EP1649534A2 - Verfahren zur herstellung eines brennstoffzellenstapels - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines brennstoffzellenstapels

Info

Publication number
EP1649534A2
EP1649534A2 EP04785973A EP04785973A EP1649534A2 EP 1649534 A2 EP1649534 A2 EP 1649534A2 EP 04785973 A EP04785973 A EP 04785973A EP 04785973 A EP04785973 A EP 04785973A EP 1649534 A2 EP1649534 A2 EP 1649534A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
recess
template
sealing
repeating unit
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04785973A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Stelter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Staxera GmbH
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP1649534A2 publication Critical patent/EP1649534A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/4911—Electric battery cell making including sealing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fuel cell or a fuel cell stack, comprising the following steps: a) providing a first repeating unit with a first sealing surface and at least one second repeating unit with a second sealing surface; and b) forming at least one sealing section between the first sealing surface and the second sealing surface.
  • a problem in the production of fuel cells or fuel cell stacks is that the individual seals are extremely complex to produce, with in many cases, for example, a lot of waste being produced during punching. Furthermore, only a very time-consuming serial production is currently possible. For this purpose, it is known, for example, a
  • n is the number of seals and p is the probability of failure of a single seal.
  • the object of the invention is to develop the generic methods in such a way that the susceptibility to errors is reduced and parallel production is possible.
  • step b) comprises: b1) arranging a template between the first sealing surface and the second sealing surface, the template having at least one edge region which is arranged adjacent to the sealing section to be formed becomes; and b2) introducing a sealing compound into a region which is delimited by the first sealing surface, the second sealing surface and the edge region of the template.
  • the template is at least partially formed from an organic fiber material, a carbon fiber material or a corresponding composite material.
  • the respective material can be felt, fleece, knitted fabric or woven fabric, for example.
  • the template is completely or partially removed and / or completely or partially changed in its material properties during and / or after the formation of the at least one sealing section.
  • the template can be made of a non-temperature-resistant, flammable, flat material (for example for temperatures above 800 ° C).
  • the template can be completely or completely removed by burning after the at least one sealing section has been formed.
  • the template can be made of a material which, instead of having the property of flammability, has the property of losing its mechanical stability under the influence of temperature, that is to say collapsing under the action of force.
  • the material (or its degradation products) can be electrically insulating.
  • the material can be formed, for example, by an organic or ceramic fiber composite or foam material, in which at least one structure-forming component evaporates, burns or melts under the influence of temperature.
  • a composite material is also possible, which represents a combination of the materials mentioned.
  • the sealing compound contains dispersed constituents for a glass solder.
  • the sealing compound is at least partially subjected to a curing and / or gelling process to form the at least one sealing section.
  • the sealant preferably contains a hardener component for hardening or gelling.
  • the hardener component of the sealing compound can advantageously be mixed in shortly before the injection or introduction into the corresponding area.
  • the hardener or gel former can be activated, for example, by air, temperature or a chemical activator that has been applied to the template and / or at least one sealing surface.
  • the at least one sealing section is formed adjacent to a first recess in the first repeating unit.
  • the recess can in particular be provided to form a gas channel that extends through the fuel cell stack.
  • the at least one sealing section is formed adjacent to a first recess in the second repeating unit.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously if a first recess in the first repeating unit is aligned with the second recess in the second repeating unit in the stacking direction.
  • Template has a first recess, the dimensions of which are larger than the dimensions of the first recess in the first repeating unit and / or larger than the dimensions of the first recess in the second Repeat unit.
  • the excess of the first recess in the template defines the width of the sealing section to be formed, while the height of the template determines the height of the sealing section to be formed.
  • a feed device which can comprise, for example, a hose or a tube, is preferably used to introduce the sealing compound.
  • a flange or another coupling device is preferably provided, with which the feed device can be connected to one of the first recesses while being sealed.
  • a mandrel is at least partially through the first recess in the first repeating unit and / or the first recess in the second repeating unit and / or the first recess extends in the template.
  • the mandrel preferably has only slightly smaller outer dimensions than the inner dimensions of the first openings.
  • the viscosity of the sealing compound is preferably chosen so that little or no sealing compound runs into the opening which is then released when the dome is removed.
  • the first repeating unit has a second recess and / or the second repeating unit has a second recess and / or the template has a second recess. It is preferred that the existing second recesses are aligned with one another in the stacking direction.
  • the first recess of the template is connected to the second recess of the template via a first channel.
  • the mutually aligned second recesses can form a filling channel for the sealing compound, the sealing compound passing through the first channel from the filling opening to the first recesses, in which the mandrel mentioned is preferably arranged.
  • the filler channel has a cross-sectional area that is relatively large compared to the cross-sectional area of the sealing section to be formed. As a result, the hydrodynamic pressure loss in the filler channel is much smaller than in the sealing channel when a fluid (or the sealing compound) flows through the two channels.
  • sealing compound is at least partially removed again, especially with the help of a second cathedral.
  • the sealing compound can remain in the channel formed by the second recesses and harden there in order to increase the stability of the overall structure.
  • the first repetition unit and the second repetition unit are compressed at least temporarily during the implementation of step b), preferably by at least one regulated force component.
  • sealing sections which are at least substantially aligned with one another in the stacking direction of the fuel cell stack are connected by sealing compound. Sealing sections arranged one above the other between a plurality of repeating units and connected by sealing compound represent a clear indication that the method according to the invention has been used.
  • FIG. 1 top views and cross-sectional views along the section line II of a first and a second repeating unit and of a template;
  • FIG. 2 shows the template from FIG. 1 arranged on the first repeating unit from FIG. 1, in a top view and a cross-sectional view along the section line I-1;
  • Figure 3 shows the second repeating unit of Figure 1 arranged on the arrangement of Figure 2, in a plan view and a cross-sectional view along the section line I-1;
  • Figure 4 is a cross-sectional view along section line I-1 of Figure 3, illustrating the introduction of the sealant
  • Figure 5 is a plan view of the arrangement of Figure 4 along the section line 11-11;
  • Figure 6 is a plan view corresponding to the representation of Figure 5 of a completed sealing portion.
  • FIG. 1 shows top views and cross-sectional views along the section line II of a first 10 and a second repetition unit 16 and of a template 22.
  • the first repetition unit 10 has a first sealing surface 10a and a first opening 12 and a second Breakthrough 14 on.
  • the second repeating unit 16 has a second sealing surface 16a and a first recess 18 and a second recess 20.
  • the structure of the first repetition unit 10 and the structure of the second repetition unit 16 are identical, although the invention is not based on Such embodiments are limited, since applications are also possible in which differently arranged seals are formed between different repeating units.
  • a template 22 is shown between the first repeating unit 10 and the second repeating unit 16.
  • the template 22 has a first recess 24 and a second recess 26.
  • the circumference of the first recess 24 in the template 22 defines an edge area 32 which is intended to be arranged adjacent to the sealing section to be formed.
  • the first recess 24 and the second recess 26 of the template 22 are connected to one another by a first channel 28.
  • the outer circumference of the template 22 is connected to the first recess 24 via a second channel 30.
  • FIG. 2 shows the template 22 from FIG. 1 arranged on the first repeating unit 10 from FIG. 1, in a top view and a cross-sectional view along the section line I-1. It can be seen from the illustration in FIG. 2 that the dimensions of the first recess 24 in the template 22 are selected to be somewhat larger than the dimensions of the first recess 12 in the first repeating unit 10. The excess of the first recess 24 in the template 22 defines the width of the sealing section to be formed, which in the present case is to be formed essentially in a circular shape around the first recess 12 of the first repeating unit 10.
  • Figure 3 shows the second repeating unit 16 of Figure 1 arranged on the arrangement of Figure 2, in a plan view and a cross-sectional view along the section line II.
  • the template 22 is arranged between the first repeating unit 10 and the second repeating unit 16 such that the first recesses 12, 18, 24 and the second recesses 14, 20, 26 are each aligned with one another in the stacking direction, at least essentially.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view corresponding to the section line II of FIG. 3, which illustrates the introduction of the sealing compound 40
  • FIG. 5 shows a plan view of the arrangement of FIG. 4, along the section line 11-11.
  • Recesses that are aligned with one another in the individual repeating units can form one or more channels, in particular gas supply channels, that run through the fuel cell stack essentially parallel to the stack axis.
  • the sealing gaps that arise between the individual repeating units must be sealed so that no gas escapes when the fuel cell is in operation.
  • the seals between the repeating units designed according to the invention are generally to be designed to be electrically insulating, so that the repeating units are not electrically short-circuited.
  • the fuel cell stack generally also has an upper end plate (not shown).
  • the end plate 34 has no opening aligned with the first openings 12, 18, 24 and therefore serves as a permanent locking element which remains part of the arrangement even after the sealing compound 40 has been introduced.
  • the use of at least one temporary locking element is conceivable, which is removed after the sealing compound has been introduced.
  • both permanent and temporary tensioning devices for mechanical tensioning of the fuel cell stack are possible.
  • the method according to the invention preferably produces a multiplicity of sealing sections at the same time, the production of only one sealing section 42 which seals the first recesses 12, 18 in the repeating units 10, 16 is explained below by way of example.
  • the first repeating unit 10, the template 22 and the second repeating unit 16 are stacked on an end plate 34 such that the respective recesses 12, 18, 24, or 14, 20, 26 are aligned with one another.
  • the second recesses 14, 20, 26 form a feed or fill opening for the sealing compound 40.
  • a feed device 38 is connected to this fill opening with a seal, so that sealing compound introduced into the second recesses 14, 20, 26 40 reaches the first recesses 12, 18 and 24 via the channel 28 of the template 22.
  • the sealant is preferably introduced under high pressure.
  • the filling channel formed by the second recesses 14, 20, 26 is generally completely filled first. Then the sealant 40 is distributed in the sealing channels. The displaced air can leave the channels, for example, through the second channel 30 of the template 22 or through the template 22 if it has a porous structure.
  • the entire arrangement is compressed by an externally applied, preferably controlled force F.
  • a mandrel 36 is arranged in the mutually aligned first recesses 12, 18 and 24, the outer dimensions of which are somewhat smaller than the inner dimensions of the first recesses 12, 18.
  • the mandrel 36 serves in particular to suitably determine the cross-sectional ratio of the filling opening formed by the second recesses and the seal to be formed, in order to achieve hydrodynamically favorable properties.
  • sealing compound 40 At the end of the filling process, all sealing channels are filled with sealing compound 40. A further pressing in of sealing compound 40 leads to sealing compound 40 penetrating into the second channel 30 or into the pore structure of the template 22. As a result, the pressure in the sealing channel and thus in the filling channel increases rapidly. This increase in pressure can advantageously be detected in order to end the filling process.
  • the introduction of the sealing compound 40 can be supported by a negative pressure (vacuum), which is applied to the outside of the template 22 relative to the inside. Since a constant pressure equalization occurs through the second channel 30 or the porous configuration of the template 22, the negative pressure may have to be maintained in a device by constant pumping. The negative pressure ensures that the sealing compound is sucked into the recess in the template 22 more quickly and that the formation of air pockets / air bubbles is avoided.
  • a negative pressure vacuum
  • the mandrel 36 can be removed without the substantial quantities of the sealing compound 40 getting into the first recesses 12, 18.
  • the mandrel 36 is formed, for example, by a tie rod which is left in the fuel cell stack in order to maintain the tension of the finished product.
  • the entire arrangement can, for example, be placed in an oven are, possibly while maintaining the compression by the force F to cure the sealant 40.
  • the sealing compound 40 first releases its solvents or diluents and, if appropriate, binders as a result of the temperature increase.
  • the vapors can escape through the second channel 30 of the template 22 or through the template 22 if the latter is porous.
  • the sealing compound is present, for example, as a dry raw substance of the glass solder, that is to say as a porous body with the shape of the sealing section to be formed.
  • a porous green body represents a mechanical resistance when the fuel cell stack is compressed (that is to say when the sealing surfaces 10a, 16a are pressed together).
  • the pore body will therefore collapse in a controlled manner when the compression is increased and its height will decrease (reduction in pore volume).
  • components of the sealing section or the sealing element begin to sinter and melt according to the composition of the glass solder. A transition from a solid to a highly viscous liquid consistency of the sealing element takes place. If the temperature increases further, the glass solder melts completely and wets the surfaces of the successive repetition units 10, 16 to be sealed against one another. The highly non-Newtonian flow behavior of such a glass melt and the capillary action within the sealing gap prevent the glass solder from completely drying out within a defined period of time the sealing gap is pressed out, even with a further compression of the sealing surfaces.
  • the further compression and thus the reduction in the height of the sealing element is advantageous in order to compensate for the shrinkage of the sealing section, which can arise from the release of binders and solvents as well as enclosed air and gas bubbles.
  • the further compression of the fuel cell stack in the course of the joining process can take place, for example, in accordance with the two following variants.
  • a combustible stencil 22 burns preferably without residues when the temperature rises further. Due to the compression of the fuel cell stack, caused by a temporary or permanent tensioning of the fuel cell stack during the burning process, the template 22 collapses during the burning. Touching the successive repeating units is prevented by limiting and / or dosing the compression force F. Touching it would result in the sealing compound 40 possibly being completely pressed out of the sealing gap and the repeating units 10, 16 also experiencing an electrical short circuit. By limiting the force F, the sealing compound 40 remains essentially in its original shape, in the plane that was predetermined by the sealing gap, so that a surface seal (sealing section 42) is formed around the recesses 12 and 18 to be sealed. The height of the sealing section 42 or of the sealing element is (somewhat) less than the height of the original air gap (the negative form), since the sealing compound 40, as mentioned, binders and during the melting process
  • the template 22 is not burned (without residues), but instead, the bracing of the fuel cell stack causes the template 22 to collapse, supported by the loss (thermal degradation) of at least one structure-forming component.
  • the electrically insulating effect of the template 22 or the corresponding degradation products can advantageously be used to short-circuit between successive repeating units
  • FIG. 6 shows a top view of a finished sealing section corresponding to the illustration in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows that the sealing section 42 produced according to the invention extends in a ring around the first recess 12 in the first repeating unit 10, so that a channel connecting the first recesses 12 and 18 is formed by the sealing section 42.
  • the sealing compound present in the second recess 14 was removed by means of a further dome (not shown) before the sealing compound 40 had hardened.
  • embodiments are also conceivable in which sealing compound 40 remains in the second recesses in order to increase the stability of the overall structure.
  • the sealing compound 40 is filtered through a porous configuration of the template 22.
  • the second channel 30 of the template 22 is preferably omitted. Due to the internal pressure, the sealing compound 40 is pressed from the sealing gap through the template 22. Solid particles (glass solder) are retained, while the diluent of the sealant 40 (water) is pressed out as filtrate and runs off. This can make it much thinner and therefore better flowable sealant 40 a very compact blank for the sealing section to be formed (filter cake).
  • the quick and reliable drainage of the diluent through the porous structure of the template can be improved by a surface modification of the fiber or pore structure by increasing the wetting of the fiber / pore structure by the solvent.
  • a hydrophilic surface layer or impregnation with a hydrophilic component can improve the removal of the water to the outside.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle beziehungsweise eines Brennstoffzellenstapels, mit den folgenden Schritten: a) Vorsehen einer ersten Wiederholeinheit (10) mit einer ersten Dichtfläche (10a) und zumindest einer zweiten Wiederholeinheit (16) mit einer zweiten Dichtfläche (16a); und b) Ausbilden von zumindest einem Dichtungsabschnitt (42) zwischen der ersten Dichtfläche (10a) und der zweiten Dichtfläche (16a). Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass der Schritt b) umfasst: b1) Anordnen einer Schablone (22) zwischen der ersten Dichtfläche (10a) und der zweiten Dichtfläche (16a), wobei die Schablone (22) zumindest einen Randbereich (32) aufweist, der benachbart zu dem auszubildenden Dichtungsabschnitt (42) angeordnet wird; und b2) Einbringen einer Dichtungsmasse (40) in einen Bereich, der durch die erste Dichtfläche (10a), die zweite Dichtfläche (16a) und den Randbereich (32) der Schablone (22) begrenzt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle beziehungsweise eines Brennstoffzellenstapels, mit den folgenden Schritten: a) Vor- sehen einer ersten Wiederholeinheit mit einer ersten Dichtfläche und zumindest einer zweiten Wiederholeinheit mit einer zweiten Dichtfläche; und b) Ausbilden von zumindest einem Dichtungsabschnitt zwischen der ersten Dichtfläche und der zweiten Dichtfläche.
Beispielsweise SOFC-Brennstoffzellenstapel (SQFC = "Solid Oxide Fluid Cell") umfassen eine Vielzahl von sogenannten Wiederholeinheiten, zwischen denen jeweils Dichtungen angeordnet sind, die in vielen Fällen den Abstand der Wiederholeinheiten festlegen und beispielsweise sich in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels erstreckende Durchbrüche abdichten. Weiterhin sind in der Regel eine obere sowie eine untere Endplatte sowie Stromabnehmerplatten vorgesehen. Es sind sowohl Brennstoffzellenstapel bekannt, bei denen die einzelnen Lagen starr verklebt sind (beispielsweise durch eine Glaspaste), als auch Brennstoffzellenstapel, die über lösbare, kompressible Dichtungen oder über Compound-Dichtungen verfügen.
Ein Problem bei der Herstellung von Brennstoffzellen beziehungsweise von Brennstoffzellenstapeln besteht darin, dass die Einzeldichtungen extrem aufwendig herzustellen sind, wobei in vielen Fällen beispielsweise beim Stanzen viel Verschnitt anfällt. Weiterhin ist derzeit nur eine sehr zeitaufwendige serielle Fertigung möglich. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bekannt, eine die
Dichtungsmasse bildende Glaspaste seriell auf jede einzelne Wiederholeinheit aufzurakeln oder mit Hilfe eines Dispensers in Raupen zu legen. Die serielle Fertigung ist weiterhin fehleranfällig. Beispielsweise ergibt sich die Ausfallrate eines Brennstoffzellenstapels zu: Ausfallrate = 1 - (1 - p)n,
wobei n der Anzahl der Dichtungen und p der Ausfallwahrscheinlichkeit einer Einzeldichtung entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verfahren derart weiterzubilden, dass die Fehleranfälligkeit gesenkt und eine parallele Fertigung möglich wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Schritt b) umfasst: b1) Anordnen einer Schablone zwischen der ersten Dichtfläche und der zweiten Dichtfläche, wobei die Schablone zumindest einen Randbereich aufweist, der benachbart zu dem auszubildenden Dichtungsab- schnitt angeordnet wird; und b2) Einbringen einer Dichtungsmasse in einen Bereich, der durch die erste Dichtfläche, die zweite Dichtfläche und den Randbereich der Schablone begrenzt wird. Diese Lösung ermöglicht eine schnelle und prozesssichere Montage, bei der mehrere Dichtungen gleichzeitig ausgerichtet werden können. Weiterhin ist der Materialverlust im Vergleich zu bekannten Verfahren gering, ebenso wie die Fehleranfälligkeit. Die Abmessungen des zu- mindest einen auszubildenden Dichtungsabschnitts können durch die Wahl der Abmessungen der Schablone in einfacher Weise beeinflusst werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens treten besonders deutlich her- vor, wenn vorgesehen ist, dass zum Aufstapeln eines Brennstoffzellenstapels eine Vielzahl von Wiederholeinheiten übereinander angeordnet wird, wobei zwi- sehen jeweils zwei benachbarten Wiederholeinheiten jeweils zumindest eine Schablone vorgesehen wird. In diesem Fall kann eine Vielzahl von zwischen den einzelnen Wiederholeinheiten vorgesehenen Dichtungsabschnitten parallel hergestellt werden.
Weiterhin wird bevorzugt, dass die Schablone zumindest teilweise aus einem organischen Fasermaterial, einem Kohlefasermaterial oder einem entsprechenden Verbundmaterial gebildet ist. Bei dem jeweiligen Material kann es sich beispielsweise um Filz, Vlies, Gewirk oder Gewebe handeln.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Schablone während und/oder nach der Ausbildung des zumindest einen Dichtungsabschnitts ganz oder teilweise entfernt und/oder ganz oder teilweise in ihren Materialeigenschaften verändert wird. Beispielsweise kann die Schablone aus einem nicht-temperaturbeständigen (beispielsweise für Temperaturen über 800 °C), brennbaren, ebenen Material bestehen. In diesem Fall kann die Schablone nach der Ausbildung des zumindest einen Dichtungsabschnittes durch Verbrennen ganz oder vollständig entfernt werden. Alternativ kann die Schablone aus einem Material bestehen, welches statt der Eigenschaft der Brennbar- keit die Eigenschaft besitzt, unter Temperatureinwirkung seine mechanische Stabilität zu verlieren, das heißt unter Krafteinwirkung zu kollabieren. Weiterhin kann das Material (beziehungsweise dessen Abbauprodukte) elektrisch isolierend sein. Zu diesem Zweck kann das Material beispielsweise durch einen organischen oder keramischen Faserverbund- oder Schaumwerkstoff gebildet sein, bei dem unter Temperatureinwirkung zumindest eine strukturbildende Komponente verdampft, verbrennt oder schmilzt. Wie bereits erwähnt, kommt auch ein Verbundmaterial in Betracht, das eine Kombination der erwähnten Materialien darstellt. Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Dichtmasse dispergierte Bestandteile für ein Glaslot enthält.
Weiterhin wird bevorzugt, dass die Dichtmasse zur Ausbildung des zumindest einen Dichtungsabschnitts zumindest teilweise einem Aushärte- und/oder Ge- lierprozess unterzogen wird. Zum Aushärten oder Gelieren enthält die Dichtmasse vorzugsweise eine Härterkomponente. Dabei kann die Härterkomponente der Dichtmasse in vorteilhafter Weise erst kurz vor dem Injizieren bezie- hungsweise Einbringen in den entsprechenden Bereich beigemischt werden. Der Härter- oder Gelbildner kann beispielsweise durch Luftzutritt, Temperatur oder einen chemischen Aktivator aktiviert werden, der auf die Schablone und/oder zumindest eine Dichtfläche appliziert wurde.
Ohne darauf beschränkt zu sein, wird bevorzugt, dass der zumindest eine Dichtungsabschnitt benachbart zu einer ersten Ausnehmung in der ersten Wiederholeinheit ausgebildet wird. Die Ausnehmung kann insbesondere dazu vorgesehen sein, einen sich durch den Brennstoffzellenstapel erstreckenden Gaskanal mit zu bilden.
In ähnlicher Weise kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Dichtungsabschnitt benachbart zu einer ersten Ausnehmung in der zweiten Wiederholeinheit ausgebildet wird. Ohne darauf beschränkt zu sein, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft anwenden, wenn eine erste Ausnehmung in der ersten Wiederholeinheit mit der zweiten Ausnehmung in der zweiten Wiederholeinheit in Stapelrichtung miteinander ausgerichtet sind.
Insbesondere in diesem Zusammenhang wird weiterhin bevorzugt, dass die
Schablone eine erste Ausnehmung aufweist, deren Abmessungen größer als die Abmessungen der ersten Ausnehmung in der ersten Wiederholeinheit und/oder größer als die Abmessungen der ersten Ausnehmung in der zweiten Wiederholeinheit sind. In diesem Fall legt das Übermaß der ersten Ausnehmung in der Schablone die Breite des auszubildenden Dichtungsabschnitts fest, während die Höhe der Schablone die Höhe des auszubildenden Dichtungsabschnitts festlegt.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Einbringen der Dichtungsmasse gemäß dem Schritt 2b) zumindest teilweise über die erste Ausnehmung in der ersten Wiederholeinheit und/oder über die erste Ausnehmung in der zweiten Wiederhol- einheit und/oder über die erste Ausnehmung in der Schablone erfolgt. Zum Einbringen der Dichtungsmasse wird vorzugsweise eine Zuführeinrichtung verwendet, die beispielsweise einen Schlauch oder ein Rohr umfassen kann. Vorzugsweise ist ein Flansch oder eine sonstige Kupplungseinrichtung vorgesehen, mit der die Zuführeinrichtung unter Abdichtung mit einer der ersten Aus- nehmungen verbunden werden kann.
Im vorstehend erläuterten Zusammenhang wird es weiterhin als vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass sich beim Einbringen der Dichtungsmasse gemäß dem Schritt 2b) ein Dorn zumindest teilweise durch die erste Ausneh- mung in der ersten Wiederholeinheit und/oder die erste Ausnehmung in der zweiten Wiederholeinheit und/oder die erste Ausnehmung in der Schablone erstreckt. Der Dorn hat vorzugsweise nur geringfügig kleinere Außenabmessungen als die Innenabmessungen der ersten Durchbrüche. Die Viskosität der Dichtmasse ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass nur wenig oder keine Dichtmasse beim Entfernen des Doms in den dann freiwerdenden Durchbruch läuft.
Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Wiederholeinheit eine zweite Aμsnehmung und/oder die zweite Wiederholeinheit eine zweite Ausnehmung und/oder die Schablone eine zweite Ausnehmung aufweist. Dabei wird bevorzugt, dass die vorhandenen zweiten Ausnehmungen in Stapelrichtung miteinander ausgerichtet sind.
In diesem Zusammenhang wird weiterhin bevorzugt, dass die erste Ausneh- mung der Schablone über einen ersten Kanal mit der zweiten Ausnehmung der Schablone verbunden ist. In diesem Fall können die miteinander ausgerichteten zweiten Ausnehmungen einen Einfüllkanal für die Dichtmasse bilden, wobei die Dichtmasse über den ersten Kanal von der Einfüllöffnung zu den ersten Ausnehmungen gelangt, in denen vorzugsweise der erwähnte Dorn angeordnet ist. Dabei wird es als vorteilhaft erachtet, wenn der Einfüllkanal eine Querschnittsfläche aufweist, die relativ groß im Vergleich zur Querschnittsfläche des auszubildenden Dichtungsabschnitts ist. Dadurch ist der hydrodynamische Druckverlust im Einfüllkanal sehr viel kleiner als im Dichtkanal, wenn ein Fluid (beziehungsweise die Dichtungsmasse) durch die beiden Kanäle strömt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Einbringen der Dichtungsmasse gemäß dem Schritt 2b) zumindest teilweise über die zweite Ausnehmung in der ersten Wiederholeinheit und/oder über die zweite Ausnehmung in der zweiten Wiederholeinheit und/oder über die zweite Ausnehmung in der Schablone er- folgt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach der Durchführung des Schrittes 2b) in der zweiten Ausnehmung in der ersten Wiederholeinheit und/oder in der zweiten Ausnehmung in der zweiten Wiederholeinheit und/oder in der zweiten Ausnehmung in der Schablone vorhandene Dichtmasse zumindest teilweise wieder entfernt wird, insbesondere mit Hilfe eines zweiten Doms. Alternativ kann die Dichtungsmasse in dem durch die zweiten Ausnehmungen gebildeten Kanal verbleiben und dort aushärten um die Stabilität des Gesamtaufbaus zu erhöhen. Für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt, dass die erste Wiederholeinheit und die zweite Wiederholeinheit während der Durchführung des Schritts b) zumindest zeitweise komprimiert werden, vorzugsweise durch zumindest eine geregelte Kraftkomponente. Dadurch wird beim Einfüllen der Dichtungsmasse vermieden, dass die Wiederholeinheiten durch die Dichtungsmasse auseinander bewegt werden. In späteren Verfahrensstufen kann die Kompression dazu beitragen, ein Kollabieren der Schablone^) hervorzurufen.
Jeder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Brennstoffzellenstapel fällt in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Dies gilt insbesondere für einen Brennstoff zellenstapel, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest zwei in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels zumindest im Wesentlichen miteinander ausgerichtete Dichtungsabschnitte durch Dichtungsmasse verbunden sind. Durch Dichtungsmasse verbundene übereinander zwischen mehreren Wiederholeinheiten angeordnete Dichtungsabschnitte stellen ein deutliches Indiz dar, dass das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wurde.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist die Erkenntnis, dass es durch den Einsatz von zwischen jeweils zwei Wiederholeinheiten angeordneten Schablonen möglich ist, eine Vielzahl von übereinander vorzusehenden Dichtungen gleichzeitig auszubilden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert.
Es zeigen: Figur 1 Draufsichten und Querschnittsansichten entlang der Schnittlinie l-l von einer ersten und einer zweiten Wiederholeinheit sowie von einer Schablone;
Figur 2 die Schablone von Figur 1 angeordnet auf der ersten Wiederholeinheit von Figur 1 , in einer Draufsicht und einer Querschnittsan- sicht entlang der Schnittlinie l-l;
Figur 3 die zweite Wiederholeinheit von Figur 1 angeordnet auf der An- Ordnung von Figur 2, in einer Draufsicht und einer Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie l-l;
Figur 4 eine Querschnittsansicht entsprechend der Schnittlinie l-l der Figur 3, die das Einbringen der Dichtmasse veranschaulicht;
Figur 5 eine Draufsicht auf die Anordnung von Figur 4 entlang der Schnittlinie 11-11; und
Figur 6 eine der Darstellung von Figur 5 entsprechende Draufsicht eines fertiggestellten Dichtungsabschnitts.
Figur 1 zeigt Draufsichten und Querschnittsansichten entlang der Schnittlinie l-l von einer ersten 10 und einer zweiten Wiederholeinheit 16 sowie von einer Schablone 22. Gemäß der Darstellung von Figur 1 weist die erste Wiederhol- einheit 10 eine erste Dichtfläche 10a sowie einen ersten Durchbruch 12 und einen zweiten Durchbruch 14 auf. Die zweite Wiederholeinheit 16 weist eine zweite Dichtfläche 16a sowie eine erste Ausnehmung 18 und eine zweite Ausnehmung 20 auf.
Im dargestellten Fall ist der Aufbau der ersten Wiederholeinheit 10 und der Aufbau der zweiten Wiederholeinheit 16 identisch, obwohl die Erfindung nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt ist, da auch Anwendungsfälle in Betracht kommen, bei denen unterschiedlich angeordnete Dichtungen zwischen unterschiedlichen Wiederholeinheiten ausgebildet werden.
Zwischen der ersten Wiederholeinheit 10 und der zweiten Wiederholeinheit 16 ist eine Schablone 22 dargestellt. Die Schablone 22 weist eine erste Ausnehmung 24 und eine zweite Ausnehmung 26 auf. Der Umfang der ersten Ausnehmung 24 in der Schablone 22 definiert im vorliegenden Fall einen Randbereich 32, der dazu vorgesehen ist, benachbart zu dem auszubildenden Dich- tungsabschnitt angeordnet zu werden. Die erste Ausnehmung 24 und die zweite Ausnehmung 26 der Schablone 22 sind durch einen ersten Kanal 28 miteinander verbunden. Weiterhin steht der Außenumfang der Schablone 22 über einen zweiten Kanal 30 mit der ersten Ausnehmung 24 in Verbindung.
Figur 2 zeigt die Schablone 22 von Figur 1 angeordnet auf der ersten Wiederholeinheit 10 von Figur 1 , in einer Draufsicht und einer Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie l-l. Der Darstellung von Figur 2 ist zu entnehmen, dass die Abmessungen der ersten Ausnehmung 24 in der Schablone 22 etwas größer als die Abmessungen der ersten Ausnehmung 12 in der ersten Wiederholein- heit 10 gewählt sind. Das Übermaß der ersten Ausnehmung 24 in der Schablone 22 definiert dabei die Breite des auszubildenden Dichtungsabschnitts der im vorliegenden Fall im Wesentlichen kreisringförmig um die erste Ausnehmung 12 der ersten Wiederholeinheit 10 herum ausgebildet werden soll.
Figur 3 zeigt die zweite Wiederholeinheit 16 von Figur 1 angeordnet auf der Anordnung von Figur 2, in einer Draufsicht und einer Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie l-l. Dabei ist die Schablone 22 zwischen der ersten Wiederholeinheit 10 und der zweiten Wiederholeinheit 16 derart angeordnet, dass die ersten Ausnehmungen 12, 18, 24 und die zweiten Ausnehmungen 14, 20, 26 in Stapelrichtung jeweils miteinander ausgerichtet sind, zumindest im Wesentlichen. Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht entsprechend der Schnittlinie l-l der Figur 3, die das Einbringen der Dichtmasse 40 veranschaulicht und Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung von Figur 4, entlang der Schnittlinie 11-11.
Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 4 nur zwei Wiederholeinheiten 10, 16 mit einer dazwischen angeordneten Schablone 22 dargestellt. Der Fachmann erkennt jedoch problemlos, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders dann Vorteile mit sich bringt, wenn ein Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl von Wiederholeinheiten und jeweils zwischen diesen angeordneten Schablonen aufgestapelt ist.
Miteinander ausgerichtete Ausnehmungen in den einzelnen Wiederholeinheiten können dabei einen oder mehrere sich im Wesentlichen parallel zur Stapelach- se durch den Brennstoff zellenstapel ziehende Kanäle bilden, insbesondere Gaszufuhrkanäle. In diesem Fall müssen die zwischen den einzelnen Wiederholeinheiten entstehenden Dichtspalten abgedichtet werden, damit beim Betrieb der Brennstoffzelle kein Gas nach außen tritt. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungen zwischen den Wiederholeinheiten sind in der Regel elektrisch isolierend auszubilden, damit die Wiederholeinheiten nicht elektrisch kurzgeschlossen werden. Weiterhin ist es in vielen Fällen erforderlich, dass die Dichtungen auch bei hohen Temperaturen und vorzugsweise auch bei mechanischen Vibrationen fluiddicht sind, weshalb als Dichtungsmaterial insbesondere ein Glaslot in Betracht kommt.
Weiterhin ist in Figur 4 lediglich eine untere Endplatte 34 dargestellt. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass der Brennstoffzellenstapel in der Regel auch eine nichtdargestellte obere Endplatte aufweist. Im dargestellten Fall weist die Endplatte 34 keinen mit den ersten Durchbrüchen 12, 18, 24 ausgerichteten Durchbruch auf und dient daher als ein permanentes Sperrelement, das auch nach dem Einbringen der Dichtungsmasse 40 Bestandteil der Anordnung bleibt. Alternativ ist der Einsatz von zumindest einem temporären Sperrelement denkbar, das nach dem Einbringen der Dichtungsmasse entfernt wird. In ähnlicher Weise sind sowohl permanente als auch temporäre Spanneinrichtungen zur mechanischen Verspannung des Brennstoffzellenstapels möglich.
Obwohl, wie erwähnt, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise eine Vielzahl von Dichtungsabschnitten gleichzeitig hergestellt wird, wird nachfolgend die Herstellung von nur einem die ersten Ausnehmungen 12, 18 in den Wiederholeinheiten 10, 16 abdichtenden Dichtungsabschnitt 42 beispielhaft er- läutert.
Zur Herstellung des Dichtungsabschnitts werden auf einer Endplatte 34 die erste Wiederholeinheit 10, die Schablone 22 sowie die zweite Wiederholeinheit 16 derart aufgestapelt, dass die jeweiligen Ausnehmungen 12, 18, 24, bezie- hungsweise 14, 20, 26 miteinander ausgerichtet sind. Die zweiten Ausnehmungen 14, 20, 26 bilden dabei eine Zuführ- beziehungsweise Einfüllöffnung für die Dichtungsmasse 40. Mit dieser Einfüllöffnung ist eine lediglich in Figur 4 schematisch angedeutete Zuführeinrichtung 38 unter Abdichtung verbunden, so dass in die zweiten Ausnehmungen 14, 20, 26 eingebrachte Dichtungsmasse 40 über den Kanal 28 der Schablone 22 in die ersten Ausnehmungen 12, 18 und 24 gelangt. Die Dichtungsmasse wird dabei vorzugsweise unter hohem Druck eingebracht. Entsprechend des hydrodynamischen Druckverlusts wird in der Regel zuerst der durch die zweiten Ausnehmungen 14, 20, 26 gebildete Einfüllkanal vollständig gefüllt. Danach verteilt sich die Dichtungsmasse 40 in den Dichtkanälen. Dabei kann die verdrängte Luft die Kanäle beispielsweise durch den zweiten Kanal 30 der Schablone 22 oder durch die Schablone 22 verlassen, falls diese eine poröse Struktur aufweist.
Während des Einbringens der Dichtungsmasse 40 wird die gesamte Anordnung durch eine extern aufgebrachte, vorzugsweise geregelte Kraft F komprimiert.
Der zweite Kanal 30 der Schablone 22 ermöglicht es, dass eventuell zuviel ein- gebrachte Dichtungsmasse 40 wieder austreten kann. In den miteinander ausgerichteten ersten Ausnehmungen 12, 18 und 24 ist ein Dorn 36 angeordnet, dessen Außenabmessungen etwas kleiner als die Inhenabmessungen der ersten Ausnehmungen 12, 18 sind. Der Dorn 36 dient insbesondere dazu, das Querschnittsverhältnis der durch die zweiten Ausnehmungen gebildeten Einfüllöffnung und der auszubildenden Dichtung geeignet festzulegen, um hydrodynamisch günstige Eigenschaften zu erzielen.
Am Ende des Befüllungsvorgangs sind alle Dichtkanäle mit Dichtungsmasse 40 gefüllt. Ein weiteres Einpressen von Dichtungsmasse 40 führt dazu, dass Dichtmasse 40 in den zweiten Kanal 30 oder in die Porenstruktur der Schablone 22 eindringt. Dadurch steigt der Druck im Dichtungskanal und damit im Einfüllkanal rapide an. Dieser Druckanstieg kann in vorteilhafter Weise detektiert werden, um den Einfüllvorgang zu beenden.
Grundsätzlich gilt, dass das Einbringen der Dichtmasse 40 durch einen Unterdruck (Vakuum) unterstützt werden kann, der an den Außenseiten der Schablone 22 relativ zu den Innenseiten anliegt. Da durch den zweiten Kanal 30 bzw. die poröse Ausgestaltung der Schablone 22 ein ständiger Druckausgleich ein- tritt, muss der Unterdruck ggf. durch ständiges Nachpumpen in einer Vorrichtung aufrechterhalten werden. Der Unterdruck sorgt dafür, dass die Dichtmasse schneller in die Aussparung der Schablone 22 gesaugt wird und dass die Bildung von Lufteinschlüssen / Luftblasen vermieden wird.
Sobald die Dichtungsmasse 40 in ihrem Spalt fixiert ist, kann der Dorn 36 entfernt werden, ohne das wesentliche Mengen der Dichtungsmasse 40 in die ersten Ausnehmungen 12, 18 gelangen. Alternativ kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass der Dorn 36 beispielsweise durch einen Zuganker gebildet ist, der in dem Brennstoffzellenstapel belassen wird, um die Verspannung des ferti- gen Produkts aufrechtzuerhalten. Nachdem die Zuführeinrichtung 38 abgekoppelt ist, kann die gesamte Anordnung beispielsweise in einen Ofen eingebracht werden, gegebenenfalls unter Beibehaltung der Kompression durch die Kraft F, um die Dichtungsmasse 40 auszuhärten.
In diesem Fall gibt die Dichtungsmasse 40 durch die Temperaturerhöhung zu- nächst ihre Löse- oder Verdünnungsmittel und gegebenenfalls Bindemittel ab. Die Dämpfe können durch den zweiten Kanal 30 der Schablone 22 oder durch die Schablone 22 hindurch entweichen, falls diese porös ausgestaltet ist. Im weiteren Verlauf, nachdem sämtliche Binde- und Lösemittel aus der Dichtmasse gegeben wurden, liegt die Dichtmasse beispielsweise als trockene Rohsub- stanz des Glaslotes vor, das heißt als poröser Körper mit der Form des auszubildenden Dichtungsabschnitts. Ein derartiger poröser Grünkörper stellt bei einer Kompression des Brennstoffzellenstapels (das heißt bei einem Zusammenpressen der Dichtflächen 10a, 16a) einen mechanischen Widerstand dar. Der Porenkörper wird daher bei einer Erhöhung der Kompression gegebenenfalls kontrolliert kollabieren und dabei in seiner Höhe abnehmen (Reduzierung des Porenvolumens). Im weiteren Verlauf beginnen Bestandteile des Dichtungsabschnitts beziehungsweise des Dichtelements zu sintern und entsprechend der Zusammensetzung des Glaslots aufzuschmelzen. Dabei erfolgt ein Übergang von einer festen zu einer hochviskosen flüssigen Konsistenz des Dichtele- ments. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung schmilzt das Glaslot komplett auf und benetzt die gegeneinander abzudichtenden Flächen der aufeinanderfolgenden Wiederholeinheiten 10, 16. Durch das hochgradig nicht-Newtonsche Fließverhalten einer derartigen Glasschmelze sowie die Kapillarwirkung innerhalb der Dichtspalte wird verhindert, dass in einem definierten Zeitraum das Glaslot vollständig aus dem Dichtspalt herausgedrückt wird, auch bei einer weiteren Kompression der Dichtflächen. Das weitere Komprimieren und damit die Reduzierung der Höhe des Dichtelements ist vorteilhaft, um die Schrumpfung des Dichtungsabschnitts auszugleichen, die durch die Abgabe von Binde- und Lösemitteln sowie eingeschlossener Luft- und Gasblasen entstehen können. Die weitere Kompression des Brennstoffzellenstapels im Verlauf des Fügevorgangs kann beispielsweise entsprechend den beiden folgenden Varianten erfolgen.
Im Falle einer brennbaren Schablone 22 verbrennt diese bei einer weiteren Temperaturerhöhung vorzugsweise ohne Rückstände. Durch die Kompression des Brennstoffzellenstapels, verursacht durch eine temporäre oder permanente Verspannung des Brennstoffzellenstapels während des Brennprozesses, kollabiert die Schablone 22 während des Verbrennens. Das Berühren der aufeinan- derfolgenden Wiederholeinheiten wird durch eine Begrenzung und/oder Dosierung der Kompressionskraft F verhindert. Eine Berührung hätte zur Folge, dass die Dichtmasse 40 unter Umständen vollständig aus dem Dichtspalt herausge- presst wäre und die Wiederholeinheiten 10, 16 zudem einen elektrischen Kurz- schluss erfahren. Durch die Begrenzung der Kraft F verbleibt die Dichtmasse 40 im Wesentlichen in ihrer ursprünglichen Form, in der Ebene, die durch den Dichtspalt vorgegeben war, so dass eine Flächendichtung (Dichtungsabschnitt 42) um die abzudichtenden Ausnehmungen 12 und 18 gebildet wird. Die Höhe des Dichtungsabschnitts 42 beziehungsweise des Dichtelements ist (etwas) geringer als die Höhe des ursprünglichen Luftspalts (der Negativform), da die Dichtmasse 40, wie erwähnt, während des Schmelzprozesses Bindemittel und
Lösemittel abgibt und somit schrumpft. Es ist daher vorteilhaft, die Verspannung des Brennstoffzellenstapels während des Brennens nachzuführen.
Bei einer weiteren Variante wird die Schablone 22 nicht (rückstandslos) ver- brannt, sondern es wird durch die Verspannung des Brennstoffzellenstapels ein gezieltes Kollabieren der Schablone 22, unterstützt durch den Verlust (thermischen Abbau) mindestens einer strukturbildenden Komponente hervorgerufen. In diesem Fall kann die elektrisch isolierende Wirkung der Schablone 22 beziehungsweise der entsprechenden Abbauprodukte in vorteilhafter Weise genutzt werden, um Kurzschlüsse zwischen aufeinanderfolgenden Wiederholeinheiten
10, 16 sicher zu vermeiden. Figur 6 zeigt eine der Darstellung von Figur 5 entsprechende Draufsicht eines fertiggestellten Dichtungsabschnitts. Figur 6 ist zu entnehmen, dass sich der erfindungsgemäß hergestellte Dichtungsabschnitt 42 kreisringförmig um die erste Ausnehmung 12 in der ersten Wiederholeinheit 10 herum erstreckt, so dass durch den Dichtungsabschnitt 42 ein die ersten Ausnehmungen 12 und 18 verbindender Kanal gebildet wird. In der zweiten Ausnehmung 14 vorhandene Dichtungsmasse wurde gemäß der Darstellung von Figur 6 vor dem Aushärten der Dichtungsmasse 40 mittels eines weiteren (nicht dargestellten) Doms ent- fernt. Es sind jedoch ebenfalls Ausführungsformen denkbar, bei denen Dichtungsmasse 40 in den zweiten Ausnehmungen verbleibt, um die Stabilität des Gesamtaufbaus zu erhöhen.
Obwohl die vorstehend erläuterten Ausführungsformen der Erfindung als be- sonders vorteilhaft erachtet werden, ist eine Vielzahl von Modifikationen möglich. Beispielsweise sind Ausführungsformen denkbar, bei denen keine zweiten Ausnehmungen vorgesehen sind, so dass die Dichtungsmasse direkt in die ersten Ausnehmungen eingefüllt wird. Auf den Dorn 36 kann gegebenenfalls verzichtet werden. Es ist ebenfalls denkbar, den Dorn 36 erst nach dem Einbringen der Dichtungsmasse einzuführen, um die Dichtungsmasse aus den ersten Ausnehmungen zu entfernen. Alternativ kann die Dichtungsmasse in den ersten Ausdehnungen verbleiben.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Dichtungsmasse 40 durch eine porö- se Ausgestaltung der Schablone 22 filtriert wird. In diesem Fall wird der zweite Kanal 30 der Schablone 22 vorzugsweise weggelassen. Durch den inneren Druck wird die Dichtungsmasse 40 vom Dichtspalt durch die Schablone 22 gedrückt. Dabei werden feste Partikel (Glaslot) zurückgehalten, während Verdünnungsmittel der Dichtungsmasse 40 (Wasser) als Filtrat nach außen gedrückt wird und abläuft. Dadurch kann trotz einer stark verdünnten und damit besser fließfähigen Dichtungsmasse 40 ein sehr kompakter Rohling für den auszubildenden Dichtungsabschnitt gebildet werden (Filterkuchen).
Das schnelle und prozesssichere Abfließen des Verdünnungsmittels durch die poröse Struktur der Schablone kann durch eine Oberflächenmodifikation der Faser- bzw. Porenstruktur verbessert werden, indem die Benetzung der Faser- /Porenstruktur durch das Lösungsmittel erhöht wird. Im Falle von Wasser kann zum Beispiel eine hydrophile Oberflächenschicht oder des Imprägnieren mit einer hydrophilen Komponente den Abtransport des Wassers nach außen verbessern.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 erste Wiederholeinheit
10a erste Dichtfläche
12 erste Ausnehmung
14 zweite Ausnehmung
16 zweite Wiederholeinheit
16a zweite Dichtfläche
18 erste Ausnehmung 0 zweite Ausnehmung 2 Schablone 4 erste Ausnehmung 6 zweite Ausnehmung 8 erster Kanal 0 zweiter Kanal 2 Randbereich 4 Endplatte 6 Dorn 8 Zuführeinrichtung 0 Dichtungsmaterial 2 Dichtungsabschnitt

Claims

ANSPRUCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle beziehungsweise eines Brennstoffzellenstapels, mit den folgenden Schritten: a) Vorsehen einer ersten Wiederholeinheit (10) mit einer ersten Dichtfläche (10a) und zumindest einer zweiten Wiederholeinheit (16) mit einer zweiten Dichtfläche (16a); und b) Ausbilden von zumindest einem Dichtungsabschnitt (42) zwischen der ersten Dichtfläche (10a) und der zweiten Dichtfläche (16a); dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) umfasst: b1) Anordnen einer Schablone (22) zwischen der ersten Dichtfläche (10a) und der zweiten Dichtfläche (16a), wobei die Schablone (22) zumindest einen Randbereich (32) aufweist, der benachbart zu dem auszubilden- den Dichtungsabschnitt (42) angeordnet wird; und b2) Einbringen einer Dichtungsmasse (40) in einen Bereich, der durch die erste Dichtfläche (10a), die zweite Dichtfläche (16a) und den Randbereich (32) der Schablone (22) begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufstapeln eines Brennstoffzellenstapels eine Vielzahl von Wiederholeinheiten (10, 16) übereinander angeordnet wird, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Wiederholeinheiten (10, 16) jeweils zumindest eine Schablone (22) vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (22) zumindest teilweise aus einem organischen Fasermaterial, einem Kohlefasermaterial oder einem entsprechenden Verbundmaterial gebildet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (22) während und/oder nach der Ausbildung des zumindest einen Dichtungsabschnitts (42) ganz oder teilweise entfernt und/oder ganz oder teilweise in ihren Materialeigenschaften verändert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmasse dispergierte Bestandteile für ein Glaslot enthält.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmasse (40) zur Ausbildung des zumindest einen Dichtungsabschnitts (42) zumindest teilweise einem Aushärte- und/oder Gelier- prozess unterzogen wird. Schablone
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dichtungsabschnitt (42) benachbart zu einer ersten Ausnehmung (12) in der ersten Wiederholeinheit (10) ausgebildet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dichtungsabschnitt (42) benachbart zu einer ersten Ausnehmung (18) in der zweiten Wiederholeinheit (16) ausgebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (22) eine erste Ausnehmung (24) aufweist, deren Abmessungen größer als die Abmessungen der ersten Ausnehmung 12 in der ersten Wiederholeinheit 10 und/oder größer als die Abmessungen der ersten Ausnehmung in der zweiten Wiederholeinheit (16) sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Dichtungsmasse (40) gemäß dem Schritt 2b) zumindest teilweise über die erste Ausnehmung (12) in der ersten Wiederholeinheit (10) und/oder über die erste Ausnehmung (18) in der zweiten Wiederholeinheit (16) und/oder über die erste Ausnehmung (24) in der Schablone (22) erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Einbringen der Dichtungsmasse gemäß dem Schritt 2b) ein Dorn (36) zumindest teilweise durch die erste Ausnehmung (12) in der ersten Wiederholeinheit (10) und/oder die erste Ausnehmung (18) in der zweiten Wiederholeinheit (16) und/oder die erste Ausnehmung (24) in der Schablone (22) erstreckt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wiederholeinheit (10) eine zweite Ausnehmung (14) und/oder die zweite Wiederholeinheit eine zweite Ausnehmung (20) und/oder die Schablone (22) eine zweite Ausnehmung (26) aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (24) der Schablone (22) über einen ersten Kanal (28) mit der zweiten Ausnehmung (26) der Schablone (22) verbunden ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Dichtungsmasse gemäß dem Schritt 2b) zumindest teilweise über die zweite Ausnehmung (14) in der ersten Wiederholeinheit (10) und/oder über die zweite Ausnehmung (20) in der zweiten Wiederholeinheit (16) und/oder über die zweite Ausnehmung (26) in der Schablone (22) erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Durchführung des Schrittes 2b) in der zweiten Ausnehmung (14) in der ersten Wiederholeinheit (10) und/oder in der zweiten Ausnehmung (20) in der zweiten Wiederholeinheit (16) und/oder in der zweiten Ausnehmung (26) in der Schab- lone (22) vorhandene Dichtmasse (40) zumindest teilweise wieder entfernt wird, insbesondere mit Hilfe eines zweiten Doms.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wiederholeinheit (10) und die zweite Wiederhol- einheit (16) während der Durchführung des Schritts b) zumindest zeitweise komprimiert werden, vorzugsweise durch zumindest eine geregelte Kraftkomponente.
17. Brennstoffzellenstapel, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
18. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels zumindest im Wesentlichen miteinander ausgerichtete Dichtungsabschnitte durch Dich- tungsmasse verbunden sind.
EP04785973A 2003-07-25 2004-07-23 Verfahren zur herstellung eines brennstoffzellenstapels Withdrawn EP1649534A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10334131A DE10334131A1 (de) 2003-07-25 2003-07-25 Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels
PCT/DE2004/001639 WO2005011040A2 (de) 2003-07-25 2004-07-23 Verfahren zur herstellung eines brennstoffzellenstapels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1649534A2 true EP1649534A2 (de) 2006-04-26

Family

ID=34071923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04785973A Withdrawn EP1649534A2 (de) 2003-07-25 2004-07-23 Verfahren zur herstellung eines brennstoffzellenstapels

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20080038620A1 (de)
EP (1) EP1649534A2 (de)
DE (1) DE10334131A1 (de)
WO (1) WO2005011040A2 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4825215B2 (ja) * 2005-09-20 2011-11-30 京セラ株式会社 燃料電池セルおよびその製法
DE102006015118B4 (de) * 2006-03-31 2008-09-11 Enerday Gmbh Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel, Verfahren zum temporären Verspannen eines HT-Brennstoffzellenstapels, Verfahren zum Entfernen einer temporären Verspannvorrichtung und Verwendung
DE102008009985B4 (de) 2008-02-19 2015-04-09 Sunfire Gmbh Elektrolyt für eine elektrolytgestützte Hochtemperatur-Brennstoffzelle, Verfahren zu dessen Herstellung, dessen Verwendung für eine elektrolytgestützte Brennstoffzelle und Verwendung der Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellen-Stapel
US8911918B2 (en) * 2010-02-08 2014-12-16 GM Global Technology Operations LLC Hybrid seal application process
DE102013206335A1 (de) * 2013-04-10 2014-10-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19650903C2 (de) * 1996-12-07 1999-03-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzellenmodul mit einer Gasversorgungseinrichtung
US6057054A (en) * 1997-07-16 2000-05-02 Ballard Power Systems Inc. Membrane electrode assembly for an electrochemical fuel cell and a method of making an improved membrane electrode assembly
US6337120B1 (en) * 1998-06-26 2002-01-08 Nok Corporation Gasket for layer-built fuel cells and method for making the same
JP3951484B2 (ja) * 1998-12-16 2007-08-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
DE19908555A1 (de) * 1999-02-27 2000-09-28 Freudenberg Carl Fa Dichtungsanordnung für großflächige dünne Teile
US6231053B1 (en) * 1999-06-11 2001-05-15 Nok Corporation Gasket for fuel cell
JP4066117B2 (ja) * 1999-06-11 2008-03-26 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池用ガスケット
DE19960674B8 (de) * 1999-12-15 2006-07-06 Forschungszentrum Jülich GmbH Substratgestützte Elektroden-Elektrolyt-Einheit
DE10135333A1 (de) * 2001-07-19 2003-02-06 Elringklinger Ag Brennstoffzelleneinheit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005011040A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005011040A2 (de) 2005-02-03
WO2005011040A3 (de) 2005-10-13
DE10334131A1 (de) 2005-02-17
US20080038620A1 (en) 2008-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1720637B1 (de) Verfahren zur herstellung einer membranfiltereinheit
DE69923921T2 (de) Verfahren zum Herstellen von Verbundplatten mit Honigwabenkern
DE69415867T2 (de) Selektives Abdichten von defekten Fasern
DE3612084C2 (de)
DE102010001005A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer SOFC Brennstoffzelle
DE10151134B4 (de) Diffusionsschicht für eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben
EP0118841B1 (de) Verfahren zum Abdichten eines Relais
DE2451236C2 (de) Verfahren zum Herstellen keramischer Substrate
DE10308382B3 (de) Verspannung eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapels
EP3036761A2 (de) Verfahren zum diffusionslöten unter ausbildung einer diffusionszone als lötverbindung und elektronische baugruppe mit einer solchen lötverbindung
DE1902392C3 (de) Verfahren zur Herstellung von mit Kunststoff vergossenen Brennstoffelementen
DE10105976C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung großflächiger Bauelemente aus Faserverbundwerkstoffen
EP2368285A1 (de) Textiles flächiges material für eine batterieelektrode
WO2020007731A1 (de) Verfahren zum erzeugen eines dichtelements an einer gasdiffusionslage einer elektrochemischen einheit und baugruppe aus einer gasdiffusionslage und einem dichtelement
WO2005011040A2 (de) Verfahren zur herstellung eines brennstoffzellenstapels
CH705539A1 (de) Dielektrischer Aktor.
EP3818195B1 (de) Baugruppe für eine elektrochemische vorrichtung und verfahren zum herstellen einer solchen baugruppe
DE102007008341B4 (de) Verfahren zum Verlöten von Bauteilen eines Wärmeübertragers in Schichtbauweise sowie nach diesem Verfahren hergestellter Schichtwärmeübertrager
DE2026219C3 (de) Wasserabreicherungseinheit in Filterpressenbauweise für Brennstoffbatterien
DE2631302B2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkeitsverbindung für eine Bezugselektrode
DE102007025479A1 (de) Einzel-Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellen-Stapel
DE2717286C3 (de) Verfahren zum Hersteilen einer mehrlagigen Leiterplatte
DE102015009045B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters und Überspannungsableiter hergestellt gemäß dem Verfahren
DE2447652A1 (de) Rohrplattenelektrode und verfahren zu deren herstellung
DE102022004500A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen eines Aktivmaterials

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20060120

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL HR LT LV MK

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: STELTER, MICHAEL

17Q First examination report despatched

Effective date: 20071004

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: STAXERA GMBH

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: STAXERA GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20110201