DE112005000861B4

DE112005000861B4 - Brennstoffzelle deren Verwendung und Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112005000861B4
Application number: DE112005000861T
Authority: DE
Inventors: Matthew M. Fay; Bhaskar Sompalli
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: CN101116204A; US20050233202A1; CN101116204B; DE112005000861T5; JP2007534130A; WO2005106996A3; WO2005106996A2

Abstract

Brennstoffzelle (40) mit:
einer Anodenseite (14), die eine poröse Anodendiffusionsmediumschicht (24) und eine Anodenkatalysatorschicht (26) aufweist;
einer Kathodenseite (12), die eine poröse Kathodendiffusionsmediumschicht (20) und eine Kathodenkatalysatorschicht (22) aufweist;
und
einer Membran (16), die zwischen und in Kontakt mit der Anodenkatalysatorschicht (26) und der Kathodenkatalysatorschicht (22) positioniert ist,
wobei die Katalysatorschichten (22, 26) Außenränder (32, 34) aufweisen, die weiter innen liegen als die Enden der Diffusionsmediumschichten (20, 24),
wobei die Poren von seitlichen Randbereichen einer oder beider poröser Diffusionsmediumschichten (20, 24) mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt sind, das sich von den Enden der Diffusionsmediumschichten (20, 24) bis über die Außenränder (32, 34) der Katalysatorschichten (22, 26) hinweg erstreckt, um zu verhindern oder einzuschränken, dass Gase, die durch die Diffusionsmediumschichten (20, 24) strömen, zu der Membran (16) strömen, ohne zuerst durch die Katalysatorschichten (22, 26) zu strömen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, die Diffusionsmediumschichten aufweist, die selektiv positioniertes strömungshemmendes Material besitzen, das verhindert, dass sich Wasserstoffgas und Sauerstoffgas an Außenrändern der Katalysatorschichten kombinieren und reagieren, was ansonsten einen Membranschaden zur Folge haben könnte.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Die Kraftfahrzeugindustrie wendet erhebliche Ressourcen bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen als eine Energiequelle für Fahrzeuge auf. Derartige Fahrzeuge wären effizienter und würden weniger Emissionen als heutige Fahrzeuge, die Verbrennungsmotoren verwenden, erzeugen.
Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen umfasst. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird an der Anode unter Zuhilfe nahme eines Katalysators aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen an der Kathode unter Zuhilfenahme eines Katalysators, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an der Kathode ankommen. Die Arbeit dient dazu, das Fahrzeug zu betreiben.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen populäre Brennstoffzellen für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie eine perfluorierte Säuremembran. Die Anode und Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt sind. Die Kombination der Anode, Kathode und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb. Diese Bedingungen umfassen ein richtiges Wassermanagement wie auch eine richtige Befeuchtung sowie Steuerung katalysatorschädigender Bestandteile, wie Kohlenmonoxid (CO).
Typischerweise werden viele Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert gestapelte Brennstoffzellen besitzen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas, wie Luft, auf, die typischerweise über einen Kompressor durch den Stapel getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff in der Luft von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenpro dukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
1 ist eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle 10 des oben beschriebenen Typs. Die Brennstoffzelle 10 umfasst eine Kathodenseite 12 und eine Anodenseite 14, die durch eine Elektrolytmembran 16 getrennt sind. Eine Kathodendiffusionsmediumschicht 20 ist an der Kathodenseite 12 vorgesehen, und eine Kathodenkatalysatorschicht 22 ist zwischen der Membran 16 und der Diffusionsmediumschicht 20 vorgesehen. Ähnlicherweise ist eine Anodendiffusionsmediumschicht 24 an der Anodenseite 14 vorgesehen, und eine Anodenkatalysatorschicht 26 ist zwischen der Diffusionsmediumschicht 24 und der Membran 16 vorgesehen. Die Katalysatorschichten 22 und 26 und die Membran 16 definieren eine MEA. Die Diffusionsmediumschichten 20 und 24 sind poröse Schichten, die für einen Eingangsgastransport zu und Wassertransport von der MEA sorgen. Im Stand der Technik sind verschiedene Techniken bekannt, um die Katalysatorschichten 22 und 26 an den Diffusionsmediumschichten 22 bzw. 24 oder an der richtigen Seite der Membran 16 abzuscheiden.
Eine bipolare Platte 18, die Strömungsfelder aufweist, sieht eine Luftströmung 36 für die Kathodenseite 12 vor, und eine entgegengesetzte bipolare Platte 30, die Strömungsfelder aufweist, sieht eine Wasserstoffgasströmung 28 für die Anodenseite 14 vor. Die bipolaren Platten 18 und 30 trennen die Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel, wie es in der Technik gut bekannt ist. Wie beschrieben ist, reagiert die Wasserstoffgasströmung 28 mit dem Katalysator in der Katalysatorschicht 26, um die Wasserstoffionen und die Elektronen aufzuspalten. Die Wasserstoffionen können sich durch die Membran 16 hindurch ausbreiten, wo sie elektrochemisch mit der Luftströmung 36 und den zurückkehrenden Elektronen der Katalysatorschicht 22 reagieren, um Wasser zu erzeugen.
Brennstoffzellen müssen eine bestimmte Haltbarkeit besitzen, um in einer Kraftfahrzeuganwendung oder anderweitigen Anwendung bestehen zu können. Es ist beobachtet worden, dass die Membran 16 manchmal benachbart eines Außenrandes 32 und 34 der Katalysatorschichten 22 bzw. 26 vorzeitig Schaden nimmt, wodurch die Haltbarkeit und Langlebigkeit der Brennstoffzelle verringert wird. Es ist bekannt, dass die Membran 16 keinen unendlichen Widerstand gegenüber einer Gaspermeation besitzt. Es wird angenommen, dass eine oder beide der Wasserstoffgasströmung 28 und/oder der Luftströmung 36 die Membran 16 außerhalb der Katalysatorschichtränder 32 und 34 durchqueren und mit der anderen Wasserstoffgasströmung 28 oder Luftströmung 36 an den Katalysatorschichträndern 32 und 34 reagieren. Die Außenränder 32 und 34 der Katalysatorschichten 22 und 26 sind der erste Ort, an dem die Mischung der Gase auf den Katalysator trifft.
Diese Gesamtreaktion ist dieselbe Reaktion wie die Summe der Halbreaktionen, die an den Katalysatorschichten 22 und 26 auftreten; jedoch dient nichts von der Energie dieser Reaktion aus dem Gasübergang dazu, Elektronen durch eine externe Schaltung zu bewegen. Diese Überschussenergie manifestiert sich selbst in der Form von Wärmeproduktion. Mit anderen Worten wird, da es die Luft und Wasserstoffgase sind, die spontan an den Außenrändern 32 und 34 der Katalysatorschichten 22 und 26 anstelle der Sauerstoff- und Wasserstoffionen reagieren, nichts von der durch die Reaktion erzeugten Energie von der externen Schaltung abgegriffen. Die gesamte Energie, die durch die Gasreaktion erzeugt wird, wird in Wärme umgewandelt, was einen vorzeitigen Schaden der Membran 16 benachbart den Katalysatorschichträndern 32 und 34 bewirkt. Wenn die Luftströmung 36 die Membran 16 durchquert, wird H₂O₂ gebildet, das die Membran 16 ebenfalls chemisch schädigen kann.
Gasdiffusionsschichten, die auf einem porösen thermoplastischen Binder mit darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikeln beruhen, sind in der DE 197 21 952 A1 und der DE 101 15 800 A1 offenbart.
Die US 6,531,240 B1 offenbart eine Gasdiffusionsschicht auf Basis einer porösen Struktur. Die Poren der porösen Struktur sind mit einem Füllmaterial durchsetzt, welches sich aus einer polymeren Grundkomponente und einer hydrophilen Modifizierungskomponente zusammensetzt.
In der WO 03/063280 A2 ist eine Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle offenbart, die eine zentrale Polymermembran sowie zwei an der Oberfläche der Polymermembran angeordnete Katalysatorschichten umfasst. An die Katalysatorschichten schließt sich jeweils eine Gasdiffusionsschicht an. Die Polymermembran und die Gasdiffusionsschichten sind an der Schmalseite durch eine Dichtstruktur aus thermoplastischem Polymer umrahmt, wobei die Gasdiffusionsschichten im Bereich der Schnittkanten mit dem thermoplastischen Polymer getränkt sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben diskutierten Schädigungen der Elektrolytmembran bei dem Betrieb einer Brennstoffzelle zu verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffzelle offenbart, die ein strömungshemmendes Material umfasst, um zu verhindern, dass Wasserstoff und Luft mit der bloßen Membran in Kontakt kommen können. Dies verhindert seinerseits die Reaktion von Luft- und Wasserstoffgasen an Außenrändern der Katalysatorschichten. Die Poren von seitlichen Randbereicheneiner oder beider poröser Diffusionsmedium schichten sind mit einem strömungshemmenden Material gefüllt. Das strömungshemmende Material erstreckt sich von den Enden der Diffusionsmediumschichtenbis über die Außenränder der Katalysatorschichten hinweg. Bei einer Ausführungsform ist das strömungshemmende Material ein thermoplastisches Polymer, wie PVDF, das in die Diffusionsmediumschichten in einem geschmolzenen Format fließt, wo es aushärtet.
Zusätzliche Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer bekannten Brennstoffzelle;
2 ist eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle, die strömungshemmendes Material in Diffusionsmediumschichten verwendet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 ist ein Diagramm mit der Laufzeit an der horizontalen Achse und der Zellenspannung an der vertikalen Achse, das die Beziehung zwischen der Zellenspannung und der Laufzeit für eine bekannte Brennstoffzelle und eine Brennstoffzelle, die ein strömungshemmendes Material der Erfindung verwendet, zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf eine Brennstoffzelle gerichtet ist, die Wasserstoff- und Luftblockiermittel verwendet, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
2 ist eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle 40 ähnlich der Brennstoffzelle 10, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Diffusionsmediumschichten 20 und 24 ein strömungshemmendes Material 42, das sich von den Enden der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 zu einem Ort erstreckt, der sich eine gewisse geeignete Distanz innerhalb der Ränder 32 und 34 der Katalysatorschichten 22 bzw. 26 befindet. Das Blockiermittel 42 kann ein beliebiges geeignetes, in den Diffusionsmediumschichten 20 und 24 ausgebildetes Material sein, das dazu dient, eine Ausbreitung von einer oder beiden der Luftströmung 36 und der Wasserstoffgasströmung 28 durch die Membran 16 außerhalb der Katalysatorschichten 22 und 6 zu blockieren oder zu beschränken. Mit anderen Worten treibt das strömungshemmende Material 42 die Luftströmung 36 und die Wasserstoffgasströmung 28 dazu, in die Katalysatorschichten 22 bzw. 26 vor der Membran 16 einzutreten. Daher verhindert das strömungshemmende Material 42, dass die Luftströmung 36 und die Wasserstoffgasströmung 28 an die Membran 16 gelangen, ohne zuerst durch die Katalysatorschichten 22 und 26 zu gelangen.
Da Gas, das die Katalysatorschichten 22 und 26 erreicht, reagiert, erreicht kein Gas die Membran 16, und kein Gas gelangt durch die Membran 16. Dies verhindert eine ungesteuerte Reaktion von Wasserstoff- und Sauerstoffgas an den Außenrändern 32 und 34, was seinerseits verhindert, dass die Membran 16 benachbart der Außenränder 32 und 34 der Katalysatorschichten 22 und 26 Schaden erleidet.
Bei dieser Ausführungsform ist das strömungshemmende Material 42 über die gesamte Dicke der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 vorgesehen. Dies stellt ein nicht beschränkendes Beispiel dar, da das strömungshemmende Material 42 selektiv in den Diffusionsmediumschichten 20 und 24 ausgebildet werden kann, so dass es nur in einem Anteil der Dicke der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 und bevorzugt am nächsten zu der Membran 16 vorgesehen ist.
Auch ist bei dieser Ausführungsform das strömungshemmende Material 42 in beiden Diffusionsmediumschichten 20 und 24 vorgesehen. Es ist nicht wirklich klar, ob ein vorzeitiger Ausfall durch eine oder beide der Luftströmung 36 oder der Wasserstoffgasströmung 28, die sich durch die Membran 16 ausbreitet, bewirkt wird. Daher braucht das strömungshemmende Material 42 nur in einer der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 notwendig sein, wie der Anodendiffusionsmediumschicht 24.
Das strömungshemmende Material 42 muss nicht unbedingt gegenüber einer Diffusion der Strömungen 36 und 28 beständig sein. Selbst wenn die Gasdiffusion des Blockiermittels 42 nicht vernachlässigbar ist, sollte die Dicke der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 ausreichend sein, um die Strömungen 36 und 28 in Richtung des Gebiets der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 benachbart zu den Katalysatorschichten 22 bzw. 26 zu treiben. Dies ist so, da das strömungshemmende Material 42 nur die Poren der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 füllen muss, um die Gasdiffusionslänge der Strömungen 36 und 28 zu erhöhen.
Das strömungshemmende Material 42 kann ein beliebiges strömungshemmende Material sein, das für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist. Beispielsweise kann das strömungshemmende Material 42 ein thermoplastisches Polymer sein, wie Polyaryletherketon oder Polyethylen. Bei einer Ausführungsform ist das strömungshemmende Material 42 Polyvinylidenfluorid (PVDF). PVDF ist ein gutes strömungshemmendes Material, da seine Schmelztemperatur etwa 170°C beträgt, die oberhalb der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 40 liegt, wobei sie dennoch nicht so heiß ist, als dass es schwierig wäre, durch Standardprozesse geschmolzen und in die Diffusionsmediumschichten 20 und 24 getrieben zu werden. PVDF ist auch chemisch stabil in sauren Umgebungen, wie in Brennstoffzellen.
Die folgende Beschreibung sieht eine Technik zum Einführen des PVDF in die Diffusionsmediumschichten 20 und 24 vor. Bei einer Ausführungsform wurde ein Standard-Toray-060-Diffusionsmedium (7% PTFE hinzugesetzt) mit Abmessungen von 73 mm² verwendet. Zwei Teile von 0,003 Zoll (76,2 μm) dicken Kynar^® PVDF wurden in Rahmen mit Außenabmessungen von 74 mm² und Innenabmessungen von 66 mm mal 67 mm geschnitten. Die Rahmen wurden auf beiden Seiten der Diffusionsmediumschichten 20 und 24 zentriert, so dass auf allen Seiten eine gleiche Überlappung der PVDF-Rahmen vorhanden war. Der PVDF-DM-PVDF-Schichtkörper wurde zwischen zwei Stücken aus Polyimidfilm der Marke Kapton^® und zwei Stücken PTFE der Marke Gylon^® angeordnet. Der gesamte Schichtaufbau wurde zwischen zwei Aluminiumplatten angeordnet und bei 0,1 Tonnen für zehn Minuten bei 350°F und dann bei 0,5 Tonnen für zehn Minuten bei 350°F heißgepresst. Nach dem Heißpressen wurde das Material entfernt und untersucht. Das PVDF war über die Diffusionsmediumschicht vollständig imprägniert oder konsistent.
Die abgewandelten Diffusionsmediumschichten 20 und 24 mit dem Blockiermittel 42 wurden dann in einer 50 cm² Brennstoffzelle angeordnet, um deren Effektivität zu testen. 3 ist ein Diagramm mit der Laufzeit an der horizontalen Achse und der Brennstoffzellenspannung an der vertikalen Achse, das die Testergebnisse zeigt. Die Brennstoffzelle, die die abgewandelten Diffusionsmediumschichten 20 und 24 enthält, die Blockiermittel 42 aufweisen, ist durch die Diagrammlinien 50 und 52 dargestellt. Eine Basis-Brennstoffzelle, die denselben Typ von MEA und nicht abgewandelte Standarddiffusionsmediumschichten enthält, ist durch die Diagrammlinien 54 und 56 dargestellt. Die Diagrammlinien 50 und 54 zeigen Daten, die ohne von der Brennstoffzelle gezogenem Strom genommen wurden, und die Diagrammlinien 52 und 56 zeigen Daten, die mit einem von der Brennstoffzelle gezogenen, normalisierten Strom von 0,8 A/cm² genommen wurden. Beide Brennstoffzellen wurden bei 95°C und einem Druck von 200 kPa mit einer relativen Feuchte von 75% an dem Anodeneinlass und 50% an dem Kathodeneinlass betrieben. Die Diagrammlinien 54 und 56 zeigen, dass die Spannung in der Basis-Brennstoffzelle nach etwa 100 Stunden schnell abfiel und ein Schaden auftrat. Als die Brennstoffzelle demontiert wurde, wurde ein erheblicher Randschaden beobachtet.

Die Brennstoffzelle, die die mit PVDF imprägnierte Diffusionsmediumschicht verwendete, wurde bis etwa 175 Stunden mit einem wesentlich weniger dramatischen Zellenspannungsverlust zu Ende betrieben. Zusätzlich wurden ex-situ Kurzschlussströme und Gasübergangsströme gemessen, die in Tabelle 1 unten dargestellt sind. Der Übergangsstrom hat sich während der Laufzeit der Brennstoffzelle nicht signifikant erhöht. Wenn die MEA ernsthaft beschädigt wäre, würde eine Erhöhung des Übergangsstromes erwartet werden. Als die Brennstoffzelle demontiert wurde, zeigte sich kein Hinweis auf einen Katalysatorschichtrandschaden. Der Großteil der Schäden trat in dem aktiven Gebiet der MEA auf. TABELLE 1

Laufzeit (Std.)	Kurzschlussstrom (A)	Übergangsstrom (A)	Übergangsstrom mit ΔP (Anode-Kathode) von 3 psi (A)
0	0,011	0,018	0,024
70	0,026	0,036	0,044
112	0,022	0,031	0,046
173	0,028	0,030	0,062

Die vorhergehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fachleute erkennen aus einer derartigen Beschreibung und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von der Grundidee und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, durchgeführt werden können.

Claims

Brennstoffzelle (40) mit: einer Anodenseite (14), die eine poröse Anodendiffusionsmediumschicht (24) und eine Anodenkatalysatorschicht (26) aufweist; einer Kathodenseite (12), die eine poröse Kathodendiffusionsmediumschicht (20) und eine Kathodenkatalysatorschicht (22) aufweist; und einer Membran (16), die zwischen und in Kontakt mit der Anodenkatalysatorschicht (26) und der Kathodenkatalysatorschicht (22) positioniert ist, wobei die Katalysatorschichten (22, 26) Außenränder (32, 34) aufweisen, die weiter innen liegen als die Enden der Diffusionsmediumschichten (20, 24), wobei die Poren von seitlichen Randbereichen einer oder beider poröser Diffusionsmediumschichten (20, 24) mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt sind, das sich von den Enden der Diffusionsmediumschichten (20, 24) bis über die Außenränder (32, 34) der Katalysatorschichten (22, 26) hinweg erstreckt, um zu verhindern oder einzuschränken, dass Gase, die durch die Diffusionsmediumschichten (20, 24) strömen, zu der Membran (16) strömen, ohne zuerst durch die Katalysatorschichten (22, 26) zu strömen.
Brennstoffzelle (40) nach Anspruch 1, wobei das strömungshemmende Material (42) über die gesamte Dicke von einer oder beiden Diffusionsmediumschichten (20, 24) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle (40) nach Anspruch 1, wobei das strömungshemmende Material (42) nur in einem Anteil der Dicke von einer oder beiden Diffusionsmediumschichten (20, 24) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle (40) nach Anspruch 1, wobei das strömungshemmende Material (42) ein thermoplastisches Polymer ist.
Brennstoffzelle (40) nach Anspruch 4, wobei das strömungshemmende Material (42) aus der Gruppe gewählt ist, die aus Polyvinylidenfluorid, Polyaryl und Polyethylen besteht.
Verwendung einer Brennstoffzelle (40) nach Anspruch 1 als Teil eines Brennstoffzellenstapels.
Verwendung einer Brennstoffzelle (40) nach Anspruch 6 als Teil eines Brennstoffzellenstapels, der sich an einem Fahrzeug befindet.
Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle (40), wobei das Verfahren umfasst, dass: eine poröse Anodendiffusionsmediumschicht (24) vorgesehen wird; eine Anodenkatalysatorschicht (26) vorgesehen wird; eine poröse Kathodendiffusionsmediumschicht (20) vorgesehen wird; eine Kathodenkatalysatorschicht (22) vorgesehen wird, wobei die Katalysatorschichten (22, 26) Außenränder (32, 34) aufweisen, die weiter innen liegen als die Enden der Diffusionsmediumschichten (20, 22); eine Membran (16) zwischen und in Kontakt mit der Anodenkatalysatorschicht (26) und der Kathodenkatalysatorschicht (22) vorgesehen wird; und die Poren von seitlichen Randbereichen einer oder beider poröser Diffusionsmediumschichten (20, 24) derart mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt werden, dass sich das strömungshemmende Material (42) von den Enden der Diffusionsmediumschichten (20, 24) bis über die Außenränder (32, 34) der Katalysatorschichten (22, 26) hinweg erstreckt, um zu verhindern oder einzuschränken, dass Gase, die durch die Diffusionsmediumschichten (20, 24) strömen, zu der Membran (16) strömen, ohne zuerst zu den Katalysatorschichten (22, 26) zu strömen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Füllen der Poren von seitlichen Randbereichen einer oder beider poröser Diffusionsmediumschichten (20, 24) mit einem strömungshemmenden Material (42) umfasst, dass die Poren der Anodendiffusionsmediumschicht (24) über die gesamte Dicke der Anodendiffusionsmediumschicht (24) mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt werden und/oder die Poren der Kathodendiffusionsmediumschicht (20) über die gesamte Dicke der Kathodendiffusionsmediumschicht (20) mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Füllen der Poren von seitlichen Randbereichen einer oder beider poröser Diffusionsmediumschichten (20, 24) mit einem strömungshemmenden Material (42) umfasst, dass die Poren der Anodendiffusionsmediumschicht (24) nur in einem Anteil der Dicke der Anodendiffusionsmediumschicht (24) mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt werden und/oder die Poren der Kathodendiffusionsmediumschicht (20) nur in einem Anteil der Dicke der Kathodendiffusionsmediumschicht (20) mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Füllen der Poren von seitlichen Randbereichen einer oder beider poröser Diffusionsmediumschichten (20, 24) mit einem strömungshemmenden Material (42) umfasst, dass das strömungshemmende Material (42) geschmolzen wird, das strömungshemmende Material (42) in die Anoden- und/oder Kathodendiffusionsmediumschichten (20, 24) fließt und das strömungshemmende Material (42) in den Anoden- und/oder Kathodendiffusionsmediumschichten (20, 24) gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Füllen der Poren von seitlichen Randbereichen einer oder beider poröser Diffusionsmediumschichten (20, 24) mit einem strömungshemmenden Material (42) umfasst, dass die Poren mit einem thermoplastischen Polymer gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Füllen der Poren von seitlichen Randbereichen mit einem strömungshemmenden Material (42) umfasst, dass die Poren mit einem strömungshemmenden Material (42) gefüllt werden, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Polyvinylidenfluorid, Polyaryl und Polyethylen besteht.