DE112008001415T5

DE112008001415T5 - Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112008001415T5
Application number: DE112008001415T
Authority: DE
Inventors: Hideyo Toyota-shi Oomori; Masanori Toyota-shi Yoshida; Tatsuo Toyota-shi Kawabata; Osamu Toyota-shi Hamanoi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2010-04-15
Also published as: JP2008293886A; CN101682047A; US20100173226A1; WO2008146134A1

Abstract

Brennstoffzelle gekennzeichnet durch:
eine Elektrolytmembran;
ein Halteelement, das zum Halten der Elektrolytmembran verwendet wird; und
ein elastisches Element, das zwischen der Elektrolytmembran und dem Halteelement angeordnet ist, so dass das Halteelement die Elektrolytmembran hält.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Brennstoffzelle, die eine Elektrolytmembran aufweist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Technologie zum Minimieren der Möglichkeit einer Kreuzleckage, die aufgrund einer Beschädigung der Elektrolytmembran verursacht werden kann.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle (PEFC) wird beispielsweise durch Stapeln einer vorbestimmten Anzahl von Zellen ausgebildet. Jede Zelle wird durch Klemmen eines Strukturkörpers zwischen Separatoren ausgebildet. Bei dem Strukturkörper ist eine Brennstoffelektrode (Anode), die eine Katalysatorschicht und eine Diffusionsschicht hat, an einer Seite einer Elektrolytmembran vorgesehen und ist eine Luftelektrode (Kathode), die ebenso eine Katalysatorschicht und eine Diffusionsschicht hat, an der anderen Seite der Elektrolytmembran vorgesehen.
Wenn eine Brennstoffelektrode an einer Seite einer Elektrolytmembran vorgesehen wird und eine Luftelektrode an der anderen Seite der Elektrolytmembran vorgesehen wird, kann die Elektrolytmembran durch einen Kunststoffrahmen gehalten werden. Wie beispielsweise in 7 gezeigt, ist eine Vertiefung 51 um den gesamten Umfang einer Innenfläche eines Kunststoffrahmens 50 ausgebildet. Dann wird ein äußerer Rand 2a einer Elektrolytmembran 2 in die Vertiefung 51 eingesetzt. Seitenwände der Vertiefung 51 und der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 werden durch einen Klebstoff miteinander verbunden. Auf diesem Weg wird die Elektrolytmembran 2 durch den Kunststoffrahmen 50 gehalten.
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 10-199551 ( JP-A-10-199551 ) beschreibt eine Technologie, die sich auf eine Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle bezieht. Gemäß JP-A-10-199551 werden verbundene Körper durch Presspassen einer Anode und einer Kathode in einem ersten Rahmen und einem zweiten Rahmen ausgebildet, die jeweils rahmenförmige Kunststoffplatten sind. Dann wird ein Klebstoff auf die Verbindungsflächen der Rahmen der verbundenen Körper aufgebracht. Eine Elektrolytmembran wird zwischen diesen verbundenen Körpern geklemmt. Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-285677 ( JP-A-2005-285677 ) und die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 08-185881 ( JP-A-08-185881 ) beschreiben jeweils eine Technologie, die sich auf eine Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle bezieht.
Jedoch ergibt sich bei dem Verfahren zum Halten einer Elektrolytmembran, wie in 7 gezeigt ist, das folgende Problem. Eine Elektrolytmembran wird aus einer fluorierten Elektrolytmembran, beispielsweise einem Perfluorsulfonatpolymer ausgebildet. Es ist bekannt, dass eine solche fluorierte Elektrolytmembran sich in ihrer Ebenenrichtung gemäß der Menge Wasser ausdehnt und zusammenzieht, das erzeugt wird, wenn eine Brennstoffzelle elektrische Leistung erzeugt, und das in der fluorierten Elektrolytmembran enthalten ist. Wenn die Elektrolytmembran 2, wie in 7 gezeigt ist, an dem Kunststoffrahmen 50 mit einem Klebstoff fixiert wird, wird eine Spannung in der Nähe eines Verklebungsorts (von dem Verklebungsort ausgehend) verursacht, wenn die Elektrolytmembran 2 sich ausdehnt oder zusammenzieht. Diese Spannung verursacht einen Riss (durch eine gestrichelte Linie X in 7 angegeben) in der Nähe des Verklebungsorts der Elektrolytmembran 2. Demgemäß besteht die Möglichkeit, dass eine Kreuzleckage auftreten kann. Eine Kreuzleckage ist ein Phänomen, bei dem der Brennstoff (Wasserstoff), der zu einer Brennstoffelektrode zugeführt wird, durch die Elektrolytmembran 2 tritt und eine Luftelektrode erreicht, und/oder die Luft (Sauerstoff), die zu der Luftelektrode zugeführt wird, durch die Elektrolytmembran 2 tritt und die Brennstoffelektrode erreicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Brennstoffzelle zur Verfügung, bei der eine Spannung, die in einer Elektrolytmembran verursacht wird, verringert oder aufgenommen wird.
Eine Brennstoffzelle gemäß der Erfindung ist aufgebaut, wie nachstehend beschrieben wird, so dass die Spannung, die in einer Elektrolytmembran verursacht wird, verringert oder aufgenommen wird.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle, die folgendes aufweist: eine Elektrolytmembran; ein Halteelement, das zum Halten der Elektrolytmembran verwendet wird; und ein elastisches Element, das zwischen der Elektrolytmembran und dem Halteelement angeordnet ist, so dass das Halteelement die Elektrolytmembran hält.
In dem Gesichtspunkt der Erfindung, der vorstehend beschrieben ist, kann das elastische Element mit der Elektrolytmembran verbunden werden oder kann die Elektrolytmembran zwischen Abschnitten des elastischen Elements geklemmt werden.
Gemäß dem Gesichtspunkt der Erfindung, der vorstehend beschrieben ist, wird dann, wenn die Elektrolytmembran sich ausdehnt oder zusammenzieht, eine Spannung, die in der Elektrolytmembran verursacht wird, aufgrund der Elastizität des elastischen Elements verringert oder aufgenommen.
In dem Gesichtspunkt der Erfindung, der vorstehend beschrieben ist, kann die Elektrolytmembran einen Zentralabschnitt und einen Randabschnitt aufweisen, der um den Zentralabschnitt ausgebildet ist und der das elastische Element berührt, wenn die Elektrolytmembran durch das Halteelement gehalten wird, und kann ein Molekulargewicht des Randabschnitts größer als ein Molekulargewicht des Zentralabschnitts sein.
Mit diesem Aufbau kann die Möglichkeit verringert werden, dass die Elektrolytmembran beschädigt werden wird, da die Festigkeit des Randabschnitts, auf den eine relativ hohe Spannung aufgebracht wird, erhöht wird.
In dem Gesichtspunkt der Erfindung, der vorstehend beschrieben ist, kann die Elektrolytmembran aus mehreren Elektrolytmembranstücken ausgebildet werden, die miteinander über das elastische Element verbunden sind.
Mit diesem Aufbau wird die Spannung, die aufgrund der Ausdehnung oder der Kontraktion jedes Elektrolytmembranstücks verursacht wird, in das elastische Element verteilt werden. Somit wird die Spannung verringert oder aufgenommen.
In dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung kann das elastische Element erste Kontaktabschnitte, die die Elektrolytmembran berühren, so dass die Elektrolytmembran zwischen den ersten Kontaktabschnitten des elastischen Elements geklemmt wird, und zweite Kontaktabschnitte haben, die das Halteelement berühren, wenn die ersten Kontaktabschnitte die Elektrolytmembran berühren, so dass die Elektrolytmembran zwischen den ersten Kontaktabschnitten geklemmt gehalten wird. Zusätzlich können die ersten Kontaktabschnitte so ausgebildet werden, dass sie sich gemäß der Kontraktion und/oder der Expansion der Elektrolytmembran verformen, die zwischen den ersten Kontaktabschnitten geklemmt ist, wohingegen die zweiten Kontaktabschnitte so ausgebildet werden können, dass sie sich auch dann nicht verformen, wenn die Elektrolytmembran sich zusammenzieht oder ausdehnt.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, die Spannung zu verringern oder aufzunehmen, die in der Elektrolytmembran verursacht wird, da die ersten Kontaktabschnitte sich mit einem gewissen Ausmaß gemäß der Kontraktion oder Expansion der Elektrolytmembran bewegen (verformen).
In dieser Konfiguration kann ein Reibungskoeffizient des ersten Kontaktabschnitts kleiner als ein Reibungskoeffizient des zweiten Kontaktabschnitts sein, wenn die Elektrolytmembran zwischen den ersten Kontaktabschnitten geklemmt ist. Anders gesagt kann die Reibung zwischen dem ersten Kontaktabschnitt und der Elektrolytmembran kleiner als die Reibung zwischen dem zweiten Kontaktabschnitt und dem Halteelement sein.
Alternativ kann der erste Kontaktabschnitt so ausgebildet werden, dass die Spannung, die aufgrund der Kontraktion der Elektrolytmembran verursacht wird und die in der Ebenenrichtung der Elektrolytmembran gerichtet ist, teilweise in der Richtung gerichtet wird, die senkrecht zu der Ebenenrichtung ist.
Gemäß dem Gesichtspunkt der Erfindung ist es möglich, die Brennstoffzelle zur Verfügung zu stellen, bei der die Spannung, die in der Elektrolytmembran verursacht wird, verringert oder aufgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehend genannten sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen dieselben oder entsprechende Anschnitte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Brennstoffzelle gemäß der Erfindung zeigt;
2A ist eine linksseitige Ansicht, die Bauteile der Brennstoffzelle, die in 1 gezeigt ist, außer den Separatoren und Elektroden gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2B ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2A;
3A ist eine Ansicht, die ein abgewandeltes Beispiel 1 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
3B ist eine Ansicht, die ein abgewandeltes Beispiel 2 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
3C ist eine Ansicht, die ein abgewandeltes Beispiel 3 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
3D ist eine Ansicht, die ein abgewandeltes Beispiel 4 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
4 ist eine Ansicht, die Bauteile einer Brennstoffzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5A ist eine Ansicht, die Bauteile einer Brennstoffzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5B ist eine Teilquerschnittsansicht, die die Bauteile in 5A zeigt, die entlang der Linie B-B in 5A dargestellt ist;
5C ist eine Ansicht, die ein abgewandeltes Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
6A ist eine Ansicht, die Bauteile einer Brennstoffzelle gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
6B ist eine Teilquerschnittsansicht, die die Bauteile in 6A zeigt, die entlang der Linie C-C in 6A dargestellt ist; und
7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Halten einer Elektrolytmembran darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch verständlich, dass die Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
1 ist eine Ansicht, die eine von Zellen schematisch zeigt, die eine Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle (PEFC) als Beispiel einer Brennstoffzelle bilden, die eine Elektrolytmembran hat. Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Zelle 1 einer Brennstoffzelle eine Polymerelektrolytmembran 2 (im Folgenden als ”Elektrolytmembran 2”), eine Brennstoffelektrode (Anode), eine Luftelektrode (Oxidationsmittelelektrode; Kathode) 4, einen brennstoffelektrodenseitigen Separator 5 sowie einen luftelektrodenseitigen Separator 6 auf. Die Brennstoffelektrode 3 ist an einer Seite der Elektrolytmembran 2 vorgesehen und die Luftelektrode 4 ist an der anderen Seite der Elektrolytmembran 2 vorgesehen. Die Elektrolytmembran 2 ist zwischen der Brennstoffelektrode 3 und der Luftelektrode 4 eingefasst. Die Brennstoffelektrode 3 ist zwischen dem brennstoffelektrodenseitigen Separator 5 und der Elektrolytmembran 2 eingefasst und die Luftelektrode 4 ist zwischen dem luftelektrodenseitigen Separator 6 und der Elektrolytmembran 2 eingefasst.
Die Brennstoffelektrode 3 hat eine Diffusionsschicht und eine Katalysatorschicht. Der Brennstoff, der beispielsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas enthält, wird zu der Brennstoffelektrode 3 durch ein (nicht gezeigtes) Brennstoffzufuhrsystem zugeführt. Der Brennstoff, der zu der Brennstoffelektrode 3 zugeführt wird, diffundiert in der Diffusionsschicht und erreicht die Katalysatorschicht. Wenn der Wasserstoff die Katalysatorschicht erreicht, wird Wasserstoff in ein Proton (Wasserstoffion) und ein Elektron getrennt. Das Wasserstoffion bewegt sich zu der Luftelektrode 4 durch die Elektrolytmembran 2 und das Elektron bewegt sich zu der Luftelektrode 4 durch eine Leitung außerhalb der Zelle.
Die Luftelektrode 4 hat ebenso eine Diffusionsschicht und eine Katalysatorschicht. Das Oxidationsmittelgas, beispielsweise Luft wird zu der Luftelektrode 4 durch ein Oxidationsmittelzufuhrsystem zugeführt. Das Oxidationsmittelgas, das zu der Luftelektrode 4 zugeführt wird, diffundiert in der Diffusionsschicht und erreicht die Katalysatorschicht. In der Katalysatorschicht reagieren das Oxidationsmittelgas, die Wasserstoffionen, die die Luftelektrode 4 durch die Elektrolytmembran 2 erreichen, und die Elektronen, die die Luftelektrode 4 durch die Leitung außerhalb der Zelle erreichen, miteinander, so dass Wasser erzeugt wird. Wenn eine solche Reaktion an der Brennstoffelektrode 3 und der Luftelektrode 4 auftritt, werden die Elektronen, die sich durch die Leitung außerhalb der Zelle bewegen, als elektrische Leistung für eine elektrische Last (nicht gezeigt) verwendet, die zwischen den Anschlüssen der Zelle 1 angeordnet ist und mit den Anschlüssen der Zelle 1 verbunden ist.
Die Elektrolytmembran 2 ist aus einer fluorierten Elektrolytmembran, beispielsweise einem Perflursulfonatpolymer ausgebildet. Die Elektrolytmembran 2 wird durch einen Kunststoffrahmen 7 über ein elastisches Element 8 gehalten. Der Kunststoffrahmen 7 dient als Halteelement. 2A ist eine vergrößerte linksseitige Ansicht, die Bauteile 10 der Zelle 1 in 1 außer der Brennstoffelektrode 3, der Luftelektrode 4 und der Separatoren 5 und 6 zeigt. 2B ist eine Teilquerschnittsansicht, die die Bauteile 10 in 2A zeigt, die entlang der Linie A-A in 2A dargestellt ist. 2B zeigt die linksseitigen Abschnitte der Bauteile 10 in 2A.
Wie in 2A und 2B gezeigt ist, hat der Kunststoffrahmen 7 eine rechteckige Rahmenform und ist so ausgebildet, dass die Rahmeninnenabmessungen des Rahmens 7 größer als die äußeren Abmessungen der rechteckigen Elektrolytmembran 2 sind. Das elastische Element (Spannungsaufnahmeelement) 8 ist innerhalb des Kunststoffrahmens 7 vorgesehen, um die Elektrolytmembran 2 zu halten.
Das elastische Element 8 ist beispielsweise aus Gummi, genauer gesagt Silikongummi, einem Fluor enthaltenden Gummi oder einem Ethylen-Propylen-Gummi (EPDM) ausgebildet. Das elastische Element 8 weist zwei rechteckige rahmenförmige Rahmenelemente 8A und 8B auf. Die Außenabmessungen von jedem der Rahmenelemente 8A und 8B sind im Wesentlichen gleich den Rahmeninnenabmessungen des Kunststoffrahmens 7.
In dem Kunststoffrahmen 7 sind die Rahmenelemente 8A und 8B im Wesentlichen parallel zueinander vorgesehen, wobei ein Raum d dazwischen gelassen wird. Äußere Seitenflächen der Rahmenelemente 8A und 8B sind mit einer Rahmeninnenseitenfläche 7a des Kunststoffrahmens 7 mit einem Klebstoff verbunden. Der Raum d zwischen den Rahmenelementen 8A und 8B ist im Wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner als die Dicke der Elektrolytmembran 2. Ein äußerer Rand 2a der Elektrolytmembran 2 ist in den Raum d eingesetzt, der zwischen den Rahmenelementen 8A und 8B ausgebildet ist. Kontaktflächen 2a und 2b des äußeren Rands 2a, die die Rahmenelemente 8A und 8B berühren, sind mit den Rahmenelementen 8A bzw. 8B mit einem Klebstoff verbunden. Somit wird eine Abdichtung zwischen den Kontaktflächen 2a und 2b sowie den Rahmenelementen 8A und 8B zur Verfügung gestellt.
Die Rahmenelemente 8A und 8B sind so ausgebildet, dass sie sich gemäß einer Kontraktion und einer Expansion der Elektrolytmembran 2 in ihrer Ebenenrichtung ausdehnen und zusammenziehen. Wenn die Zelle 1 elektrische Leistung erzeugt, erzeugt genauer gesagt die Reaktion an der Luftelektrode 4 Wasser. Wenn die Elektrolytmembran 2 das erzeugte Wasser aufnimmt, dehnt sich die Elektrolytmembran 2 in ihrer Ebenenrichtung aus. Die Expansion verursacht eine Spannung, die sich nach außen gerichtet in der Ebenenrichtung entwickelt (durch einen Pfeil S1 angedeutet), in einem Bereich, der in der Nähe eines Verklebungsorts 2d der Elektrolytmembran 2 gelegen ist. Das elastische Element 8, das die Rahmenelemente 8A und 8B aufweist, zieht sich mit einem gewissen Ausmaß aufgrund der Spannung S1 zusammen, da das elastische Element 8 eine inhärente Elastizität aufweist. Demgemäß wird die Spannung S1 aufgrund der Expansion der Elektrolytmembran 2 verringert. Das elastische Element 8 kann sich um einen gewissen Betrag zusammenziehen, um die Spannung S1 aufzunehmen.
Wenn andererseits die Zelle 1 aufhört elektrische Leistung zu erzeugen, verdampft das erzeugte Wasser und trocknet die Elektrolytmembran, wobei die Elektrolytmembran 2 sich in ihrer Ebenenrichtung zusammenzieht. Die Kontraktion verursacht eine Spannung 2, die sich nach innen gerichtet in der Ebenenrichtung entwickelt (durch einen Pfeil S2 angedeutet), in dem Bereich, der in der Nähe des Verklebungsorts 2d der Elektrolytmembran 2 gelegen ist, da der Verklebungsort 2d in Richtung auf die Mitte der Elektrolytmembran 2 gezogen wird. Das elastische Element 8, das aus den Rahmenelementen 8A und 8B ausgebildet ist, dehnt sich mit einem gewissen Ausmaß gemäß der Kontraktion der Elektrolytmembran 2 aus, da das elastische Element 8 die inhärente Elastizität aufweist. Demgemäß wird die Spannung S2, die aufgrund der Kontraktion der Elektrolytmembran 2 verursacht wird und die sich in der Richtung entwickelt, in die der Verklebungsort 2d gezogen wird, verringert. Das elastische Element 8 kann sich um ein gewisses Ausmaß ausdehnen, um die Spannung S2 aufzunehmen.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird mit der Brennstoffzelle, die die Bauteile 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist, die Elektrolytmembran 2 durch den Kunststoffrahmen 7 über das elastische Element 8 gehalten. Anders gesagt ist das elastische Element 8 zwischen der Elektrolytmembran 2 und dem Kunststoffrahmen 7 vorgesehen. Das elastische Element 8 ist so ausgebildet, dass es sich gemäß der Kontraktion und der Expansion der Elektrolytmembran 2 ausdehnt und zusammenzieht. Demgemäß werden die Spannung S1, die aufgrund der Expansion verursacht wird, und die Spannung S2, die aufgrund der Kontraktion der Elektrolytmembran 2 verursacht wird, verringert bzw. entspannt. Somit ist es möglich, die Ausbildung eines Risses in der Elektrolytmembran 2 zu unterdrücken, der eine Kreuzleckage verursachen kann.
Wie vorstehend beschrieben ist hält das elastische Element 8, das aus den Rahmenelementen 8A und 8B ausgebildet ist und innerhalb des Rahmens 7 vorgesehen ist, die Elektrolytmembran 2. Somit wird die Elektrolytmembran 2 durch den Rahmen 7 gehalten. Anstelle dieses Aufbaus können die folgenden Strukturen eingesetzt werden.
Wie beispielsweise in einem abgewandelten Beispiel 1 in 3A gezeigt ist, kann anstelle der Verwendung des elastischen Elements 8, das aus den Rahmenelementen 8A und 8B ausgebildet ist, ein elastisches Element 82 verwendet werden. Das elastische Element 82 hat eine rechteckige Rahmenform und eine Vertiefung (Einschnitt) 81 ist um den gesamten Umfang einer Rahmeninnenseitenfläche des elastischen Elements 82 ausgebildet. Der Querschnitt des elastischen Elements 82 kann eine U-Form haben. Eine Außenfläche des elastischen Elements 82 ist mit der Rahmeninnenseitenfläche 7a des Kunststoffrahmens 7 mit einem Klebstoff verbunden. Der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 ist in die Vertiefung 81 eingesetzt. Seitenwände der Vertiefung 81 und beide Wände des äußeren Rands 2a sind miteinander mit einem Klebstoff verbunden.
Alternativ kann, wie in einem abgewandelten Beispiel 2 in 3B gezeigt ist, ein elastisches Element 83 verwendet werden. Das elastische Element 83 hat eine rechteckige Rahmenform. Eine Außenseitenfläche des elastischen Elements 83 ist mit der Rahmeninnenseitenfläche 7a des Kunststoffrahmens 7 mit einem Klebstoff verbunden. Eine Innenseitenfläche 83a des elastischen Elements 83 ist mit einer Fläche der Elektrolytmembran 2, die sich in der dicken Richtung der Elektrolytmembran 2 erstreckt (Außenseitenfläche), mit einem Klebstoff verbunden.
Weitergehend kann alternativ, wie in einem abgewandelten Beispiel 3 in 3C gezeigt ist, der Kunststoffrahmen 7, der eine Vertiefung (Einschnitt) 7b hat, der um den gesamten Umfang der Rahmeninnenseitenfläche 7a ausgebildet ist, verwendet werden. Der äußere Rand des elastischen Elements 83 wird in die Vertiefung 7b eingesetzt und die Wände der Vertiefung 7b und der äußere Rand des elastischen Elements 82 werden miteinander mit einem Klebstoff verbunden.
Noch weitergehend wird, wie in einem abgewandelten Beispiel 4 in 3D gezeigt ist, der Kunststoffrahmen 7, der die Vertiefung (Einschnitt) 7b hat, der in dem gesamten Umfang der Rahmeninnenseitenfläche 7a ausgebildet ist, verwendet. Ein Abschnitt von jedem der Rahmenelemente 8A und 8B wird in die Vertiefung 7b eingesetzt und die Rahmenelemente 8A und 8B sind mit Innenwänden der Vertiefung 7b mit einem Klebstoff verbunden.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Brennstoffzelle gemäß der Erfindung ihren Aufbau aufweisen, solange die Elektrolytmembran 2 durch den Kunststoffrahmen 7 über ein elastisches Element gehalten wird und eine Spannung, die aufgrund der Expansion und der Kontraktion der Elektrolytmembran 2 verursacht wird, durch das elastische Element bis zu einem gewissen Ausmaß aufgenommen wird. Anstelle der vorstehend beschriebenen Arten von Gummi kann jedes Material, das sich gemäß der Kontraktion und der Expansion der Elektrolytmembran ausdehnt und zusammenzieht, als das elastische Element ausgewählt werden. Es ist vorzuziehen, ein säurebeständiges Material zu verwenden, das sich nicht verschlechtert, auch wenn die Brennstoffzelle mit einer hohen Temperatur innerhalb der Betriebstemperatur arbeitet. Die Betriebstemperatur einer Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle beträgt näherungsweise 100°C.
Zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
Als nächstes wird eine Brennstoffzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Strukturen, die der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemeinsam sind. Daher werden hauptsächlich Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben und wird die Beschreibung bezüglich der gemeinsamen Strukturen weggelassen.
4 ist eine Ansicht, die die Bauteile 10A einer Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Wie in 4 gezeigt ist, sind das erste Ausführungsbeispiel und das zweite Ausführungsbeispiel dahingehend gleich, dass eine rechteckige Elektrolytmembran 20 durch den Kunststoffrahmen 7 über das elastische Element 8 gehalten wird. Jedoch hat die Elektrolytmembran 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zentralabschnitt 21 und einen Randabschnitt (äußeren Abschnitt) 22, der den Zentralabschnitt 21 umgibt. Der Randabschnitt 22 ist der Bereich, der durch eine durchgezogene Linie, die die Grenze zwischen dem elastischen Element 8 und der Elektrolytmembran 20 angibt, und eine gestrichelte Linie definiert ist, die an der Elektrolytmembran 20 aufgetragen ist. Die Elektrolytmembran 20 ist so ausgebildet, dass das Molekulargewicht in dem Randabschnitt 22 größer als das Molekulargewicht in dem Zentralabschnitt 21 ist. Anders gesagt ist die Dicke des Randabschnitts 22 der Elektrolytmembran 20 größer als die Dicke des Zentralabschnitts 21 der Elektrolytmembran 20.
Das elastische Element 8 ist wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus dem rahmenförmigen Rahmenelementen 8A und 8B ausgebildet (siehe 2B). Der Randabschnitt 22 der Elektrolytmembran 20, der das größere Molekulargewicht hat, ist teilweise in den Raum d eingesetzt, der zwischen den Rahmenelementen 8A und 8B übriggelassen ist. Kontaktflächen des Randabschnitts 22, die die Rahmenelemente 8A und 8B berühren, sind mit den Rahmenelementen 8A und 8B mit einem Klebstoff verbunden.
Da das Molekulargewicht des Randabschnitts 22 größer als das Molekulargewicht des Zentralabschnitts 21 ist, ist der Randabschnitt 22 mit einer höheren Festigkeit zum Standhalten einer Spannung versehen, die aufgrund der Expansion und der Kontraktion der Elektrolytmembran 20 verursacht wird. Da zusätzlich das Molekulargewicht des Zentralabschnitts 21 kleiner als das Molekulargewicht des Randabschnitts 22 ist, ist es möglich, die Protonenbewegung in einem geeigneten Zustand aufrecht zu erhalten. Das elastische Element 8 verringert bzw. entspannt die Spannung, die aufgrund der Expansion und der Kontraktion der Elektrolytmembran 20 verursacht wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Als nächstes wird eine Brennstoffzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Brennstoffzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Strukturen, die der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemeinsam sind. Daher werden hauptsächlich Unterschiede zwischen dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben und werden Beschreibungen bezüglich der gemeinsamen Strukturen ausgelassen.
5A ist eine Ansicht, die Bauteile 10B einer Brennstoffzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 5B ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie B-B in 5A, die die Bauteile 10B zeigt.
Wie in 5A und 5B gezeigt ist, ist eine Elektrolytmembran 23 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus mehreren Membranstücken 24 ausgebildet. Die Membranstücke 24 sind in Reihen an vorbestimmten Intervallen ausgerichtet und ebenso in Spalten an den vorbestimmten Intervallen ausgerichtet. Ein elastisches Element 84 ist durch Integrieren eines Gitterabschnitts 85 mit einem Rahmenabschnitt 86 ausgebildet. Der Gitterabschnitt 85 hat eine Funktion zur Verbindung der mehreren Membranstücke 24 miteinander. Der Rahmenabschnitt 86 ist so ausgebildet, dass er den Rand bzw. Umfang der mehreren Membranstücke 24 umgibt. Das elastische Element 84 hat eine rechteckige Form im Ganzen und hat Löcher 87, in die die Membranstücke 24 gesetzt sind.
Wie in 5B gezeigt ist, hat das elastische Element 84 Vertiefungen (Einschnitte) 87a, die in den Seitenflächen der entsprechenden Löcher 87 ausgebildet sind. Wenn die äußeren Ränder der Membranstücke 24 in die Vertiefungen 87a gesetzt werden, werden die Membranstücke 24 in die Löcher 87 gesetzt. Die Membranstücke 24 und die Wände der Vertiefungen 87a sind miteinander mit einem Klebstoff verbunden, um eine Abdichtung dazwischen zur Verfügung zu stellen. Auf diesem Weg werden die Membranstücke 24 durch das elastische Element 84 gehalten.
Eine Außenseitenfläche des elastischen Elements 84 ist mit der Rahmeninnenseitenfläche 7a des Kunststoffrahmens 7 mit einem Klebstoff verbunden. Somit wird die Elektrolytmembran 23, die aus den mehreren Membranstücken 24 ausgebildet ist, durch den Kunststoffrahmen 7 über das elastische Element 84 gehalten.
Beispielsweise kann ein Isolationsmaterial, dessen Young-Verhältnis zwischen nährungsweise 1 Mpa bis nährungsweise 10 Mpa liegt, als elastisches Element 84 verwendet werden. Beispielsweise können die Gummiarten, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind, als das elastische Element 84 verwendet werden. Die Sprossenlänge des Gitterabschnitts 85 ist so eingerichtet, dass die Spannungen, die durch die Expansion und die Kontraktion der benachbarten Membranstücke 24 verursacht werden, aufgenommen werden. Zusätzlich ist die Sprossenlänge des Rahmenabschnitts 86 gleich wie oder größer als die Hälfte der Sprossenlänge des Gitterabschnitts 85.
Eine Struktur gemäß einem abgeordneten Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in 5C gezeigt ist, kann eingesetzt werden. Bei dem Aufbau hat das elastische Element 84 die Vertiefungen (Einschnitte) 87a in den Seitenflächen der Löcher 87 nicht. Die Seitenflächen der Löcher 87 und die Seitenflächen der Membranstücke 24 sind miteinander mit einem Klebstoff verbunden. Zusätzlich ist es vorzuziehen, dass jedes Stück aus einem Film 24 quadratisch ausgebildet ist, so dass die Spannungen aufgrund der Expansion und der Kontraktion der Membranstücke 24 im Wesentlichen gleich zueinander sind.
Mit den Bauteilen 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, da das elastische Element 84, das den Gitterabschnitt 85 und den Rahmenabschnitt 86 aufweist, sich gemäß der Kontraktion und der Expansion der Membranstücke 24 ausdehnt und zusammenzieht, die Spannung in dem Gitterabschnitt 85 und dem Rahmenabschnitt 86 verteilt. Demgemäß wird die Spannung verringert beziehungsweise entspannt oder aufgenommen. Somit ist es möglich, die Ausbildung eines Risses in den Membranstücken 24 zu unterdrücken, der eine Kreuzleckage verursachen kann.
Viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung
Als nächstes wird eine Brennstoffzelle gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Brennstoffzelle gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Strukturen, die der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemeinsam sind. Daher werden hauptsächlich Unterschiede zwischen dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben und werden die Beschreibungen bezüglich der gemeinsamen Strukturen ausgelassen.
6A ist eine Ansicht, die Bauteile 10C einer Brennstoffzelle gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 6B ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie C-C in 6A, die die Bauteile 10C zeigt. Wie in 6A und 6B gezeigt ist, hat der Rahmen 7 eine Vertiefung (Einschnitt) 7b, der in dem gesamten Umfang der Rahmeninnenseitenfläche ausgebildet ist. In der Vertiefung 7b ist ein elastisches Element 88 vorgesehen, dass aus rahmenförmigen Rahmenelementen 88A und 88B ausgebildet ist. Die rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B haben jeweils eine Bogenform (gekrümmte Form) im Querschnitt. Die Fläche von jedem der rahmenförmigen Rahmenelemente 88a und 88b, die näher an der Mittelachse der Vertiefung 7b gelegen ist, ist aus einer gekrümmten Fläche 89 ausgebildet. Basisflächen 90 von jedem der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B (die Fläche, die näher an dem Rahmen 7 gelegen ist) berühren die Seitenwand der Vertiefung 7b.
In der Vertiefung 7b ist der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 zwischen die gekrümmten Flächen 89 der elastischen rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B eingesetzt, die zueinander weisen. In diesem Zustand ist der äußere Rand 2a zwischen den gekrümmten Flächen 89 der Rahmenelemente 88A und 88B eingefasst (die Flächen, die die Elektrolytmembran 2 berühren). Zusätzlich berühren die Basisflächen 90 der Rahmenelemente 88A und 88B, die näher an dem Rahmen 7 gelegen sind, die Seitenwände der Vertiefung 7b. Demgemäß wird der Zustand aufrecht erhalten, in welchem der äußere Rand 2a zwischen den gekrümmten Flächen 89 eingefasst ist. Die Elektrolytmembran 2 wird durch den Kunststoffrahmen 7, der als Halteelement dient, über das elastische Element 8 gehalten. Demgemäß wird eine Abdichtung zwischen dem äußeren Rand 2a der Elektrolytmembran 2 und dem Rahmenelementen 88A und 88B zur Verfügung gestellt.
Die Bauteile 10C gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheiden sich von den Bauteilen gemäß jedem des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung dahingehend, dass das elastische Element 88 weder mit dem Rahmen 7 noch mit der Elektrolytmembran 2 mit einem Klebstoff verbunden ist. Mit diesen Bauteilen 10C dehnt sich die Elektrolytmembran 2 nach außen in der Ebenenrichtung, wenn die Elektrolytmembran 2 sich ausdehnt. Der Reibungskoeffizient der gekrümmten Fläche 89 der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B (die Flächen, die die Elektrolytmembran 2 berühren) ist kleiner als der Reibungskoeffizient der Basisflächen 90, die den Rahmen 7 berühren, der als Halteelement dient. Der Reibungskoeffizient der gekrümmten Fläche 89 entspricht der Reibung zwischen der gekrümmten Fläche 89 und dem äußeren Rand 2a der Elektrolytmembran 2. Der Reibungskoeffizient der Basisflächen 90 entspricht der Reibung zwischen den Basisflächen 90 und dem Rahmen 7. In dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kontaktfläche zwischen den Basisflächen 90 und dem Rahmen 7 größer als die Kontaktfläche zwischen der gekrümmten Fläche 89 und dem äußeren Rand 2a der Elektrolytmembran 2. Demgemäß ist der Reibungskoeffizient der Basisflächen 90, die den Rahmen 7 berühren, größer als der Reibungskoeffizient der gekrümmten Fläche 89 von jedem der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B.
Wenn die Elektrolytmembran 2 sich ausdehnt, bewegt sich der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 nach außen in der Ebenenrichtung entgegen einer Kraft, mit der der äußere Rand 2a zwischen den rahmenförmigen Rahmenelementen 88A und 88B geklemmt wird. Zu diesem Zeitpunkt verformen sich die gekrümmten 89 der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B, die den äußeren Rand 2a berühren, gemäß der Bewegung des äußeren Rands 2a der Elektrolytmembran 2. Die gekrümmten Flächen 89 wölben sich nämlich nach außen. Andererseits verformen sich die Basisflächen 90, die den Rahmen 7 berühren, gemäß der Bewegung des äußeren Rands 2a der Elektrolytmembran nicht.
Da die gekrümmte Fläche 89 sich verformt, wird die Spannung S1, die in der Ebenenrichtung der Elektrolytmembran 2 nach außen gerichtet ist, teilweise in der Richtung gerichtet, die senkrecht zu der Ebenenrichtung ist. Somit ist es möglich, die Spannung, die in der Nähe des Kontaktabschnitts verursacht wird, zu verringern beziehungsweise zu entspannen oder aufzunehmen. Der Kontaktabschnitt entspricht den gekrümmten Flächen 89 und ist der Bereich, in dem das elastische Element 8, das aus dem Rahmenelement 88A und 88B ausgebildet ist, die Elektrolytmembran 2 berührt.
Wenn die Elektrolytmembran 2 sich zusammenzieht, bewegt sich der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 in der Ebenenrichtung nach innen. Anders gesagt zieht sich die Elektrolytmembran 2 in Richtung auf ihre Mitte in der Ebenenrichtung zusammen. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 nach innen entgegen einer Kraft, mit der der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 zwischen den rahmenseitigen Rahmenelementen 88A und 88B geklemmt wird. Zu diesem Zeitpunkt verformen sich die gekrümmten Flächen 89 der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B, die den äußeren Rand 2a berühren, gemäß der Bewegung des äußeren Rands 2a der Elektrolytmembran 2. Die gekrümmten Flächen 89 wölben sich nämlich nach innen. Andererseits verformen sich die Basisflächen 90, die den Rahmen 7 berühren, gemäß der Bewegung des äußeren Rands 2a der Elektrolytmembran 2 nicht.
Da die gekrümmte Fläche 89 sich verformt, wird die Spannung S2, die in der Ebenenrichtung der Elektrolytmembran 2 nach innen gerichtet ist, teilweise in der Richtung gerichtet, die senkrecht zu der Ebenenrichtung ist. Somit ist es möglich, die Spannung, die in der Nähe des Kontaktabschnitts verursacht wird, zu verringern beziehungsweise zu entspannen oder aufzunehmen. Der Kontaktabschnitt entspricht den gekrümmten Flächen 89 und ist der Bereich, in dem das elastische Element 8, das aus dem Rahmenelementen 88A und 88B ausgebildet ist, die Elektrolytmembran 2 berührt.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung bewegen (verformen) sich die gekrümmten Flächen 89 der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B, die das elastische Element 88 bilden, mit einem gewissen Ausmaß gemäß der Expansion und/oder der Kontraktion der Elektrolytmembran 2. Demgemäß ist es möglich, die Spannung, die aufgrund der Expansion oder der Kontraktion der Elektrolytmembran 2 verursacht wird, zu verringern beziehungsweise zu entspannen oder aufzunehmen.
In dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedes der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgebildet. Die rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B haben gekrümmte Flächen 89, die den Kontaktabschnitt entsprechen, an dem die Rahmenelemente 88A und 88B die Elektrolytmembran 2 berühren. Die zwei Basisflächen 90, die den Basen der Bogenformen entsprechen, berühren die Seitenwände der Vertiefung 7b. Alternativ kann die Basisfläche 90, die den Rahmen 7 (die Vertiefung 7b) berührt, aus einer einzigen Fläche ausgebildet werden. Zusätzlich kann das elastische Element 88 (die Rahmenelemente 88A und 88B) jede Querschnittsform haben, solange ein Abschnitt, der die Elektrolytmembran 2 berührt, sich verformt, um die Spannung zu verringern beziehungsweise zu entspannen oder aufzunehmen. Beispielsweise können die gekrümmten Flächen 89 durch ebene Flächen ersetzt werden.
Anstelle des vorstehend beschriebenen Aufbaus kann ein Aufbau, bei dem die Basisflächen 90 der rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B, die den Rahmen 7 (die Vertiefung 7b) berühren, mit den Seitenwänden der Vertiefung 7b mit einem Klebstoff verbunden werden kann, eingesetzt werden. Alternativ kann der nachstehend beschriebene Aufbau eingesetzt werden. Bei dem Aufbau verformen sich die rahmenförmigen Rahmenelemente 88A und 88B gemäß der Expansion und Kontraktion der Elektrolytmembran 2 nicht, aber gleitet beziehungsweise verschiebt sich der äußere Rand 2a der Elektrolytmembran 2 zwischen dem rahmenförmigen Rahmenelementen 88A und 88B gemäß der Expansion und Kontraktion der Elektrolytmembran 2.
Das erste, zweite, dritte und vierte Ausführungsbeispiel, die vorstehend beschrieben sind, können selektiv miteinander innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung kombiniert werden.
Zusammenfassung
Eine Brennstoffzelle wird bereitgestellt, bei der eine Spannung verringert oder aufgenommen wird, die in einer Elektrolytmembran verursacht wird. Die Brennstoffzelle weist eine Elektrolytmembran, ein Halteelement, das zum Halten der Elektrolytmembran verwendet wird, und ein elastisches Element auf, das zwischen der Elektrolytmembran und dem Halteelement angeordnet ist, so dass das Halteelement die Elektrolytenmembran hält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 10-199551 [0004]
- JP 10-199551 A [0004, 0004]
- JP 2005-285677 [0004]
- JP 2005-285677 A [0004]
- JP 08-185881 [0004]
- JP 08-185881 A [0004]

Claims

Brennstoffzelle gekennzeichnet durch: eine Elektrolytmembran; ein Halteelement, das zum Halten der Elektrolytmembran verwendet wird; und ein elastisches Element, das zwischen der Elektrolytmembran und dem Halteelement angeordnet ist, so dass das Halteelement die Elektrolytmembran hält.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1, wobei: das elastische Element ein erstes elastisches Element und ein zweites elastisches Element aufweist, und die Elektrolytmembran zwischen dem ersten elastischen Element und dem zweiten elastischen Element geklemmt ist.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1, wobei: eine Vertiefung in dem elastischen Element ausgebildet ist und die Elektrolytmembran in die Vertiefung eingesetzt ist, so dass die Elektrolytmembran gehalten wird.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1, wobei: eine Vertiefung in dem Halteelement ausgebildet ist und das elastische Element in die Vertiefung eingesetzt ist, so dass die Elektrolytmembran gehalten wird.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1, wobei: eine Vertiefung in dem Halteelement ausgebildet ist; das elastische Element ein erstes elastisches Element und ein zweites elastisches Element aufweist; und die Elektrolytmembran zwischen dem ersten elastischen Element und dem zweiten elastischen Element in der Vertiefung geklemmt ist.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1, wobei: die Elektrolytmembran einen Zentralabschnitt und einen Randabschnitt aufweist, der um den Zentralabschnitt ausgebildet ist und das elastische Element berührt, wenn die Elektrolytmembran durch das Halteelement gehalten wird, und ein Molekulargewicht in dem Randabschnitt größer als ein Molekulargewicht in dem Zentralabschnitt ist.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1, wobei eine Dicke der Elektrolytmembran in dem Randabschnitt größer als in dem Zentralabschnitt ist.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1 oder 6, wobei die Elektrolytmembran aus mehreren Elektrolytmembranstücken ausgebildet ist, die miteinander über das elastische Element verbunden sind.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 8, wobei: das elastische Element einen Gitterabschnitt und einen Rahmenabschnitt aufweist, der Gitterabschnitt die Elektrolytmembranstücke miteinander verbindet; und der Rahmenabschnitt die Elektrolytmembranstücke und das Halteelement miteinander verbindet.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 9, wobei: Vertiefungen in dem Gitterabschnitt und dem Rahmenabschnitt des elastischen Elements ausgebildet sind und die Elektrolytmembranstücke in die Vertiefungen eingesetzt sind.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 9, wobei eine Sprossenlänge des Rahmenabschnitts gleich wie oder größer als die Hälfte einer Sprossenlänge des Gitterabschnitts ist.
Brennstoffzelle gemäß einem der Ansprüche 1, 6 und 8, wobei: das elastische Element erste Kontaktabschnitte, die die Elektrolytmembran berühren, so dass die Elektrolytmembran zwischen den ersten Kontaktabschnitten des elastischen Elements geklemmt wird, und zweite Kontaktabschnitte hat, die das Halteelement berühren, wenn die ersten Kontaktabschnitte die Elektrolytmembran berühren, so dass die Elektrolytmembran zwischen den ersten Kontaktabschnitten geklemmt gehalten wird, und die ersten Kontaktabschnitte sich gemäß der Kontraktion und/oder der Expansion der Elektrolytmembran, die zwischen den ersten Kontaktabschnitten geklemmt ist, verformen, wohingegen die zweiten Kontaktabschnitte sich auch dann nicht verformen, wenn die Elektrolytmembran sich zusammenzieht oder ausdehnt.
Brennstoffzelle gemäß einem der Ansprüche 1, 6 und 8, wobei: das elastische Element erste Kontaktabschnitte, die die Elektrolytmembran berühren, so dass die Elektrolytmembran zwischen den ersten Kontaktabschnitten des elastischen Elements geklemmt wird, und zweite Kontaktabschnitte hat, die das Halteelement berühren, wenn die ersten Kontaktabschnitte die Elektrolytmembran berühren, so dass die Elektrolytmembran zwischen den ersten Kontaktabschnitten geklemmt gehalten wird, und ein Reibungskoeffizient des ersten Kontaktabschnitts kleiner als ein Reibungskoeffizient des zweiten Kontaktabschnitts ist.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 13, wobei die Reibungskoeffizienten auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einer Fläche des ersten Kontaktabschnitts und einer Fläche des zweiten Kontaktabschnitts gesteuert werden.