KR20230013059A - 밀봉 연료 전지의 제조 방법 - Google Patents

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폴커 헨릭스
페터 린트너
크리스티안 디쓰너
하랄트 바우어
토마스 벳칫차
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 캐소드측 분배판(K), 애노드측 분배판(A) 및 막 전극 접합체(MEA)를 갖는 연료 전지 스택(100)용 밀봉 연료 전지(101)의 제조 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하기의 단계:
1) 캐소드측 분배판(K) 및 애노드측 분배판(A)을 제공하는 단계,
2) 캐소드측 분배판(K)을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹(B1)과 애노드측 분배판(A)을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹(B2)을 제공하는 단계,
3) 제1 필름 웹(B1)으로부터 캐소드측 분배판(K)용 캐소드측 분배기 구조체(VK)를 펀칭하고, 제2 필름 웹(B2)으로부터 애노드측 분배판(A)용 애노드측 분배기 구조체(VA)를 펀칭하는 단계,
4) 캐소드측 분배기 구조체(VK)를 위한 제1 씰(D1)을 제조하기 위해 제1 필름 웹(B1)을 절단하고, 애노드측 분배기 구조체(VA)를 위한 제2 씰(D2)을 제조하기 위해 제2 필름 웹(B2)을 절단하는 단계,
5) 캐소드측 분배판(K)에 제1 씰(D1)을 배치하고 애노드측 분배판(A)에 제2 씰(D2)을 배치하는 단계,
6) 제1 씰(D1)을 캐소드측 분배판(K)에 그리고 제2 씰(D2)을 애노드측 분배판(A)에 재료 결합 방식으로 결합하기 위해, 특히 함께 용융시키기 위해, 캐소드측 분배판(K)과 애노드측 분배판(A)을 가열하는 단계를 포함한다.

Description

밀봉 연료 전지의 제조 방법
본 발명은, 독립 방법 청구항에 따른, 연료 전지 스택용 밀봉 연료 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 독립 장치 청구항에 따른 상응하는 밀봉 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지는 기본적으로 공지되어 있다. 연료 전지는 종종 캐소드측 분배판, 애노드측 분배판 및 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly)의 반복 유닛들의 스택으로 구성된다. 분배판들은 함께 바이폴라 플레이트를 형성한다. 분배판은 전기 전도성이지만 가스와 이온은 통과시키지 않는다. 분배판은 막 전극 접합체의 활성 표면 상에 가스를 분배한다. 그러한 반복 유닛들의 스택은 서로 압축된다. 연료 전지 스택이 작동하려면 분배판이 막 전극 접합체에 대해 밀봉되어야 한다. 밀봉을 위해 고무 씰을 사용하는 경우, 이를 분배판 및/또는 막 전극 접합체에 부착하거나 이들 사이에 삽입해야 한다. 이는 예를 들어 씰의 사출 성형을 통해 수행할 수 있다. 그러나 씰은 허용 오차를 가지므로, 막 전극 접합체의 활성 표면에서의 전기적 접촉을 보장하기 위해 씰 영역도 가압되어야 한다. 이 경우, 밀봉과 전기적 접촉을 위해 타협점이 필요하다. 고무 씰의 사출 성형은 비용이 많이 들 수 있고, 재활용이 불가능한 많은 폐기물을 야기할 수 있다. 씰은 대개 분배판들 중 하나에서만 주조되고 다른 분배판은 대부분 밀봉면에 대해서만 가압되며, 그로 인해 예를 들어 가스가 분배판과 씰 사이를 통과할 수 있다.
본 발명은 제1 양태에 따라, 독립 방법 청구항의 특징들을 갖는, 연료 전지 스택용 밀봉 연료 전지의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 제2 양태에 따라, 독립 장치 청구항의 특징들을 갖는 상응하는 밀봉 연료 전지를 제공한다. 본 발명의 또 다른 장점, 특징 및 세부 사항은 종속 청구항, 설명부 및 도면부에 명시되어 있다. 본 발명에 따른 방법과 관련하여 기술된 특징 및 세부 사항은 당연히 본 발명에 따른 연료 전지와 관련해서도 적용되며 그 반대의 경우도 마찬가지이므로, 본 발명의 개별 양태들의 개시는 항시 상호 참조되거나, 참조될 수 있다.
본 발명은 제1 양태에 따라, 연료 전지 스택용 밀봉 연료 전지의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 하기의 단계를 포함한다:
1) 캐소드측 분배판 및 애노드측 분배판을 제공하는 단계,
2) 캐소드측 분배판을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹(film web)과 애노드측 분배판을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹을 제공하는 단계,
3) 제1 필름 웹으로부터 캐소드측 분배판용 캐소드측 분배기 구조체를 펀칭하고, 제2 필름 웹으로부터 애노드측 분배판용 애노드측 분배기 구조체를 펀칭하는 단계,
4) 캐소드측 분배기 구조체를 위한 제1 씰을 제조하기 위해 제1 필름 웹을 절단하고, 애노드측 분배기 구조체를 위한 제2 씰을 제조하기 위해 제2 필름 웹을 절단하는 단계,
5) 캐소드측 분배판에 제1 씰을 배치하고 애노드측 분배판에 제2 씰을 배치하는 단계,
6) 제1 씰을 캐소드측 분배판에 그리고 제2 씰을 애노드측 분배판에 재료 결합 방식으로 결합하기 위해, 특히 함께 용융시키기 위해, 캐소드측 분배판과 애노드측 분배판을 가열하는 단계.
본 발명의 범주에서, 본 발명에 따른 방법의 단계들, 특히 단계 4) 및 단계 5)는 정해진 순서로 또는 바뀐 순서로 또는 동시에 실행되는 점을 생각할 수 있다.
본 발명에 따른 분배판은 또한, 상기 밀봉된 연료 전지들을 적층하여 연료 전지 스택을 형성할 때 후속 연료 전지의 상보적 모노폴라 플레이트(monopolar plate) 또는 하우징 플레이트와 맞닿게 되는 모노폴라 플레이트라고 지칭될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 전지 스택은 본 발명에 따라 밀봉된 연료 전지 형태의 복수의 반복 유닛을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 연료 전지 스택은 바람직하게 예컨대 자동차와 같은 이동 애플리케이션 또는 예컨대 발전기 시스템과 같은 고정 애플리케이션을 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 전지 스택은 바람직하게, 신속하고 비용 효율적인 대량 생산, 특히 플로우 라인 생산에 적합하다.
본 발명의 사상은, 바람직하게는 열가소성 필름 웹, 예를 들어 중합체 필름 웹, 예를 들어 PVDF 필름 웹으로부터 각각의 분배기 구조체의 활성 영역 및 포트의 스트립 재료로서 펀칭된다는 것이다. 펀칭 폐기물은 바람직하게 수집되고 재활용될 수 있다. 각각 하나의 펀칭된 필름 웹은 애노드측 분배판과 캐소드측 분배판의 (예컨대 금속으로 된) 표면 상에 배치된다. 각각의 필름 웹을 적용하고, 예를 들어 분배판을 부분적으로 가열함으로써, 분배판 상의 필름 웹이 적어도 밀봉 영역에서 용융된다. 분배판의 가열은 예를 들어 가열된 펀치 또는 롤러, IR 방사기 및/또는 유도 가열기에 의해 그리고/또는 분배판의 저항 가열에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 필름 웹이 각각의 분배판에 접촉할 때 표면에서만 용융되고, 후방으로부터 (필름의 차가운 면이) 예컨대 냉각된 공구를 이용하여 따뜻한 필름에 대해 가압될 수 있도록, 분배판의 정의된 가열이 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주에서, 각각의 씰이 각각의 분배판 상에 적층될 수 있다. 필름 웹은 본 발명의 범주에서 각각의 분배판 상에 배치되기 전, 배치된 후 또는 배치되는 동시에 절단될 수 있다.
이어서, 이러한 방식으로 제조된, 각각 하나의 용융된 씰을 갖는 분배판이 막 전극 접합체와 함께 적층될 수 있으며, 이때 상기 판의 각각의 밀봉측이 막 전극 접합체 상에 배치된다. 다시 말해, 분배판의 필름측들이 서로를 향하며 막 전극 접합체를 둘러싼다. 막 전극 접합체에는 가스 확산층이 제공될 수 있고, 막 전극 접합체는 선택적으로 가장자리 보강재로서의 이른바 개스킷으로 둘러싸이거나 프레임으로 둘러싸일 수 있다. 막 전극 접합체의 영역에서는 또한 스택 높이도 바람직한 방식으로 조정될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따라 밀봉된 연료 전지가 씰 영역에서 다시 잠시 가열될 수 있으며, 그에 따라 각각의 씰의 중합체가 가소화될 수 있다. 따라서 연료 전지는 정확한 간격으로 조정될 수 있다. 이로써 연화된 중합체는 또한 막 전극 접합체를 둘러싸고 그리고/또는 분배판과 접착시키며, 가장자리에서 가스 확산층을 함침시키고, 그리고/또는 분배판들을 상호 연결할 수 있다. 이러한 방식으로 연료 전지는, 서로 응집되어 완전히 밀봉되며 기계 응력이 없는, 개별적으로 취급 가능한 모듈 유닛으로서 제공될 수 있다.
이러한 방식으로 밀봉된 연료 전지들의 연결은, 본 발명에 따른 복수의 밀봉된 연료 전지들을 적층하고, 서로 연속하는 연료 전지들의 분배판을 냉각제측에서 선택적으로 적합하게 밀봉함으로써 수행될 수 있다. 그곳에서의 밀봉은 가스 영역에서보다 덜 임계적이며, 적층 시 위험성이 더 낮다. 추가로, 본 발명의 범주에서는, 분배판들의 외부 냉각제측에, 인접한 연료 전지의 분배판들의 위치 설정 및/또는 재료 결합식 연결에 이용될 수 있는 개별 지지 용접점을 설정하는 것을 생각할 수 있다.
달리 말하면 본 발명의 사상은, 경우에 따라 (포트 및 활성 영역을 제외하고) 가장자리 영역의 전체 면에도 배치되어 용융될 수 있는 비용 효율적인 씰이 스트립 재료로서 제공된다. 적층 방향으로의 공차 보상은 바람직하게 씰의 재가소화를 통해 수행될 수 있다. 본 발명의 도움으로, 막 영역의 씰과 씰 영역에 대한 압축 사이의 기계적 분리가 가능해질 수 있다. 재활용 가능한 열가소성 중합체를 사용하여 폐기물을 줄일 수 있다. 씰이 절단되는 필름 웹의 재료로서 다양한 중합체, 공중합체, 다층 복합 필름 등을 생각할 수 있다. 본 발명의 또 다른 장점에 따르면, 이러한 중합체 필름 형태의 씰이 예를 들어 경사면을 밀봉하기 위해 비평면 베이스에도 적용될 수 있다. 따라서 분배판들은 서로 맞물리면서도 신뢰성 있게 밀봉되는 윤곽을 가질 수 있다.
나아가, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 단계 6)에서, 캐소드측 분배판 및 애노드측 분배판이 부분적으로, 특히 제1 씰 및 이에 상응하게 제2 씰의 영역에서, 가열될 수 있다. 그럼으로써 씰이 의도한 대로, 그리고 그에 따라 효율적으로 재료 결합식으로 분배판에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 단계 6)에서, 캐소드측 분배판 및 애노드측 분배판이 특히 가열된 펀치 또는 롤러, IR 방사기 및/또는 유도 가열기의 도움으로 가열될 수 있다. 이러한 방식으로, 씰을 분배판에 효율적으로 균일하게 연결할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 단계 6)에서, 캐소드측 분배판 및 애노드측 분배판이 의도한 대로, 특히 유도성으로, 제1 씰 및 이에 상응하게 제2 씰로 열이 도입되지 않으면서, 가열될 수 있다. 이러한 방식으로, 분배판과의 재료 결합식 연결을 생성하기 위해 개별 분배판과 접촉하는 필름 웹의 표면층만 용융될 수 있고, 필름 웹의 나머지 재료는 더 나은 밀봉 특성을 제공하기 위해 실질적으로 변함 없이 유지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 이 방법은 다음 단계들 중 적어도 하나의 추가 단계를 포함할 수 있다:
7) 제1 씰이 결합된 캐소드측 분배판, 막 전극 접합체 및 제2 씰이 결합된 애노드측 분배판을 함께 적층하여 밀봉된 연료 전지를 형성하는 단계; -특히, 분배판의 밀봉측이 막 전극 접합체의 방향을 가리킴-;
8) 밀봉된 연료 전지의 높이를 의도한 대로 조정하기 위해, 제1 씰이 결합된 캐소드측 분배판 및 제2 씰이 결합된 애노드측 분배판을 가열하는 단계.
따라서, 완성된 밀봉 연료 전지의 바람직한 그리고/또는 요구되는 두께 또는 높이는 또 다른 단계에서 설정될 수 있고 그리고/또는 용이하게 조정될 수 있다. 막 전극 접합체와 함께 적층된 결합체에서 씰을 용융시킴으로써, 씰은 바람직하게 경우에 따라 가스 확산층이 부착된 막 전극 접합체를 가장자리측에서 둘러싸고 신뢰성 있게 밀봉할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 단계 1)에서, 캐소드측 분배판 및 애노드측 분배판이 전기 전도성 및/또는 열 전도성 재료, 특히 금속 재료, 탄소 재료 및/또는 전도성 플라스틱으로 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 분배판을 통한 전자 수송(electron transport) 및/또는 열 수송이 보장될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 단계 2)에서, 캐소드측 분배판을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹과 애노드측 분배판을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹이 (특히 제조를 간소화하기 위해 동일한, 또는 연료 전지의 애노드측 및 캐소드측을 위해 개별 씰을 제공할 수 있도록 하기 위해 상이한) 바람직하게는 열가소성인 중합체 또는 공중합체로 제조될 수 있다. 따라서, 열처리 가능한 씰이 제공될 수 있고, 그 폐기물은 재활용할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 단계 2)에서, 캐소드측 분배판을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹과 애노드측 분배판을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹이 압출 필름으로서, 특히 스크류 압출(screw extrusion)에 의해, 바람직하게는 공압출에 의해, 예를 들어 차후 가장자리측이 절단될 수 있는 필름 튜브로서 또는 평평한 필름 웹으로서 제공될 수 있다. 그럼으로써 씰을 스트립 재료로서 비용 효율적으로 신속하게 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 밀봉된 연료 전지의 제조 방법에 있어서 단계 2)에서, 캐소드측 분배판을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹과 애노드측 분배판을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹이 예를 들어 상이한 용융점을 가질 수 있는, 특히 복수의 기능층을 갖는 다층 필름으로서 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 필름 웹의 범주에서 기능이 확장될 수 있다. 개별 필름 웹의 상이한 층들에 의해 바람직하게 씰의 상이한 특성이 제공될 수 있다. 즉, 특별히 분배판쪽으로 용융되도록 구성된 한 층은 낮은 용융점을 가질 수 있다. 또 다른 층은 예컨대 분배기 층의 포트 영역에 대해 예컨대 개선된 절연 특성을 가질 수 있다. 또 다른 층은 예를 들어, 특히 연료 함유 가스에 대해 개선된 내식성을 가질 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따라, 전술한 바와 같이 실행될 수 있는 방법을 이용하여 제조되는 연료 전지가 제공된다. 본 발명에 따른 연료 전지에 의해, 본 발명에 따른 방법과 관련하여 위에서 설명한 동일한 장점이 달성될 수 있다. 이러한 장점은 본원에서 전체 참조가 이루어진다. 본 발명에 따른 연료 전지는 개선된 방식으로 응력 없이 밀봉되고 신뢰성 있게 전기적으로 접촉된다.
본 발명 및 본 발명의 개선 및 장점은 하기에서 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 연료 전지 스택의 개략도이다.
도 2는 캐소드측 분배판에 제1 씰을 결합하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 3은 애노드측 분배판에 제2 씰을 결합하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료 전지의 본 발명에 따른 적층 방법의 개략적인 흐름도이다.
서로 다른 도면에서 본 발명의 동일한 부재에는 항상 동일한 참조 부호가 제공되므로, 이들 부재는 일반적으로 한 번만 설명된다.
도 1에는 본 발명에 따른 연료 전지 스택(100)이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 연료 전지 스택(100)은 개별 연료 전지(101) 형태의 복수의 적층된 반복 유닛으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 연료 전지 스택(100)은 다양한 이동 및 고정 애플리케이션에 사용될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 연료 전지 스택용 밀봉 연료 전지를 제조하는 데 이용되는 본 발명에 따른 방법의 순서를 설명하는 역할을 한다. 본 발명에 따른 방법은 하기의 단계를 포함할 수 있다:
1) 캐소드측 분배판(K) 및 애노드측 분배판(A)을 제공하는 단계,
2) 캐소드측 분배판(K)을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹(B1)과 애노드측 분배판(A)을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹(B2)을 (예컨대 압출을 통해) 제공하는 단계,
3) 제1 필름 웹(B1)으로부터 캐소드측 분배판(K)용 캐소드측 분배기 구조체(VK)를 펀칭하고, 제2 필름 웹(B2)으로부터 애노드측 분배판(A)용 애노드측 분배기 구조체(VA)를 펀칭하는 단계,
4) 캐소드측 분배기 구조체(VK)를 위한 제1 씰(D1)을 제조하기 위해 제1 필름 웹(B1)을 절단하고, 애노드측 분배기 구조체(VK)를 위한 제2 씰(D2)을 제조하기 위해 제2 필름 웹(B2)을 절단하는 단계,
5) 캐소드측 분배판(K)에 제1 씰(D1)을 배치하고 애노드측 분배판(A)에 제2 씰(D2)을 배치하는 단계,
6) 제1 씰(D1)을 캐소드측 분배판(K)에 그리고 제2 씰(D2)을 애노드측 분배판(A)에 재료 결합 방식으로 결합하기 위해, 특히 함께 용융시키기 위해, 캐소드측 분배판(K)과 애노드측 분배판(A)을 가열하는 단계.
도 2 및 도 3에 명시되어 있듯이, 단계 4) 및 단계 5)는 정해진 순서로 또는 바뀐 순서로 또는 심지어 동시에 실행될 수 있다.
분배판(K, A)은 또한, 상기 밀봉된 연료 전지(101)를 적층하여 연료 전지 스택(100)을 형성할 때 후속 연료 전지(101)의 상보적 모노폴라 플레이트 또는 하우징 플레이트(GP)와 맞닿게 되는 모노폴라 플레이트라고 지칭될 수 있다.
완성된 연료 전지 스택(100)은 본 발명에 따른 방법으로 밀봉된 연료 전지(101) 형태의 복수의 반복 유닛을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게, 연료 전지(101)의 신속하고 비용 효율적인 대량 생산, 특히 플로우 라인 생산을 가능케 한다.
단계 2)에서, 연료 전지(101)의 캐소드측(도 2 참조) 및 애노드측(도 3 참조)에 대해, 각각 하나의 (동일한 재료로 또는 개별 재료로 된) 필름 웹(B1, B2)이 바람직하게는 열가소성인 중합체 필름 웹, 예컨대 PVDF 필름 웹의 형태로 스트립 재료로서 제공된다.
단계 3)에서, 각각의 분배기 구조체(VK, VA)의 활성 영역 및 포트가 각각의 필름 웹(B1, B2)으로부터 펀칭된다. 펀칭 폐기물은 본 발명의 범주에서 수집되고 재활용될 수 있다.
각각 하나의 펀칭된 필름 웹(B1, B2)은 단계 5)에서 캐소드측 분배판(K)(도 2 참조) 및 애노드측 분배판(A)(도 3 참조)의 막측 표면에 배치된다. 단계 5)에서 필름 웹(B1, B2)을 적용하고, 바람직하게는 단계 6)에서 분배판(K, A)을 부분적으로 가열함으로써, 분배판(K, A) 상의 필름 웹(B1, B2)이 적어도 밀봉 영역에서 용융된다.
단계 6) 및 또 다른 단계 8)에서의 분배판(K, A)의 가열은 예를 들어 도시되지 않은 가열된 펀치 또는 롤러, IR 방사기 및/또는 유도 가열기에 의해 그리고/또는 심지어 분배판의 저항 가열에 의해 수행될 수 있다. 이는 도 2, 도 3 및 도 4에서 열 기호(Q), 온도 기호(T) 및 전류 기호(I)로 표시된다.
바람직하게는 본 발명의 범주에서 분배판(K, A)의 정의된 가열이 예를 들어 유도 가열기의 도움으로 수행될 수 있고, 그에 따라 필름 웹(B1, B2)은 각각의 분배판(K, A)과 접촉할 때 표면만 용융되며, 후방으로부터 {필름 웹(B1, B2)의 차가운 면이} 예컨대 냉각된 공구를 이용하여 따뜻한 필름 표면 또는 필름 층에 대해 가압될 수 있다. 달리 말하면, 각각의 씰(D1)이 각각의 분배판(K, A) 상에 적층될 수 있다. 이를 위해, 필름 웹(B1, B2)은, 용융 온도, 내식성 및/또는 전기 절연과 관련하여 상이한 특성을 가질 수 있는 하나 이상의 기능층을 가질 수 있다.
필름 웹(B1, B2)은 단계 5)에서 각각의 분배판(K, A) 상에 배치되기 전에 단계 4)에서, 또는 배치된 후에, 또는 배치되는 동시에 절단될 수 있다.
계속해서 도 4에 도시된 바와 같이, 각각 하나의 용융된 씰(D1, D2)을 갖는 분배판(K, A)이 또 다른 가능한 단계 7)에서 막 전극 접합체(MEA)와 적층되어 연료 전지(101)를 형성할 수 있으며, 이때 상기 판(K, A)의 각각의 밀봉측이 막 전극 접합체(MEA) 상에 배치된다. 씰(D1, D2)은 막 전극 접합체(MEA)를 프레임처럼 둘러쌀 수 있다. 막 전극 접합체(MEA)에는 선택적으로 가스 확산층이 제공될 수 있고, 경우에 따라 막 전극 접합체는 가장자리 보강재로서의 이른바 개스킷으로 둘러싸이거나 프레임으로 둘러싸일 수 있다.
또 다른 가능한 단계 8)에서, 연료 전지(101)의 스택 높이는 바람직한 방식으로 설정될 수 있고 그리고/또는 조정될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따라 함께 적층된 연료 전지(101)가 단계 7)에서 씰 영역에서 다시 잠시 가열될 수 있으며, 그 결과 각각의 씰(D1, D2)의 재료가 용융될 수 있다. 따라서 연료 전지(101)는 정확한 간격으로 조정될 수 있다. 그로 인해, 씰(D1, D2)의 연화된 재료는 막 전극 접합체(MEA)를 가장자리에서 둘러쌀 수 있고, 그리고/또는 분배판(K, A)과 접착시킬 수 있다. 이로써 선택적인 가스 확산층이 가장자리에서 함침될 수도 있다. 그럼으로써 바람직하게 분배판(K, A)이 상호 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 연료 전지(101)는 완전히 밀봉되고 기계 응력이 없는 응집성 결합체로서 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이 실행될 수 있는 방법을 이용하여 제조되는 연료 전지(101)도 마찬가지로 본 발명의 일 양태를 형성한다. 복수의 이러한 연료 전지(101)를 갖는 상응하는 연료 전지 스택(100)도 마찬가지로 본 발명의 일 양태를 형성할 수 있다.
전술한 도면 설명은 오로지 실시예의 범주에서 본 발명을 기술한다. 실시예들의 개별 특징은, 기술적으로 유의미한 경우에 한해, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 서로 자유롭게 조합될 수 있음은 자명하다.

Claims (10)

  1. 연료 전지 스택(100)용 밀봉 연료 전지(101)의 제조 방법이며, 이 방법은 하기의 단계:
    1) 캐소드측 분배판(K) 및 애노드측 분배판(A)을 제공하는 단계,
    2) 캐소드측 분배판(K)을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹(B1)과 애노드측 분배판(A)을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹(B2)을 제공하는 단계,
    3) 제1 필름 웹(B1)으로부터 캐소드측 분배판(K)용 캐소드측 분배기 구조체(VK)를 펀칭하고, 제2 필름 웹(B2)으로부터 애노드측 분배판(A)용 애노드측 분배기 구조체(VA)를 펀칭하는 단계,
    4) 캐소드측 분배기 구조체(VK)를 위한 제1 씰(D1)을 제조하기 위해 제1 필름 웹(B1)을 절단하고, 애노드측 분배기 구조체(VA)를 위한 제2 씰(D2)을 제조하기 위해 제2 필름 웹(B2)을 절단하는 단계,
    5) 캐소드측 분배판(K)에 제1 씰(D1)을 배치하고 애노드측 분배판(A)에 제2 씰(D2)을 배치하는 단계,
    6) 제1 씰(D1)을 캐소드측 분배판(K)에 그리고 제2 씰(D2)을 애노드측 분배판(A)에 재료 결합 방식으로 결합하기 위해, 특히 함께 용융시키기 위해, 캐소드측 분배판(K)과 애노드측 분배판(A)을 가열하는 단계를 포함하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 6)에서, 캐소드측 분배판(K) 및 애노드측 분배판(A)이 부분적으로, 특히 제1 씰(D1) 및 이에 상응하게 제2 씰(D2)의 영역에서, 가열되는 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 6)에서, 캐소드측 분배판(K) 및 애노드측 분배판(A)이 특히 가열된 펀치 또는 롤러, IR 방사기 및/또는 유도 가열기의 도움으로 가열되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 6)에서, 캐소드측 분배판(K) 및 애노드측 분배판(A)이 의도한 대로, 특히 유도성으로, 제1 씰(D1) 및 이에 상응하게 제2 씰(D2)로 열이 도입되지 않으면서, 가열되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 다음 단계들 중 적어도 하나의 추가 단계:
    7) 제1 씰(D1)이 결합된 캐소드측 분배판(K), 막 전극 접합체(MEA) 및 제2 씰(D2)이 결합된 애노드측 분배판(A)을 함께 적층하여 밀봉된 연료 전지(101)를 형성하는 단계,
    8) 밀봉된 연료 전지(101)의 높이를 의도한 대로 조정하기 위해, 제1 씰(D1)이 결합된 캐소드측 분배판(K) 및 제2 씰(D2)이 결합된 애노드측 분배판(A)을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 1)에서, 캐소드측 분배판(K) 및 애노드측 분배판(A)이 전기 전도성 및/또는 열 전도성 재료, 특히 금속 재료, 탄소 재료 및/또는 전도성 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 2)에서, 캐소드측 분배판(K)을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹(B1)과 애노드측 분배판(A)을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹(B2)이 특히 동일한, 또는 바람직하게 열가소성인 중합체 또는 공중합체로 제조되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 단계 2)에서, 캐소드측 분배판(K)을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹(B1)과 애노드측 분배판(A)을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹(B2)이 압출 필름으로서, 특히 스크류 압출에 의해, 바람직하게는 공압출에 의해, 예를 들어 필름 튜브로서 또는 평평한 필름 웹으로서 제공되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 2)에서, 캐소드측 분배판(K)을 밀봉하기 위한 제1 필름 웹(B1)과 애노드측 분배판(A)을 밀봉하기 위한 제2 필름 웹(B2)이, 예를 들어 상이한 용융점을 가질 수 있는, 특히 복수의 기능층을 갖는 다층 필름으로서 제공되는 것을 특징으로 하는, 밀봉 연료 전지 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 연료 전지 스택(100)을 위한 밀봉 연료 전지(101).
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