Material sein, das zum Abdichten der Membranelektrodenanordnung 2 geeignet ist, eine mechanische Abstützung für die Ränder des ionenleitenden Elements vorsieht und den Übertritt von Reaktandengasen über das ionenleitende Element verhindert. Diesbezüglich sind bevorzugte Materialien für die Dichtungselemente 14 und 16 Materialien, die elastomerer oder polymerer Beschaffenheit sind, elektrisch isolierend (nicht leitend) sind und gegenüber der sauren und feuchten Brennstoffzellenumgebung beständig sind. D.h. die Dichtungselemente müssen gegenüber einem pH von 0 beständig sein und in der Lage sein, Betriebstemperaturen im Bereich von 60 – 120°C auszuhalten.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass das für die Verwendung als die Dichtungselemente 14 und 16 gewählte Material eine Permeabilität für Luft (Sauerstoff) und Wasserstoffgas haben sollte, die kleiner als die Permeabilität für Luft (Sauerstoff) und Wasserstoffgas des ionenleitenden Elements 4 ist. Wenn die Permeabilität der Dichtungselemente 14 und 16 kleiner als die Permeabilität des ionenleitenden Elements 4 ist, wird der Übertritt der Reaktandenbrennstoffzellengase an den Rändern der Membranelektrodenanordnung 2 verhindert. Dies ist vorteilhaft, da der chemische Abbau des Elektrolyten in der Membran und der Elektrode aufgrund des Gasübertritts durch die Membran 4 (entweder Wasserstoff von der Anode zu der Kathode oder Sauerstoff von der Kathode zu der Anode) auftritt und daher impermeable Dichtungselemente 14 und 16 einen chemischen Abbau lindern.
Genauer kann beim Normalbetrieb einer Brennstoffzelle Wasserstoff- und Sauerstoffgas über das ionenleitende Element (Membran) 4 jeweils sowohl zu der Kathode 8 als auch der Anode 6 hindurch dringen, so dass Sauerstoff sich in der Anwesenheit des Wasserstoffbrennstoffes befindet. Wenn diese Reaktandengase in Kontakt mit dem elektrochemisch aktiven Material der Anode 6 und der Kathode 8 kommen, wird der Sauerstoff reduziert und reagiert mit H⁺-Ionen, die aus der Oxidation des Wasserstoffbrennstoffgases erzeugt werden. Diese sich daraus ergebende Nebenreaktion zwischen dem reduzierten Sauerstoff und den H⁺-Ionen erzeugt H₂O₂ wie folgt: O₂ + 2H⁺ + 2e^– = H₂O₂
Es ist bekannt, dass diese Erzeugung von H₂O₂ einen Abbau der Membran 4 und somit eine verringerte Brennstoffzellenlebensdauer und -leistung bewirkt. Ferner sei zu verstehen, dass andere mögliche Mechanismen eines chemischen Abbaus des Elektrolyten in der Membran und den Elektroden dadurch gelindert werden können, dass ein Gasübertritt durch die Membran 4 vermieden oder zumindest gehemmt wird. Diese Gase sind anfälliger für eine Durchdringung der Membran 4 an den Rändern der Membran 4 an Spalten zwischen den Elementen der Brennstoffzelle, die durch Herstelltoleranzen bewirkt werden. Somit kann sich ein kondensierter Fluss der Reaktandengase an den Rändern der Anode 6 und Kathode 8 sammeln. Der Abbau der Membran 4 erfolgt daher typischerweise an den Rändern der Anode 6 und der Kathode 8.
Um die Erzeugung von H₂O₂ zu unterdrücken und zu beseitigen, sind die Dichtungselemente 14 und 16 aus einem Material ausgebildet, das eine Permeabilität für Luft und Wasserstoff besitzt, die kleiner als die der Membran 4 ist. Wenn beispielsweise eine NAFION^®-Membran, wie N 112, als die Membran 4 verwendet wird, sollten die Dichtungselemente 14 und 16 eine Permeabilität für Luft (Sauerstoff) von weniger als 3500 ccmil/(100 Zoll²-24h-atm) bei 77°F/100% RF besitzen. Bevorzugt sollten die Dichtungselemente 14 und 16 eine Sauerstoffpermeabilität von weniger als oder gleich 200 cc-mil/(100 Zoll²-24h-atm) bei 77°F/100% RF besitzen. Ein bevorzugtes Material, um eine derartige Permeabilität zu erreichen, ist beispielsweise Ethylentetrafluorethylen (ETFE), das eine Sauerstoffpermeabilität von 184 cc-mil/(100 Zoll²-24h-atm) bei 77°F/100% RF besitzt. Am bevorzugtesten sollten die Dichtungselemente eine Sauerstoffpermeabilität von weniger als oder gleich 25 cc-mil/(100 Zoll²-24h-atm) bei 77°F/100% RF besitzen. Geeignete Materialien, die die bevorzugteste Sauerstoffpermeabilität erreichen, sind beispielsweise Polyimid (vertrieben mit der Handelsbezeichnung Kapton, 25 cc-mil/(100 Zoll²-24h-atm) bei 77°F/100% RF) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF, 3,4 cc-mil/(100 Zoll²-24h-atm) bei 77°F/100% RF).
Die Permeabilität für Wasserstoff sollte kleiner als 1,5 × 10^–8 ml(STP)-cm_dick/(s-cm²-cm_Hg) bei 80°C, 270 kPa, 100% RF; bevorzugt kleiner als oder gleich 1 × 10^–9 ml(STP)-cm_dick/(s-cm²-cm_Hg) bei 80°C, 270 kPa, 100% RF und am bevorzugtesten kleiner als oder gleich 5 × 10^–10 ml(STP)-cm_dick/(s-cm²-cm_Hg) bei 80°C, 270 kPa, 100% RF sein. Geeignete Materialien, um die obigen Wasserstoffpermeabilitäten zu erreichen, sind beispielsweise Kapton (4,7 × 10^–10 ml(STP)-cm_dick/(s-cm²-cm_Hg) bei 80°C, 270 kPa, 100% RF) und Polyethylennaphthalat (PEN, 2 × 10^–10 ml(STP)-cm_dick/(s-cm²-cm_Hg) bei 80°C, 270 kPa, 100% RF).
Ferner sei, obwohl ETFE, Kapton, PVDF und PEN als bevorzugte Materialien zum Erreichen der oben beschriebenen Sauerstoff- und Wasserstoffpermeabilitäten beschrieben sind, zu verstehen, dass andere Materialien zur Verwendung als die Dichtungselemente 14 und 16 gewählt werden können, solange das Material eine Permeabilität für Sauerstoff und Wasserstoff besitzt, die kleiner als die der Membran 4 ist. Beispiele anderer Materialien umfassen Polyester, Polyamide, Copolyamide, Polyamidelastomere, Polyurethane, Polyurethanelastomere, Silikone und andere thermoplastische Elastomere. Durch Reduzierung der Permeabilität für die Reaktandengase an den Rändern der Anode 6 und der Kathode 8 kann der Übertritt der Reaktandengase, die den Abbau der Membran 4 bewirken, reduziert und/oder vermieden werden.
Wie oben angemerkt ist, schützen die Dichtungselemente 14 und 16 auch die Ränder der Membran 4 vor einer nicht geminderten Wärmeproduktion. Dies bedeutet, wenn die Reaktandengase durch die Membran 4 an den Rändern der Membran hindurchtreten und in Kontakt mit den mit Katalysator versehenen Kohlenstoffpartikeln der Anodenelektrode 6 und der Kathodenelektrode 8 kommen, besteht eine Möglichkeit, dass sich die Reaktandengase entzünden und bewirken, dass sich kleine Verbrennungslöcher in der Membran 4 entwickeln, was die Lebensdauer der MEA 2 reduziert. Dadurch, dass die Dichtungselemente 14 und 16 um den Umfang der Membran 4 herum angeordnet sind, wird der Übertritt der Reaktandengase verhindert, was das Zünden der Reaktandengase bei Kontakt mit den mit Katalysator versehenen Kohlenstoffpartikeln vermeidet.
Bei der Auswahl geeigneter Materialien für die Verwendung als die Dichtungselemente 14 und 16, um den Übertritt der Reaktandengase über die Membran 4 der MEA 2 zu vermeiden, sei zu verstehen, dass ein erstes Material zur Verwendung als ein anodenseitiges Dichtungselement 14 gewählt werden kann, und ein zweites Material zur Verwendung als ein kathodenseitiges Dichtungselement 16 gewählt werden kann. Genauer kann es, da Wasserstoffbrennstoff auf der Anodenseite der MEA 2 verwendet wird, bevorzugt sein, ein Material für das Dichtungselement 14 zu wählen, das eine geringere Permeabilität für Wasserstoff besitzt. Umgekehrt kann es, da Sauerstoff oder Luft auf der Kathodenseite der MEA 2 verwendet wird, bevorzugt sein, ein Material für das Dichtungselement 16 zu wählen, das eine geringere Permeabilität für Sauerstoff besitzt. Auf diese Art und Weise kann der Übertritt der Reaktandengase weiter vermieden und eine längere Lebensdauer der MEA 2 erreicht werden.
Es sei auch zu verstehen, dass das Material für die Dichtungselemente 14 und 16 zusätzlich zu seiner Permeabilität für Luft und Sauerstoff gemäß seiner Weichheit bei der MEA-Verarbeitungstemperatur (bestimmt beispielsweise durch seine Glasübergangstemperatur oder seine Schmelztemperatur) gewählt werden kann. Dies bedeutet, die Dichtungselemente 14 und 16 können aus einem Material hergestellt sein, das bei der MEA-Verarbeitungstemperatur weich und biegsam ist. Diesbezüglich ist ein bevorzugtes Material für die Dichtungselemente 14 und 16 Polyvinylidenfluorid (PVDF), jedoch nicht darauf beschränkt. Andere Materialien umfassen Polyethylennaphthalat (PEN) und Polyimid.
Durch Verwendung von Dichtungselementen 14 und 16, die weicher und biegsamer, dehnbarer und nachgebender als die Membran 4 sind, werden die Dichtungselemente 14 und 16 komprimiert und verformt, wenn die Elemente der MEA 2 aneinander gepresst werden, um die Anordnung fertig zu stellen. Auf diese Weise verbinden sich die Dichtungselemente 14 und 16 mit den CCDM und der Membran 4 oder werden an die CCDM und Membran 4 laminiert. Dieses Verbinden oder Laminieren der Elemen te der MEA 2 resultiert in einem einheitlichen Aufbau, der die Robustheit der MEA 2 erhöht, da die Elemente der MEA 2 über die gesamte Fläche der MEA 2 gleichförmigen Drücken hinweg ausgesetzt sind. Ferner ruhen, da die Anode 6 und die Kathode 8 auf und an dem Rand der Diffusionsmedien 10 und 12 angeordnet sind, die Ränder der Anodenelektrode 6, der Kathodenelektrode 8 und der Diffusionsmedien 10 und 12 auf den Dichtungselementen 14 und 16. Dies sieht einen weiteren Schutz für die Membran 4 vor, da die Fasern der porösen Gasdiffusionsmedien 10 und 12 nicht in der Lage sind, mit der Membran 4 in Kontakt zu treten, was die Membran 4 vor einem Durchstechen schützt und die Lebensdauer der Anordnung verlängert.
Genauer ist es bevorzugt, dass die Anodenelektrode 6 und die Kathodenelektrode 8 über der gesamten Oberfläche des Diffusionsmediums 10 und 12 als kontinuierliche glatte Schichten angeordnet sind, die eine im Wesentlichen flache Oberfläche vorsehen, auf der die andere Elemente der MEA 2 aufliegen können. Dies ist nützlich, da, wenn Elemente, wie die Diffusionsmedien 10 und 12 und die Dichtungselemente 14 und 16, zusammen mit der MEA 2 in einer Brennstoffzelle komprimiert werden, um die elektrische Leitfähigkeit der in der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugten Elektronen zu erleichtern und zu steigern, das ionenleitende Element 4 über seine gesamte Oberfläche einem gleichförmigen Druck ausgesetzt wird. Wenn das ionenleitende Element 4 über seine gesamte Oberfläche gleichförmigen Drücken ausgesetzt wird, wird eine übermäßige Spannung an dem ionenleitenden Element 4 vermieden. Somit werden auch die Risse und Stiftlöcher, die sich entwickeln können und die Lebensdauer der MEA 2 verkürzen können und das Gesamtzellenpotential hemmen können, ebenfalls beseitigt.
Um die Elemente der MEA 2 miteinander zu verbinden oder aneinander zu laminieren, ist es bevorzugt, dass die MEA 2 bei Drücken im Bereich von 25 psig bis 1000 psig komprimiert wird, und am bevorzugtesten, dass die MEA 2 bei Drücken im Bereich von 50 psig bis 100 psig komprimiert wird. Ferner kann es bevorzugt sein, die MEA bei Kompression leicht zu erwärmen, um das Verbinden oder Laminieren der Elemente aneinander zu erleichtern. Diesbezüglich ist es bevorzugt, die MEA 2 mit einer erhitzten Presse oder erhitzten Walzen auf eine Temperatur im Bereich von 120°F bis 400°F und am bevorzugtesten auf eine Temperatur im Bereich von 260°F bis 340°F zu erhitzen. Um das Verbinden oder Laminieren der Elemente der MEA aneinander weiter zu erleichtern, kann es bevorzugt sein, ein Dichtungselement 14 und 16 zu verwenden, das aus einem druckempfindlichen Material oder einem wärmeempfindlichen Material hergestellt ist.
Es sei auch zu verstehen, dass die Dichtungselemente 14 und 16, wenn sie komprimiert und erhitzt werden, in die Poren des katalysatorbeschichteten Diffusionsmediums aufgenommen werden können. Genauer sind die Anoden- und Kathodenelektroden 6 und 8, die an den Diffusionsmedien 10 und 12 angeordnet sind, bevorzugt poröse Materialien. Wenn die Dichtungselemente 14 und 16 erhitzt und komprimiert werden, fließt das für die Dichtungselemente 14 und 16 gewählte Material und wird in die Poren der porösen Elektroden 6 und 8 aufgenommen. Somit resultiert eine physikalische Anbringung oder physikalische Anbindung. Nach einem Erhitzen und Pressen härtet dann das Material für die Dichtungselemente 14 und 16 aus, um die Dichtungselemente 14 und 16 mit den katalysatorbeschichteten Diffusionsmedien 10 und 12 zu verbinden und damit einen einheitlichen Aufbau zu bilden. Auf diese Weise sind die Ränder der Anoden- und Kathodenelektroden 6 und 8 vor dem Übertritt der Reaktandengase geschützt, und die MEA 2 ist stärker ausgebildet.
Obwohl das Verbinden oder Laminieren der Elemente der MEA 2 oben beschrieben worden und bevorzugt ist, sei zu verstehen, dass die Elemente der MEA 2 ohne Laminierung (d.h. ohne Aufbringung von Wärme und Druck) zusammengebaut werden können, so dass sie nur durch die Kompressionskräfte zusammengehalten werden, die typischerweise auf einem Brennstoffzellenstapel aufgebracht werden (d.h. 50 bis 400 psi). Dies bedeutet, durch einfaches Aneinanderpressen der Elemente der MEA 2 über die Kompressionskräfte, die auf einen Brennstoffzellenstapel aufgebracht werden, wird eine schließlich laminierte MEA 2 nach einem kurzen Betrieb der MEA 2 in einem Brennstoffzellenstapel erzeugt.
Um die mechanischen Eigenschaften vorzusehen, die nötig sind, um die MEA 2 gleichförmigen Drücken über die gesamte Anordnung hinweg auszusetzen, kann die Dicke der Dichtungselemente 14 und 16 gemäß einer Dicke der Diffusionsmedien 10 und 12 variiert werden. Dies bedeutet, wenn ein dickeres Diffusionsmedium 10 oder 12 mit einer Dicke von etwa 200 Mikrometer verwendet wird, kann es bevorzugt sein, ein dickeres Dichtungselement 14 oder 16 zu verwenden. Im Gegensatz dazu kann, wenn ein dünneres Diffusionsmedium 10 oder 12 verwendet wird (beispielsweise 100 Mikrometer), es bevorzugt sein, ein dünneres Dichtungselement 14 oder 16 zu verwenden. Diesbezüglich ist es bevorzugt, dass eine Dicke der Dichtungselemente 14 und 16 in dem Bereich von 1 – 50 Mikrometer, bevorzugter in dem Bereich von 3 – 25 Mikrometer und am bevorzugtesten im Bereich von 4 – 12 Mikrometer liegt. Allgemein ist die Dicke der Dichtungselemente 14 und 16 kleiner als 20% der Dicke der Diffusionsmedien 10 und 12, bevorzugt kleiner als 5% und liegt am bevorzugtesten zwischen 1% und 4%. Für diese Konstruktionskriterien ist die zusätzliche Kompressionskraft, die auf das Dichtungselement 14 in dem Bereich aufgebracht wird, in dem es unter dem Diffusionsmedium 10 angeordnet ist, nicht signifikant größer als die Kompressionskraft in dem Zentralbereich der MEA 2. Gleiches gilt für das Dichtungselement 16 in dem Bereich, wo es unter dem Diffusionsmedium 12 angeordnet ist. In diesem Fall, wenn signifikante zusätzliche Kompressionskräfte vermieden werden, werden mechanische Membranschäden aufgrund übermäßiger Kompressionskräfte vermieden. Dennoch kann eine beliebige Dicke für die Dichtungselemente 14 und 16 verwendet werden, wenn sie bezüglich der Dicke des Diffusionsmediums 10 oder 12 gewählt wird. Ferner sei zu verstehen, dass eine Dicke eines ersten Diffusionsmediums zusammen mit einer entsprechenden Dicke eines ersten Dichtungselements verwendet werden kann, die von einer Dicke eines zweiten Diffusionsmediums zusammen mit einer entsprechenden Dicke eines zweiten Dichtungselements verschieden ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Anodenseite der MEA 2 ein Diffusionsmedium 10 und ein Dichtungselement 14 aufweisen kann, das eine andere Dicke besitzt, als das kathodenseitige MEA-Diffusionsmedium 12 und das Dichtungselement 16.
Nun Bezug nehmend auf 2 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein einzelnes Dichtungselement 14 nur auf der Anodenseite der MEA 2 angeordnet. Eine derartige Anordnung ist nützlich, da, wenn die MEA 2 komprimiert wird, um eine elektrische Leitfähigkeit zwischen den Elementen der MEA 2 zu erleichtern, eine Möglichkeit verbleibt, dass die Elemente der MEA 2 nicht zusammen gepresst werden, um einen einheitlichen Aufbau zu bilden.
Insbesondere kann unter Bezugnahme auf 3, die eine MEA 18 nach dem Stand der Technik zeigt, gesehen werden, dass, wenn eine starre Unterdichtung 20 verwendet wird, sich ein Porenbereich 22 zwischen dem Diffusionsmedium 24 und der Elektrode 26 bilden kann. Der Porenbereich 22 resultiert in einer "Zelt"-Wirkung, die auftritt, wenn eine Unterdichtung 20 nach dem Stand der Technik verwendet wird. Dieser Porenbereich 22 tritt auf, da die Unterdichtung 20 zu starr oder zu dick ist und sich nicht anpasst, wenn das Gasdiffusionsmedium 24 an die Unterdichtung 20 gepresst wird. Daher kann innerhalb des Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung der Porenbereich 22 vermieden werden, wenn entweder die Unterdichtung 20 in die Elektrode 26 bei dem Laminierungsprozess aufgenommen wird oder wenn die Unterdichtung 20 im Vergleich zu dem Diffusionsmedium 24 ausreichend dünn ist, so dass das Diffusionsmedium sich glatt an die Unterdichtung 20 anpasst, ohne einen Porenbereich 22 zu bilden. Aufgrund dieses Porenbereiches 22 kann der ungeminderte Übertritt der Reaktandengase auftreten, da die Membran 26 in diesem Bereich nicht geschützt ist. Überdies kann sich Wasser in dem Porenbereich 22 ansammeln, das die Brennstoffzellenleistung behindern kann.
In 2 sei, obwohl das Dichtungselement 14 an der Anodenseite der MEA 2 gezeigt und als bevorzugt beschrieben ist, angemerkt, dass ein einzelnes Dichtungselement 14 genauso auf der Kathodenseite angeordnet sein kann. Eine derartige Anordnung kann abhängig von dem Typ von Reaktandengasen, die in der Brennstoffzelle verwendet werden, bevorzugt sein. Wenn beispielsweise Luft als das Oxidationsmittelgas anstelle von reinem Sauerstoff verwendet wird, kann der Übertritt von Sauerstoff über die Membran derart sein, dass kein kathodenseitiges Dichtungselement 16 erforderlich ist. Wenn alternativ dazu Reformat als der Wasserstoffbrennstoff verwendet wird, kann der Übertritt von Wasserstoffgas über die Membran derart sein, dass kein anodenseitiges Dichtungselement 14 erforderlich ist. Überdies sei angemerkt, dass, obwohl nur ein einzelnes Dichtungselement 14 auf entweder der Anodenseite oder der Kathodenseite der MEA 2 verwendet werden kann, dies dennoch die Bildung des H₂O₂ verhindert, da zumindest eines der Reaktandengase (Wasserstoff oder Sauerstoff) dennoch an einem Übertritt durch die Membran 4 gehindert wird.
Nun ist Bezug nehmend auf 4 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Dichtungselemente 14 und 16 mit verschiedenen Größen ausgebildet. Dies bedeutet, wie beispielsweise in 3 gezeigt ist, dass das Dichtungselement 16 so ausgebildet sein kann, dass es eine größere Oberfläche der Kathodenelektrode 8 bedeckt. Alternativ dazu kann das Dichtungselement 14 so ausgebildet sein, dass es eine größere Oberfläche der Anodenelektrode 6 bedeckt.
Durch Ausbilden der Dichtungselemente 14 und 16 in verschiedene Größen kann die Verteilung von Strom und die Variation des Elektrodenpotentials während des Brennstoffzellenbetriebs und in der Anwesenheit von Reaktanden (d.h. Wasserstoff und Sauerstoff) beeinflusst werden. Da sowohl die Stromverteilung als auch die Variation des Elektrodenpotentials die lokale Erzeugung von Wärme und die Abbaurate des Elektrolyten (sowohl in der Membran als auch den Elektroden) beeinflusst, besitzt die unterschiedliche Dimensionierung der Dichtungselemente bezüglich zueinander einen Einfluss auf die Haltbarkeit der MEA.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Kompressionslast über die MEA dadurch weiter zu reduzieren, dass eine Nut 30 in der Form eines Rahmens um die Umfangsränder der Diffusionsmedien 10 und 12 ausgebildet wird. Dies bedeutet unter Bezugnahme auf 5, dass ein ausgenommener Abschnitt 30, der den rahmenförmigen Dichtungselementen 14 und 16 entspricht, in den Diffusionsmedien 10 und 12 ausgebildet werden kann, um die Dichtungselemente 14 und 16 aufzunehmen. Durch Ausbilden der Nut oder des aus genommenen Abschnitts 50 in den Diffusionsmedien 10 und 12 ist es möglich, die Kompressionslast zu reduzieren, die notwendig ist, um die ausreichende elektrische Leitfähigkeit zwischen den Elementen der MEA 2 zu erleichtern.
Eine derartige Ausführungsform stellt auch sicher, dass die Porenbereiche 22 der Membranelektrodenanordnung 18 nach dem Stand der Technik, wie in 3 gezeigt ist, nicht auftreten. Dies bedeutet, die ausgenommenen Abschnitte 30 der Diffusionsmedien 10 und 12 sind bevorzugt bis zu einer Tiefe ausgebildet, die einer Dicke der Dichtungselemente 14 und 16 entspricht. Auf diese Weise passen die Diffusionsmedien 10 und 12, die Dichtungselemente 14 und 16 und das ionenleitende Element 4 an dem Zwischenflächengebiet 50 zwischen jedem dieser Elemente eng aneinander. Diese enge Passung an dem Zwischenflächengebiet 50 ermöglicht auch, dass die Dichtungselemente 14 und 16 eine robustere Dichtung vorsehen, die die Permeation oder die Migration der Reaktandengase durch die Membran 4 vermeidet oder zumindest hemmt. Wenn überdies die MEA 2 komprimiert wird, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Elementen der MEA 2 zu erleichtern, ist der Druck, der notwendig ist, um die elektrische Leitfähigkeit zu erleichtern, wie auch die MEA 2 abzudichten, reduziert.
Ferner sei es, obwohl es bei dieser Ausführungsform der Erfindung nicht erforderlich ist, zu verstehen, dass jedes der Dichtungselemente 14 und 16, die in den obigen Ausführungsformen beschrieben sind, in Verbindung mit einem Diffusionsmedium 10 oder 12 mit einer darin geformten rahmenförmigen Nut 30 verwendet werden kann. Dies bedeutet, es können Dichtungselemente 14 und 16 mit einer vorgewählten Permeabilität, die kleiner als die der Membran 4 ist, Dichtungselemente 14 und 16, die mit verschiedenen Größen und Dicken ausgebildet sind, und Dichtungs elemente 14 und 16, die weicher als die Membran 4 sind, alle in Verbindung mit einem Diffusionsmedium mit einer rahmenförmigen Nut 30 verwendet werden, die um einen Umfang des Diffusionsmediums 10 und 12 ausgebildet ist. Es sei ferner zu verstehen, dass nur ein einzelnes Dichtungselement 14 verwendet werden kann; oder dass ein einzelnes Diffusionsmedium 10 oder 12, das die rahmenförmige Nut 30 aufweist, verwendet werden kann.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen, die nicht von dem Erfindungsgedanken der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen werden nicht als Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung betrachtet.
Zusammenfassung
Eine Brennstoffzelle umfasst ein anodenseitiges katalysatorbeschichtetes Diffusionsmedium und ein kathodenseitiges katalysatorbeschichtetes Diffusionsmedium, die eine ionenleitende Membran schichtartig anordnen. Zwischen der ionenleitenden Membran und dem anodenseitigen und kathodenseitigen katalysatorbeschichteten Diffusionsmedium ist ein Dichtungsmaterial angeordnet, wobei das Dichtungsmaterial aus einem Material ausgebildet ist, das eine Permeabilität besitzt, die kleiner als eine Permeabilität des ionenleitenden Elements ist. Das Dichtungsmaterial kann auch aus einem Material ausgebildet sein, das weicher als die ionenleitende Membran ist, so dass sich das Dichtungsmaterial verformen kann und ermöglichen kann, dass eine Membranelektrodenanordnung der Brennstoffzelle über die gesamte Anordnung hinweg gleichförmigen Drücken ausgesetzt ist.

Claims

Anordnung für eine Brennstoffzelle, mit: einem ionenleitenden Element; einem elektrisch leitenden Element, das an einer Fläche des ionenleitenden Elements angeordnet ist; einem elektrochemisch aktiven Material, das schichtartig zwischen dem ionenleitenden Element und dem elektrisch leitenden Element angeordnet ist; und einem Dichtungselement, das einen Umfangsrand des elektrisch leitenden Elements überlappt; wobei das Dichtungselement eine Permeabilität besitzt, die kleiner als eine Permeabilität des ionenleitenden Elements ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement eine Permeation von Reaktandengas durch das ionenleitende Element vermeidet oder zumindest hemmt.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei das Dichtungselement eine Permeation von Reaktandengas von einer Seite des ionenleitenden Elements zu der anderen Seite an dem Umfangsrand vermeidet oder zumindest hemmt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Permeabilität eine Wasserstoffpermeabilität, eine Sauerstoffpermeabilität oder beides ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das elektrochemisch aktive Material an dem elektrisch leitenden Element angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei das Dichtungselement das elektrochemisch aktive Material überlappt.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei das elektrochemisch aktive Material sich zu dem Umfangsrand des elektrisch leitenden Elements erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei sich das Dichtungselement auf einer Seite des ionenleitenden Elements befindet.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei sich das Dichtungselement auf beiden Seiten des ionenleitenden Elements befindet.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei das Dichtungselement auf einer Seite eine Öffnung besitzt, die anders dimensioniert ist, als an dem Dichtungselement auf der anderen Seite des ionenleitenden Elements.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement aus zumindest einer Verbindung gebildet ist, die aus der Gruppe gewählt ist, die umfasst: Polyimid, Polyethylennaphthalat, Ethylentetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyester, Polyamide, Copolyamide, Polyamidelastomere, Polyurethane, Polyurethanelastomere, Silikone und thermoplastische Elastomere.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement bei der Bearbeitungstemperatur, die für den Zusammenbau des Dichtungs elements mit einem oder mehreren anderen Elementen der Anordnung verwendet wird, erweicht.
Anordnung nach Anspruch 12, wobei das Dichtungselement in dem elektrochemisch aktiven Material aufgenommen ist.
Anordnung nach Anspruch 12, wobei das Dichtungselement in Poren fließt, die zwischen dem elektrochemisch aktiven Material und dem ionenleitenden Element ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Element ein poröses Material umfasst und das Dichtungselement in einer Vielzahl von Poren in dem porösen Material aufgenommen wird.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement ein elektrisch isolierendes Material umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungsmaterial ein Material mit einer Wasserstoffpermeabilität von unterhalb 1 × 10^–9 (ml(STP)-cm_dick)/(s-cm²-cm_Hg), gemessen bei 80°C und 100% RF umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement ein Material mit einer Wasserstoffpermeabilität im Bereich von 1 × 10^–9 (ml(STP)-cm_dick)/(s-cm²-cm_Hg) bis 2 × 10^–10 (ml(STP)-cm_dick)/(s-cm²-cm_Hg), gemessen bei 80°C und 100% RF umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungsmaterial ein Material mit einer Sauerstoffpermeabilität unter 3500 cc-mil/(100 Zoll²-24h-atm), gemessen bei 77°F und 100% RF umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement ein Material mit einer Sauerstoffpermeabilität im Bereich von 3,4 cc-mil/(100 Zoll2-24h-atm) bis 200 cc-mil/(100 Zoll²-24h-atm), gemessen bei 77°F und 100% RF umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Element eine rahmenförmige Ausnehmung um einen Umfang des elektrisch leitenden Elements umfasst, um das Dichtungsmaterial aufzunehmen.
Anordnung nach Anspruch 21, wobei das Dichtungselement, das ionenleitende Element und das elektrisch leitende Element, das die rahmenförmige Ausnehmung aufweist, ein abgedichtetes Zwischenflächengebiet zwischen dem ionenleitenden Element und dem elektrisch leitenden Element definieren.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner mit einer mikroporösen Schicht, die schichtartig zwischen dem elektrisch leitenden Element und dem elektrochemisch aktiven Material angeordnet ist, wobei die mikroporöse Schicht eine Wassermanagementschicht ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der Dichtungselemente ein Bruchteil einer Dicke des elektrisch leitenden Elements ist.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei die Dicke des Dichtungselements unter 20% der Dicke des elektrisch leitenden Elements liegt.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei die Dicke des Dichtungselements in einem Bereich von etwa 1 – 5% der Dicke des elektrisch leitenden Elements liegt.
Brennstoffzelle, mit: einer ionenleitenden Membran; einem anodenseitigen katalysatorbeschichteten Diffusionsmedium und einem kathodenseitigen katalysatorbeschichteten Diffusionsmedium, die die ionenleitende Membran schichtartig anordnen; und einem Dichtungsmaterial, das zwischen der ionenleitenden Membran und dem anodenseitigen und kathodenseitigen katalysatorbeschichteten Diffusionsmedium angeordnet ist; wobei das Dichtungsmaterial aus einem Material augebildet ist, das weicher als die ionenleitende Membran ist, so dass sich das Dichtungsmaterial verformt und in eine Vielzahl von Poren, die in dem katalysatorbeschichteten Diffusionsmedium angeordnet sind, aufgenommen wird.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei das Dichtungselement das ionenleitende Element mechanisch stützt.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei das Dichtungselement ein wärmeisolierendes Material umfasst.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei das Dichtungselement eine Dicke im Bereich von 1 bis 50 Mikrometern umfasst.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei das Dichtungsmaterial dichtend mit den katalysatorbeschichteten Diffusionsmedien und der ionenleitenden Membran in Eingriff steht.
Brennstoffzelle nach Anspruch 31, wobei der Dichtungseingriff umfasst, dass die katalysatorbeschichteten Diffusionsmedien, das Dichtungsmaterial und die ionenleitende Membran jeweils gegeneinander vorgespannt sind.
Brennstoffzelle nach Anspruch 31, wobei der Dichtungseingriff eine physikalische Anbringung umfasst.
Brennstoffzelle nach Anspruch 31, wobei die katalysatorbeschichteten Diffusionsmedien und die ionenleitende Membran an das Dichtungsmaterial laminiert sind.
Verfahren zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung, umfassend, dass: ein ionenleitendes Element vorgesehen wird; eine Elektrode an einer Oberfläche des ionenleitenden Elements angeordnet wird; und ein Dichtungsmaterial zur Anordnung zwischen der Elektrode und dem ionenleitenden Element auf Grundlage einer Permeabilität des Dichtungsmaterials im Vergleich zu einer Permeabilität des ionenleitenden Elements gewählt wird; wobei die Permeabilität des Dichtungsmaterials kleiner als die Permeabilität des ionenleitenden Elements ist.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Permeabilität des Dichtungsmaterials eine Wasserstoffpermeabilität ist und die Wasser stoffpermeabilität des Dichtungsmaterials kleiner als die Wasserstoffpermeabilität des ionenleitenden Elements ist.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Permeabilität des Dichtungsmaterials eine Sauerstoffpermeabilität ist und die Sauerstoffpermeabilität des Dichtungsmaterials kleiner als eine Sauerstoffpermeabilität des ionenleitenden Elements ist.
Verfahren nach Anspruch 35, ferner mit einem Schritt, dass ein elektrisch leitendes Element vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei die Elektrode an einer Fläche des elektrisch leitenden Elements angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 38, ferner mit einem Schritt, dass eine Dicke für das Dichtungsmaterial in Beziehung zu einer Dicke des elektrisch leitenden Elements gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei das elektrisch leitende Element eine mikroporöse Schicht umfasst, wobei die mikroporöse Schicht eine Wassermanagementschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei das elektrisch leitende Element eine Nut umfasst, die um einen Umfang des elektrisch leitenden Elements ausgebildet wird, wobei die Nut der Aufnahme des Dichtungsmaterials dient.
Verfahren nach Anspruch 35, ferner mit einem Schritt, dass das Dichtungsmaterial auf Grundlage einer Weichheit des Dichtungsmaterials bei einem vorgewählten Verarbeitungszustand gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, ferner mit einem Schritt, dass das Dichtungsmaterial und die Elektrode durch Komprimieren des Dichtungsmaterials und der Elektrode verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 35, ferner mit einem Schritt, dass das Dichtungsmaterial und die Elektrode durch Komprimieren und Erwärmen des Dichtungsmaterials und der Elektrode verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Dichtungsmaterial und die Elektrode bei einem Druck im Bereich von 25 psig bis 1000 psig komprimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Dichtungsmaterial und die Elektrode bei einem Druck im Bereich von 50 psig bis 200 psig komprimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 45, wobei das Dichtungsmaterial und die Elektrode auf eine Temperatur im Bereich von 120°F bis 400°F erhitzt werden.
Verfahren nach Anspruch 45, wobei das Dichtungsmaterial und die Elektrode auf eine Temperatur im Bereich von 260°F bis 340°F erhitzt werden.