WO2020030644A1

WO2020030644A1 - Elektrochemisches system

Info

Publication number: WO2020030644A1
Application number: PCT/EP2019/071129
Authority: WO
Inventors: André SPEIDEL; Stephan Wenzel; Joachim Scherer
Original assignee: Reinz-Dichtungs-Gmbh
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2020-02-13
Also published as: US20210328236A1; CN112567553A; DE112019004066A5; DE202018104628U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches System (1) mit einer ersten Separatorplatte (2) und einer zweiten Separatorplatte (2') und mit einer zwischen den Separatorplatten (2, 2') angeordneten Membranelektrodeneinheit (MEA) (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130), wobei die MEA eine Membran (14) zur Ausbildung einer elektrochemischen Zelle sowie einen mit der Membran (14) verbundenen und ein Folienmaterial umfassenden Randabschnitt (15) zum Positionieren und/oder zum Befestigen der Membran (14) zwischen den Separatorplatten (2, 2') aufweist. Der Randabschnitt (15) weist zur wenigstens bereichsweisen Versteifung des Randabschnitts (15) mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder Vertiefung (25b) auf.

Description

Elektrochemisches System

Die vorliegende Offenbarung betrifft vornehmlich ein elektrochemisches Sys tem.

Bekannte elektrochemische Systeme umfassen gewöhnlich eine Vielzahl von Separatorplatten oder Bipolarplatten, die in einem Stapel angeordnet sind, so dass je zwei benachbarte Separatorplatten bzw. Bipolarplatten eine elektro chemische Zelle einschließen. Die Separatorplatten bzw. Bipolarplatten kön- nen jeweils zwei zusammengefügte Einzelplatten umfassen oder jeweils aus zwei zusammengefügten Einzelplatten gebildet sein. Die Separatorplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Die Separatorplatten können auch zum Ableiten von Wärme dienen, die in den

Zellen zwischen den Separatorplatten entsteht. Solche Abwärme kann etwa bei der Umwandlung chemischer in elektrische Energie in einer Brennstoffzel- le entstehen bzw. umgekehrt in einem Elektrolyseur.

Gewöhnlich weisen die Separatorplatten jeweils wenigstens eine Durchgangs öffnung auf. Im Separatorplattenstapel des elektrochemischen Systems bilden die fluchtend oder zumindest abschnittsweise überlappend angeordneten Durchgangsöffnungen der gestapelten Separatorplatten dann Medienkanäle zur Medienzufuhr oder zur Medienableitung. Zum Abdichten der Durchgangs öffnungen bzw. der durch die Durchgangsöffnungen der Separatorplatten gebildeten Medienkanäle weisen bekannte Separatorplatten ferner Dichtan ordnungen auf, die jeweils um die Durchgangsöffnung der Separatorplatte herum angeordnet sind. Die Dichtanordnungen können z. B. als in die jeweili ge Einzelplatte eingeformte, insbesondere eingeprägte Dichtsicke und/oder auch als separate oder aufgespritzte Elastomerdichtungen ausgebildet sein.

Die Separatorplatten können außerdem Kanalstrukturen zur Versorgung eines aktiven Bereichs der Separatorplatte mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Medien aufweisen. Der aktive Bereich zweier einander auf entgegengesetzten Seiten der Zelle angeordneter

Separatorplatten kann z. B. eine elektrochemische Zelle einschließen oder begrenzen. Bei den Medien kann es sich beispielsweise um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff, Methanol oder Reformat), Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauer stoff) oder um ein Kühlmittel als zugeführte Medien und um Reaktionspro dukte und erwärmtes Kühlmittel als abgeführte Medien handeln. Bei Brenn stoffzellen werden üblicherweise auf den voneinander abgewandten Oberflä chen der Separatorplatten bzw. Bipolarplatten die Reaktionsmedien, d. h. Brennstoff und Reaktionsgase, geführt, während das Kühlmittel üblicherweise in einem Hohlraum geführt wird, der beispielsweise zwischen den beiden die Separatorplatte bildenden Einzelplatten ausgebildet ist.

Bekannte Separatorplatten bzw. Bipolarplatten weisen zudem typischerweise zwischen den Durchgangsöffnungen und dem aktiven Bereich der Platte an geordnete Verteilbereiche auf, die dazu dienen, Medium, das der jeweiligen Platte über eine Durchgangsöffnung der Platte zugeführt wird, möglichst gleichmäßig über den aktiven Bereich der Platte zu verteilen. Dazu können die Verteilbereiche z. B. Verteilstrukturen in Form von Stegen und Kanälen auf weisen. Es sind jedoch auch andere Verteilstrukturen denkbar. Vergleichbare Strukturen werden verwendet, um ein Medium, das vom aktiven Bereich ab geführt wird, zu sammeln und zu einer Durchgangsöffnung zu führen. Diese Bereiche werden üblicherweise als Sammelbereiche bezeichnet. Der Einfach heit halber werden die Verteilbereiche und die Sammelbereiche hier zusam men als Verteil- und Sammelbereich(e) bezeichnet. Die Kanalstrukturen des aktiven Bereichs sowie die Verteilbereiche sind üblicherweise - meist unter Einschluss mindestens einer der vorgenannten Durchgangsöffnungen - ge genüber dem Außenraum abgedichtet. Die entsprechenden außen umlaufen den Dichtanordnungen können ebenfalls z. B. als in die jeweilige Einzelplatte eingeformte, insbesondere eingeprägte Dichtsicke und/oder auch als separate oder aufgespritzte Elastomerdichtungen ausgebildet sein.

Zwischen benachbarten Separatorplatten oder Bipolarplatten des Stapels ist zur Ausbildung der elektrochemischen Zelle gewöhnlich jeweils eine

Membranelektrodeneinheit (MEA) angeordnet. Die MEA umfasst dabei typi scherweise jeweils eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran, insbesonde re eine lonomermembran, und einen die Membran einfassenden und mit der Membran verbundenen Randabschnitt. Dieser Randabschnitt dient z. B. dazu, die Membran zwischen den angrenzenden Separatorplatten oder

Bipolarplatten zu positionieren und zu befestigen, insbesondere stellt er die Kontaktlinie bzw. den Kontaktbereich zu dem mindestens einen Dichtelement der angrenzenden Separatorplatte bzw. Bipolarplatte dar. Normalerweise umfasst der Randabschnitt eine oder mehrere beispielsweise mittels eines Klebers zusammengefügte Lagen eines Folienmaterials, z. B. eines thermo plastischen oder eines duroplastischen Folienmaterials. Während der eigentli che Membranbereich der MEA üblicherweise den elektrochemisch aktiven Bereich der Zellen überspannt, überspannt der Randbereich üblicherweise die Verteil- und Sammelbereiche sowie - unter Ausbildung eigener Ausnehmun gen die Bereiche der Separatorplatte(n) bzw. Bipolarplatte(n), in denen sich die Durchgangsöffnungen und die um diese umlaufenden Dichtelemente er strecken.

Bei bekannten elektrochemischen Systemen wird beobachtet, dass der Rand abschnitt der MEA häufig eine unzureichende Eigensteifigkeit aufweist, was insbesondere bei der Positionierung und Ausrichtung der MEA durch Anlage an Positioniereinrichtungen und dabei auftretender Kraftwirkung innerhalb der Ebene der MEA, zu einem Ausweichen des Randabschnitts in Stapelrich tung und damit zu Schwierigkeiten bei der Stapelung der Zellen und

Separatorplatten führen kann und zudem oft sehr hohe Stützstrukturen in den Separatorplatten erfordert, beispielsweise in einem Bereich zwischen der au ßen umlaufenden Dichtanordnung und dem elektrochemisch aktiven Bereich, in Einzelfällen auch im Verteilbereich. Bei bekannten elektrochemischen Sys temen wird zudem beobachtet, dass der Randabschnitt der MEA bedingt durch Feuchtigkeit und/oder hohe Temperaturen im Betrieb teilweise in Me dienleitstrukturen im Verteilbereich der angrenzenden Separatorplatten oder Bipolarplatten eindringt und den Medienfluss auf diese Weise mitunter beein trächtigt. All dies kann zu einer Verringerung der Effizienz des Systems und zur Beschädigung der MEA führen.

Der vorliegenden Offenbarung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbes serte Effizienz des elektrochemischen Systems zu gewährleisten. Der vorlie genden Offenbarung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, die Struktursteifigkeit und Formstabilität des Randabschnitts der MEA, insbesondere im Betrieb, zu verbessern, besonders gegenüber einer Auslenkung in Stapelrichtung. Insbe sondere ist es Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Beeinträchtigung des Medienflusses durch den Randabschnitt der MEA zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrochemisches System nach Anspruch 1. Die Unteransprüche beschreiben spezielle Ausführungsformen.

Vorgeschlagen wird somit ein elektrochemisches System (im Folgenden der Einfachheit halber auch einfach System genannt) mit einer ersten

Separatorplatte oder Bipolarplatte, einer zweiten Separatorplatte oder Bipolarplatte und mit einer zwischen den Separatorplatten oder

Bipolarplatten angeordneten Membranelektrodeneinheit (MEA). Im weiteren wird vornehmlich der Begriff Separatorplatte verwendet, der jedoch insbe sondere auch Bipolarplatten einschließen können soll. Die MEA umfasst eine Membran zur Ausbildung einer elektrochemischen Zelle, z. B. in Form einer Elektrolytmembran, sowie einen mit der Membran verbundenen und ein Foli enmaterial umfassenden Randabschnitt zum Positionieren und/oder zum Be festigen der Membran zwischen den Separatorplatten. Zur Versteifung des Randabschnitts weist der Randabschnitt mindestens eine Erhöhung und/oder Vertiefung auf.

Durch eine entsprechende Versteifung des Randabschnitts der MEA wird ver mieden, dass der Randabschnitt übermäßig bzw. schon bei geringer Kraftein wirkung in Stapelrichtung ausgelenkt wird. Durch eine entsprechende Verstei fung des Randabschnitts der MEA kann insbesondere das Eindringen des Randabschnitts in die Medienleitstrukturen der angrenzenden

Separatorplatten, insbesondere deren Verteil- und Sammelbereich(e) wirksam verhindert werden.

Gewöhnlich umfasst das System einen zwischen der ersten Separatorplatte und der zweiten Separatorplatte angeordneten elektrochemisch aktiven Be reich. Zudem kann wenigstens eine der Separatorplatten eine Durchgangsöff nung sowie wenigstens einen im vorgenannten Verteil- oder Sammelbereich angeordneten bzw. ausgebildeten Verteilerkanal, vorzugsweise aber eine Schar Verteilerkanäle, aufweisen, der eine Fluidverbindung zwischen der Durchgangsöffnung und dem elektrochemisch aktiven Bereich herstellt. Die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA können bzw. kann dann derart angeordnet und aus gebildet sein, dass sie den wenigstens einen Verteilerkanal wenigstens ab schnittweise überdecken bzw. überdeckt und/oder dass sie an den wenigstens einen Verteilerkanal angrenzen bzw. angrenzt.

Zum Abdichten des elektrochemisch aktiven Bereichs kann das System eine erste Dichtanordnung aufweisen. Die mindestens eine Erhöhung und/oder mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA kann dann zwischen der ersten Dichtanordnung und dem elektrochemisch aktiven Bereich ange ordnet sein. In diesem Bereich sind üblicherweise Stützstrukturen in der Separatorplatte ausgeformt, die allerdings auch negative Auswirkungen auf die Dichtwirkung mit sich bringen. Hier ermöglicht es die mindestens eine Erhöhung des Randabschnitts der MEA, mit wesentlich geringeren Stützstruk turen auszukommen und dennoch einen zwischen der ersten Dichtanordnung und dem elektrochemisch aktiven Bereich ausgebildeten Zwischenraum ganz oder wenigstens teilweise auszufüllen oder zu verschließen, so dass sie trotz der niedrigeren Stützstrukturen einen unerwünschten Fluidfluss durch den Zwischenraum und vorbei am elektrochemisch aktiven Bereich verhindert oder verringert.

Die erste Separatorplatte und/oder die zweite Separatorplatte können bzw. kann mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisen. Neben der zuvor be schriebenen ersten Dichtanordnung zum Abdichten des elektrochemisch akti ven Bereichs kann das System dann ferner eine zweite Dichtanordnung zum Abdichten der mindestens einen Durchgangsöffnung aufweisen. Die mindes tens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randab schnitts der MEA können bzw. kann dann in einem Bereich zwischen der ers ten Dichtanordnung und der zweiten Dichtanordnung angeordnet sein, in dem ein Abstand der ersten Dichtanordnung von der zweiten Dichtanordnung höchstens das Zehnfache, vorzugsweise höchstens das Sechsfache eines mi nimalen Abstandes zwischen der ersten Dichtanordnung und der zweiten Dichtanordnung beträgt.

Beispielsweise können bzw. kann die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA an einer vom elekt rochemisch aktiven Bereich abgewandten Seite der zweiten Dichtanordnung zwischen der ersten Dichtanordnung und der zweiten Dichtanordnung ange ordnet sein.

Die mindestens eine Erhöhung des Randabschnitts der MEA kann mindestens eine zur ersten Separatorplatte hin erhöhte erste Erhöhung umfassen. Und alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Erhöhung des Randab schnitts der MEA mindestens eine zur zweiten Separatorplatte hin erhöhte zweite Erhöhung umfassen.

Der Randabschnitt der MEA kann z. B. wenigstens bereichsweise nach Art ei nes Wellblechs ausgebildet sein. Die Erhöhungen und/oder die Vertiefungen sind dann typischerweise durch Wellentäler und Wellenberge des wellblech artigen Bereichs gegeben. Eine solche wellblechartige Struktur lässt sich so wohl in einem einlagigen Randbereich als auch in einem mehrlagigen Randbe reich, ggf. auch bei Vorhandensein von Kleber zwischen den Lagen, realisie ren.

Die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA können bzw. kann eine längliche Form haben. Alter nativ kann die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Ver tiefung des Randabschnitts der MEA auch noppenartig ausgebildet sein. Es versteht sich jedoch, dass die mindestens eine Erhöhung und/oder die min destens eine Vertiefung auch andere Formen annehmen kann und keineswegs auf längliche und/oder noppenartige Formen beschränkt ist. Z. B. können die Erhöhungen und/oder Vertiefungen parallel zu Plattenebenen der

Separatorplatten und/oder parallel zu einer durch die Membran der MEA de finierten Ebene jeweils einen runden, ovalen, sichelartigen oder vieleckigen Querschnitt haben.

Vorzugsweise weist die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA in einer Ebene parallel zur Plat tenebene der MEA, die beispielsweise entlang des Innen- oder Außenrandes des Randbereichs aufgespannt wird, eine Richtung ihrer maximalen Erstre ckung, im Folgenden auch als Haupterstreckungsrichtung bezeichnet, auf. Der Randabschnitt der MEA liegt dabei vorzugsweise zumindest abschnittsweise einem Verteil- oder Sammelbereich einer Separatorplatte mit mindestens einem Verteilerkanal gegenüber. Dabei ist es bevorzugt, dass der mindestens eine Verteilerkanal eine Erstreckungsrichtung aufweist, die mit der Haupter streckungsrichtung der Erhöhung oder Vertiefung des Randabschnitts der MEA einen Winkel von mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 45° ein schließt. Hierdurch wird ein Einfallen des MEA-Randabschnitts in den Vertei lerkanal oder die mehreren Verteilerkanäle erschwert oder gar vollständig verhindert. Dies ist besonders vorteilhaft, da dem Verteil oder Sammelbereich der Separatorplatte weder die GDL oder die eigentliche Membran gegenüber liegt, sondern nur der Randbereich der MEA.

Die mindestens eine Erhöhung und/oder Vertiefung des Randabschnitts der MEA kann einteilig mit dem Randabschnitt der MEA ausgebildet sein. Dies kann z. B. die Herstellung und Montage des Systems vereinfachen und kos tengünstiger machen.

Die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA können bzw. kann in den Randabschnitt der MEA eingeformt sein, insbesondere bieten sich Präge- und/oder Tiefziehverfahren an. Auch ein nachträgliches Umformen mittels Wärme und/oder Druck oder gar spanende oder sonstige abtragende Verfahren sind grundsätzlich denkbar. Grundsätzlich möglich ist es auch, den Randbereich direkt beispielsweise mit tels eines Spritzverfahrens, unter Ausbildung der Erhöhungen und/oder Ver tiefungen herzustellen.

Zur Ausbildung der mindestens einen Erhöhung des Randabschnitts der MEA kann wenigstens bereichsweise mindestens ein Verstärkungselement auf dem Randabschnitt der MEA angeordnet sein. Dieses Verstärkungselement kann dann beispielsweise mit dem Randabschnitt der MEA zusammengefügt sein. Das mindestens eine Verstärkungselement und der Randabschnitt der MEA können dasselbe Folienmaterial umfassen oder aus demselben Folienmaterial gebildet sein, wobei sowohl Folienmaterial derselben Dicke als auch Folien material unterschiedlicher Dicke kombiniert werden kann. Ein Verstärkungs element kann auch dadurch auf dem Randabschnitt der MEA angeordnet sein, dass es auf den Randabschnitt aufgedruckt wird, beispielsweise mittels 3-D- Druck.

Die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA können bzw. kann durch eine Variation einer Dicke des Folienmaterials des Randabschnitts der MEA realisiert sein, beispielsweise mittels Thermoprägen, also Prägen unter Wärmeeinwirkung.

Der Randabschnitt der MEA kann wenigstens bereichsweise zwei miteinander verbundene Folienlagen umfassen. Z. B. kann der Randabschnitt der MEA zur Ausbildung des wenigstens zwei Folienlagen umfassenden Bereichs des Rand abschnitts der MEA einen Folienabschnitt oder ein Folienmaterial mit einem zur Doppelung dieses Folienabschnitts oder dieses Folienmaterials umgefalz ten Abschnitt umfassen. Hierbei kann auch das ursprüngliche, nicht umgefalz te Folienmaterial bereits mehrlagig sein. Eine Falzkante des umgefalzten Foli enabschnitts kann dann beispielsweise an einem dem elektrochemisch akti ven Bereich zugewandten Ende des wenigstens zwei Folienlagen umfassenden Bereichs des Randabschnitts der MEA angeordnet sein. Das Folienmaterial des Randabschnitts der MEA ist vorzugsweise gasdicht, schrumpfarm, chemisch inert, elektrisch nicht leitend und temperaturbeständig, insbesondere wenigs tens in einem Temperaturbereich von -50°C bis +150°C. Weist der Randabschnitt der MEA wenigstens zwei Folienlagen auf, so kann eine der ersten Separatorplatte zugewandte erste Folienlage dieser wenigs tens zwei Folienlagen mindestens eine zur ersten Separatorplatte hin erhöhte erste Erhöhung aufweisen. Und alternativ oder zusätzlich kann eine der zwei ten Separatorplatte zugewandte zweite Folienlage dieser wenigstens zwei Folienlagen mindestens eine zur zweiten Separatorplatte hin erhöhte zweite Erhöhung aufweisen. Die Separatorplatten definieren typischerweise jeweils eine Plattenebene. Die Plattenebenen der ersten und der zweiten

Separatorplatte sind dann gewöhnlich parallel zueinander ausgerichtet. In dem wenigstens zwei Folienlagen umfassenden Bereich des Randabschnitts der MEA können die genannte mindestens eine erste Erhöhung und die ge nannte mindestens eine zweite Erhöhung dann derart angeordnet sein, dass eine senkrechte Projektion der genannten mindestens einen ersten Erhöhung und eine senkrechte Projektion der genannten mindestens einen zweiten Er höhung in oder auf eine parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten ausgerichtete Ebene einander wenigstens teilweise überlappen und/oder we nigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind.

Der wenigstens zwei Folienlagen umfassende Bereich des Randabschnitts der MEA kann eine zwischen den Folienlagen angeordnete Klebeschicht umfas sen. Die mindestens eine Erhöhung und/oder die mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA können bzw. kann dann beispielsweise durch eine Variation einer Dicke der Klebeschicht realisiert sein. Alternativ oder zu sätzlich können bzw. kann die mindestens eine Erhöhung und/oder die min destens eine Vertiefung im wenigstens zwei Folienlagen umfassenden Bereich des Randabschnitts der MEA auch durch wenigstens bereichsweise zwischen den Folienlagen angeordnete Einlegeelemente realisiert sein.

Ist die mindestens eine Erhöhung und/oder mindestens eine Vertiefung des Randabschnitts der MEA nicht durch Materialauftrag (aufgeklebtes oder um gefalztes Folienmaterial, Bedruckung, Klebemasse) erzielt, sondern durch Um formen des Folienmaterials, so ist die mindestens eine Erhöhung und/oder mindestens eine Vertiefung unter normalen Einbaubedingungen und im nor malen Betrieb formstabil. Bei leicht über die üblichen Betriebsbedingungen gehenden mechanischen Druckeinwirkungen kann die Elastizität des Randab- Schnitts der MEA dazu dienen, eine plastische Verformung der an diesen Randabschnitt angrenzenden Bereiche der Verteil- und Sammelbereiche der Separatorplatte zu vermeiden. Kommt es jedoch zu einer extremen Druckbe aufschlagung, so wird die mindestens eine Erhöhung und/oder mindestens eine Vertiefung plastisch, mitunter dauerhaft vollständig, verpresst, ohne dass es zu einer ungewollten plastischen Verformung der angrenzenden Verteiler kanäle in der Separatorplatte kommt.

Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen elektrochemischen Systems sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Be schreibung näher beschrieben. Dabei bezeichnen durchgängig gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente, so dass deren Er wähnung teilweise nicht wiederholt wird. Wesentlich ist, dass das vorliegende erfindungsgemäße elektrochemische System in vielfältiger Weise weitergebil det werden kann. Die nachfolgenden Beispiele zeigen jeweils eine Kombinati on von weiterbildenden vorteilhaften Merkmalen für ein erfindungsgemäßes elektrochemisches System. Es ist jedoch auch möglich, das elektrochemische System lediglich durch einzelne Merkmale und Eigenschaften eines einzelnen beispielhaften erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems weiterzubil den oder auch mittels einer Kombination von Merkmalen und Eigenschaften aus verschiedenen der nachfolgenden Beispiele. Es zeigt:

Fig.l schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein elektro chemisches System mit einer Vielzahl von in einem Stapel an geordneten Separatorplatten oder Bipolarplatten;

Fig. 2 schematisch in einer perspektivischen Darstellung zwei

Separatorplatten eines Systems ähnlich Fig. 1 mit einer zwi schen den Separatorplatten angeordneten

Membranelektrodeneinheit (MEA);

Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch einen Plattenstapel eines Sys tems nach Art des Systems gemäß Schnitt A-A in Fig. 2;

Fig. 4A schematisch eine Separatorplatte gemäß Fig. 2 in einer Drauf- sicht;

Fig. 4B schematisch die MEA gemäß Fig. 2 in einer Draufsicht.

Fig. 5A schematisch Separatorplatten und ideal zwischen den

Separatorplatten angeordnete MEAs gemäß dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung;

Fig. 5B schematisch die Separatorplatten und MEAs gemäß Fig. 5A im

Betrieb, wobei die MEAs teilweise in Medienleitstrukturen der angrenzenden Separatorplatten eindringen;

Fig. 6A schematisch die Separatorplatte gemäß Fig. 2 in einer Drauf sicht;

Fig. 6B schematisch eine MEA der hier vorgeschlagenen Art in einer

Draufsicht;

Fig. 6C schematisch Separatorplatten gemäß Fig. 6A und zwischen den

Separatorplatten angeordnete MEAs gemäß Fig. 6B in einer Schnittdarstellung;

Fig. 7A schematisch eine MEA der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht;

Fig. 7B schematisch Separatorplatten und zwischen den

Separatorplatten angeordnete MEAs gemäß Fig. 7A in einer Schnittdarstellung;

Fig. 8A schematisch eine MEA der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht;

Fig. 8B schematisch Separatorplatten und zwischen den

Separatorplatten angeordnete MEAs gemäß Fig. 8A in einer Schnittdarstellung; Fign. 9, 10 schematisch weitere Ausführungsformen von MEAs der hier vorgeschlagenen Art in einer Draufsicht;

Fig. 11A schematisch eine MEA der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht;

Fig. 11B schematisch Separatorplatten und zwischen den

Separatorplatten angeordnete MEAs gemäß Fig. 11A in einer Schnittdarstellung;

Fig. 12 schematisch Separatorplatten und zwischen den

Separatorplatten angeordnete MEAs der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittdar stellung;

Fig. 13A schematisch eine MEA der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer weiteren Ausführungsform während der Herstellung in einer Draufsicht;

Fig. 13B schematisch die MEA gemäß Fig. 13A in fertiger Form in einer

Draufsicht; sowie

Fig. 14 schematisch Separatorplatten und zwischen den

Separatorplatten angeordnete MEAs gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittdarstellung.

Fig. 1 zeigt ein elektrochemisches System 1 der hier vorgeschlagenen Art mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten oder

Bipolarplatten 2, die in einem Stapel angeordnet und entlang einer z-Richtung 7 gestapelt sind. Die Separatorplatten 2 des Stapels sind zwischen zwei End platten 3, 4 eingespannt. Die z-Richtung 7 wird auch Stapelrichtung genannt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brenn stoffzellenstapel. Je zwei benachbarte Separatorplatten 2 des Stapels schlie ßen also zwischen sich eine elektrochemische Zelle ein, die z. B. der Umwand lung von chemischer Energie in elektrische Energie dient. Zur Ausbildung der elektrochemischen Zellen des Systems 1 ist zwischen benachbarten Separatorplatten 2 des Stapels jeweils eine Membranelektrodeneinheit (MEA) angeordnet (siehe z. B. Fig. 2). Die MEA beinhalten typischerweise jeweils we nigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein.

Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektroly seur, Kompressor oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Separatorplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unter scheiden können.

Die z-Achse 7 spannt zusammen mit einer x-Achse 8 und einer y-Achse 9 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Separatorplatten 2 definieren jeweils eine Plattenebene, wobei die Plattenebenen der

Separatorplatten jeweils parallel zur x-y-Ebene und damit senkrecht zur Sta pelrichtung bzw. zur z-Achse 7 ausgerichtet sind. Die Endplatte 4 weist eine Vielzahl von Medienanschlüssen 5 auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z.

B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder abgerei cherte Brennstoffe oder Kühlmittel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.

Fig. 2 zeigt perspektivisch zwei benachbarte Separatorplatten oder

Bipolarplatten 2 eines elektrochemischen Systems von der Art des Systems 1 aus Fig. 1 sowie eine zwischen diesen benachbarten Separatorplatten 2 ange ordnete aus dem Stand der Technik bekannte Membranelektrodeneinheit (MEA) 10, wobei die MEA 10 in Fig. 2 zum größten Teil durch die dem Betrach ter zugewandte Separatorplatte 2 verdeckt ist. Die Separatorplatte 2 ist aus zwei stoffschlüssig zusammengefügten Einzelplatten 2a, 2b gebildet (siehe z.

B. Fig. 3), von denen in Fig. 2 jeweils nur die dem Betrachter zugewandte erste Einzelplatte 2a sichtbar ist, die die zweite Einzelplatte 2b verdeckt. Die Einzel platten 2a, 2b können jeweils aus einem Metallblech gefertigt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech. Die Einzelplatten 2a, 2b können z. B. miteinander ver schweißt sein, z. B. durch Laserschweißverbindungen.

Die Einzelplatten 2a, 2b weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die Durchgangsöffnungen lla-c der Separatorplatte 2 bilden. Bei Stape lung einer Mehrzahl von Separatorplatten von der Art der Separatorplatte 2 bilden die Durchgangsöffnungen lla-c Leitungen, die sich in der Stapelrich tung 7 durch den Stapel 2 erstrecken (siehe Fig. 1). Typischerweise ist jede der durch die Durchgangsöffnungen lla-c gebildeten Leitungen jeweils in Fluid verbindung mit einem der Ports 5 in der Endplatte 4 des Systems 1. Über die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen kann z. B. Kühlmittel in den Stapel eingeleitet oder aus dem Stapel abgeleitet werden. Die von den Durchgangsöffnungen 11a, 11b gebildeten Leitungen dagegen können zur Versorgung der elektrochemischen Zellen des Brennstoffzellenstapels des Systems 1 mit Brennstoff und mit Reaktionsgas sowie zum Ableiten der Reak tionsprodukte aus dem Stapel ausgebildet sein.

Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen lla-c gegenüber dem Inneren des Stapels 2 und gegenüber der Umgebung weist die erste Einzelplatte 2a jeweils Dichtanordnungen in Gestalt von Dichtsicken 12a-c auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen lla-c herum angeordnet sind und die die Durchgangs öffnungen lla-c jeweils vollständig umschließen. Die zweiten Einzelplatte 2b weist an der vom Betrachter der Fig. 2 abgewandten Rückseite der

Separatorplatten 2 entsprechende Dichtsicken zum Abdichten der Durch gangsöffnungen lla-c auf (nicht gezeigt).

In einem elektrochemisch aktiven Bereich 18 weisen die ersten Einzelplatten 2a an ihrer dem Betrachter der Fig. 2 zugewandten Vorderseite ein Strö mungsfeld 17 mit Strukturen zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Vorderseite der Einzelplatte 2a auf. Diese Strukturen sind in Fig. 2 durch eine Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanälen gegeben. An der dem Betrachter der Fig. 2 zuge wandten Vorderseite der Separatorplatte 2 weist die erste Einzelplatte 2a zudem jeweils einen Verteil- oder Sammelbereich 20 mit Verteilkanälen 29 auf. Der Verteil- oder Sammelbereich 20 umfasst Strukturen, die eingerichtet sind, ein ausgehend von einer ersten der beiden Durchgangsöffnungen 11b in den Verteil- oder Sammelbereich 20 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 18 zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur zweiten der Durchgangsöffnungen 11b hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 sind in Fig. 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben. Am Übergang zwischen dem Ver teil- und Sammelbereich 20 und dem Strömungsfeld 17 des aktiven Bereichs 18 befindet sich beiderseits des Strömungsfeldes 17 jeweils ein Übergangsbe reich 21, der in Fig. 2 jeweils parallel zur y-Richtung 9 ausgerichtet ist. Im Übergangsbereich 21 haben die Medienleitstrukturen gegenüber den angren zenden Bereichen 18 und 20 z. B. jeweils eine verringerte Höhe (siehe Fig. 3).

Die ersten Einzelplatten 2a weisen ferner jeweils eine weitere Dichtanordnung in Gestalt einer Perimetersicke 12d auf, die das Strömungsfeld 17 des aktiven Bereichs 18, den Verteil- oder Sammelbereich 20 und die Durchgangsöffnun gen 11b, 11c umläuft und diese gegenüber der Durchgangsöffnung 11a, d. h. gegenüber dem Kühlmittelkreislauf, und gegenüber der Umgebung des Sys tems 1 abdichtet. Die zweiten Einzelplatten 2b umfassen jeweils entsprechen de Perimetersicken. Die Strukturen des aktiven Bereichs 18, die

Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 und die Dichtsicken 12a-d sind jeweils einteilig mit den Einzelplatten 2a ausgebildet und in die Einzelplatten 2a eingeformt, z. B. in einem Präge- oder Tiefziehprozess. Das selbe gilt für die entsprechenden Strukturen der zweiten Einzelplatten 2b.

Die beiden Durchgangsöffnungen 11b bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11b gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über Durchführungen 13b in den Dichtsicken 12b, über die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 und über das Strömungsfeld 17 im akti ven Bereich 18 der dem Betrachter der Fig. 2 zugewandten ersten Einzelplat ten 2a miteinander in Fluidverbindung. In analoger Weise sind die beiden Durchgangsöffnungen 11c bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11c gebil deten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 jeweils über entspre chende Sickendurchführungen, über entsprechende Verteilstrukturen und über ein entsprechendes Strömungsfeld an einer Außenseite der vom Be- trachter der Fig. 2 abgewandten zweiten Einzelplatten 2b miteinander in Fluidverbindung. Die Durchgangsöffnungen 11a dagegen bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über einen von den Einzelplatten 2a, 2b eingeschlosse nen oder umschlossenen Hohlraum 19 miteinander in Fluidverbindung. Dieser Hohlraum 19 dient jeweils zum Führen eines Kühlmittels durch die

Separatorplatte 2, insbesondere zum Kühlen des elektrochemisch aktiven Be reichs 18 der Separatorplatte 2.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Schnitt A-A durch einen Abschnitt des Platten stapels des Systems 1 aus Fig. 1, wobei die Schnittebene senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausgerichtet ist. Die baugleichen Separatorplatten 2 des Stapels umfassen jeweils die zuvor beschriebene erste metallische Einzelplatte 2a und die zuvor beschriebene zweite metallische Einzelplatte 2b. Gekennzeichnet sind ferner der aktive Bereich 18, der Über gangsbereich 21 und der Verteil- oder Sammelbereich 20 der

Separatorplatten 2, wobei die Bereiche 18, 21, 20 jeweils Strukturen zur Me dienleitung entlang der Außenflächen der Separatorplatten 2 aufweisen, hier insbesondere jeweils in Form von Stegen und durch die Stege begrenzten Ka nälen.

Zwischen benachbarten Separatorplatten 2 des Stapels ist jeweils eine z. B. aus dem Stand der Technik bekannte Membranelektrodeneinheit (MEA) 10 angeordnet. Die MEA 10 umfassen jeweils eine Membran 14, z. B. eine Elekt rolytmembran, und einen mit der Membran 14 verbundenen Randabschnitt 15. Beispielsweise kann der Randabschnitt 15 jeweils stoffschlüssig mit der Membran 14 verbunden sein, z. B. durch eine Klebeverbindung oder durch Laminieren. Der Randabschnitt 15 ist aus einem Folienmaterial gebildet, z. B. aus einem thermoplastischen Folienmaterial oder aus einem duroplastischen Folienmaterial.

Die Membran 14 der MEA 10 erstreckt sich jeweils wenigstens über den akti ven Bereich 18 der angrenzenden Separatorplatten 2 und ermöglicht dort eine elektrochemische Reaktion an der Membran 14. Darüber hinaus reicht die Membran 14 wenigstens teilweise in den Übergangsbereich 21 hinein. Der Randabschnitt 15 der MEA 10 dient jeweils dem Positionieren und Befestigen der MEA 10 zwischen den angrenzenden Separatorplatten 2. Die

Separatorplatten 2 weisen hierbei Einkerbungen oder Rücksprünge 52, die MEA 10 Einkerbungen oder Rücksprünge 51 als seitliche Positionierhilfe auf. Die Separatorplatten 2 und die MEAs 10 werden jeweils so wechselweise aufeinandergestapelt, dass sie mit ihren Positionierhilfen 52, 51 seitlich an hier nicht dargestellte Positioniereinrichtungen angrenzen und mittels dieser geführt werden. Da die MEA sehr leicht beweglich und biegbar ist, besteht jedoch das Risiko, dass die MEA nicht korrekt positioniert wird, da sie sich beispielsweise im Randbereich auffalten oder wölben, d.h. insbesondere in Stapelrichtung ausweichen kann. Somit kann die MEA der korrekten Lage zur Bipolarplatte ausweichen.

Wenn die Separatorplatten 2 des Systems 1 in Stapelrichtung zwischen den Endplatten 3, 4 eingespannt werden (siehe Fig. 1), kann der Randabschnitt 15 der MEA 10 beispielsweise jeweils zwischen den Dichtsicken 12a-d der jeweils angrenzenden Separatorplatten 2 oder jeweils wenigstens zwischen den Perimetersicken 12d der angrenzenden Separatorplatten 2 verpresst werden, um die Membran 14 auf diese Weise zwischen den angrenzenden

Separatorplatten 2 zu fixieren.

Der Randabschnitt 15 überdeckt jeweils wenigstens teilweise den Verteil oder Sammelbereich 20 der angrenzenden Separatorplatten 2 oder reicht wenigstens teilweise in den Verteil- oder Sammelbereich 20 der angrenzen den Separatorplatten 2 hinein. Wie in Fig. 3 gezeigt kann der Randabschnitt 15 zusätzlich auch noch ganz oder wenigstens teilweise den Übergangsbereich 21 der angrenzenden Separatorplatten 2 überdecken oder ganz oder wenigstens teilweise in den Übergangsbereich 21 der angrenzenden Separatorplatten 2 hinein reichen. Der Randabschnitt 15 reicht aber vorzugsweise nicht bis in den aktiven Bereich 18 hinein, damit er den Medienaustausch über die Membran 14 im aktiven Bereich 18 nicht oder so wenig wie möglich beeinträchtigt.

Der Randabschnitt 15 der MEA 10 umfasst in Fig. 3 jeweils eine erste Folienla ge 15a und eine zweite Folienlage 15b, wobei die Folienlagen 15a, 15b jeweils mit der Membran 14 verbunden sind. In Fig. 3 sind die Folienlagen 15a, 15b im Bereich 21 wenigstens teilweise beiderseits der jeweiligen Membran 14 angeordnet und fassen diese entlang der Stapelrichtung bzw. entlang der z- Richtung 7 ein. Die Folienlagen 15a, 15b sind mit der Membran 14 bzw. im Bereich 20 untereinander mittels eines in diesem Dokument meist nicht expli zit genannten Klebers, der im Allgemeinen auch nicht mit einem eigenen Be zugszeichen versehen ist, verbunden. Die beabstandete Darstellung der Foli enlagen 15a, 15b ist also vereinfacht, tatsächlich liegen die Folienlagen 15a, 15b zumindest abschnittsweise, zumindest indirekt, d.h. über eine Kleber schicht verbunden, übereinander. Die MEA 10 hat im Übergangsbereich 21 des Randabschnitts 15 somit jeweils eine größere Dicke als in dem vom Über gangsbereich 21 verschiedenen oder eingefassten Bereich der MEA 10, wobei die Dicke der MEA 10 jeweils entlang der Stapelrichtung bzw. entlang der z- Richtung 7 bestimmt wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt können im aktiven Bereich 18 zusätzlich Gasdiffusionsla gen 16 angeordnet sein. Die Gasdiffusionslagen 16 ermöglichen das Anströ men der Membran 14 über einen möglichst großen Bereich der Oberfläche der Membran 14 und können so den Medienaustausch über die Membran 14 verbessern. Die Gasdiffusionslagen 16 können z. B. jeweils beiderseits der Membran 14 im aktiven Bereich 18 zwischen den angrenzenden

Separatorplatten 2 angeordnet sein. Die Gasdiffusionslagen 16 können z. B. aus einem Faservlies gebildet sein oder ein Faservlies umfassen. Zur Aufnah me sowohl des verstärkten Randabschnitts 15 der MEA 10 als auch der Gasdif fusionslagen 16 im Übergangsbereich 21 haben die Medienleitstrukturen des Übergangsbereichs 21 vorzugsweise eine gegenüber den Medienleitstruktu ren der angrenzenden Bereiche 18 und 20 verringerte Höhe, so dass ein übermäßiges Verpressen der Separatorplatten 2, der MEAs 10 und der Gasdif fusionslagen 16 im Übergangsbereich 21 verhindert wird.

Die Fig. 4A zeigt in einer Draufsicht zwei Ausschnitte der Separatorplatte 2 aus Fig. 2, insbesondere der ersten Einzelplatte 2a der Separatorplatte 2 aus Fig.

2. Fig. 4B zeigt ebenfalls in einer Draufsicht entsprechende Ausschnitte der an die Separatorplatte 2 gemäß Fig. 4A angrenzenden und aus dem Stand der Technik bekannten MEA 10 bzw. deren Randbereich 15 gemäß Fig. 2, wobei der Randbereich 15 im Folgenden auch als Rahmen 15 bezeichnet wird. Nur der Übersichtlichkeit halber sind dabei in Fig. 4A nur einige der zuvor in Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Elemente der Separatorplatte 2 mit Bezugszeichen bezeichnet. In den Fign. 4A und 4B sind die Separatorplatte 2 und der Rahmen 15 bewusst im Wesentlichen maßstabsgetreu dargestellt, um auf diese Weise zu illustrieren, welche Bereiche der Separatorplatte 2 und der angrenzenden MEA 10 in einem Plattenstapel von der Art des in Fig. 1 gezeigten Stapels mit einander zur Deckung kommen.

Der Randabschnitt bzw. Rahmen 15 der MEA 10 umfasst Paare von Ausspa rungen 22a-c sowie eine zentrale Aussparung 23. Im Bereich der zentralen Aussparung 23 des Randabschnitts 15 ist der vom Randabschnitt 15 eingefass te Bereich der Membran 14 angeordnet, der im Plattenstapel des Systems 1 mit dem aktiven Bereich 18 der angrenzenden Separatorplatte 2 zur Deckung kommt, so dass im aktiven Bereich 18 der Separatorplatte 2 Protonen durch die Membran 14 hindurchtreten können. Die Aussparungen 22a-c des Rand abschnitts 15 der MEA 10 sind derart dimensioniert und die MEA 10 ist relativ zu den benachbarten Separatorplatten 2 derart angeordnet oder anordenbar, dass die Aussparungen 22a-c mit den Durchgangsöffnungen lla-c der angren zenden Separatorplatten 2 fluchten, so dass Medium durch die Aussparungen 22a-c des Randabschnitts 15 hindurchtreten kann. In den Fign. 4A, 4B ist der Randabschnitt 15 der aus dem Stand der Technik bekannten MEA 10 derart dimensioniert und die MEA 10 relativ zu den angrenzenden Separatorplatten 2 derart angeordnet oder anordenbar, dass der Randabschnitt 15 den Verteil oder Sammelbereich 20 der angrenzenden Separatorplatten 2 ganz oder we nigstens teilweise überdeckt.

Die Fign. 5A und 5B zeigen einen Schnitt durch einen Abschnitt eines Platten stapels eines elektrochemischen Systems mit Separatorplatten 2 gemäß Fig. 4A und mit zwischen den Separatorplatten 2 angeordneten und aus dem Stand der Technik bekannten MEAs 10 bzw. im gezeigten Abschnitt deren Rahmen 15 gemäß Fig. 4B, wobei die Schnittebene in den Fign. 5A, 5B jeweils senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausgerichtet ist. In den Fign. 4A, 4B sind die Schnittebenen der Fign. 5A, 5B jeweils durch eine Schnittgerade B-B hervorgehoben, die sich im Verteil- und Sammelbereich 20 der Separatorplatte 2 erstreckt.

Fig. 5A zeigt, wie der Randabschnitt 15 der aus dem Stand der Technik be kannten MEA 10 im Bereich zwischen den Verteil- und Sammelbereichen 20 der angrenzenden Separatorplatten 2 im Idealfall angeordnet bzw. ausgerich- tet sein sollte. Idealerweise ist die bekannte MEA 10 auch im Betrieb derart zwischen den benachbarten Separatorplatten 2 eingefasst oder fixiert, dass der Randabschnitt 15 der MEA 10 auch im Verteil- oder Sammelbereich 20 gespannt ist und parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausge richtet ist, so dass der Randabschnitt 15 der MEA 10 insbesondere nicht den Medienfluss durch die Leitstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 beeinträchtigt.

In der Realität weicht das Verhalten des Randabschnitts 15 bekannter MEAs von der Art der MEA 10 gerade im Betrieb jedoch häufig von dem in Fig. 5A dargestellten Idealverhalten ab, da der Randabschnitt 15 keine ausreichende Struktursteifigkeit aufweist. Das im Betrieb häufig auftretende unerwünschte Verhalten bekannter MEAs 24 ist in Fig. 5B gezeigt. Der Darstellung der Fig. 5B ist entnehmbar, dass der Randabschnitt 15 der bekannten MEA 10 verstärkt noch durch den Einfluss der im Betrieb des elektrochemischen Systems herr schenden Feuchtigkeit, Temperatur und Druck wenigstens bereichsweise z. B. am Verteil- oder Sammelbereich 20 einer benachbarten Separatorplatte 2 anliegen, in die Medienleitstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 eindringen und den Medienfluss durch die Leitstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 auf diese Weise mitunter stark hemmen kann. Dies kann die Effizienz des Systems erheblich verringern und den Randabschnitt 15 der MEA ggf. dauerhaft verformen, was den Betrieb des Systems weiter beein trächtigt.

Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung betrifft insbesondere eine verbesserte Ausgestaltung des Randabschnitts 15 bekannter MEAs von der Art der MEA 10. Mit der hier vorgeschlagenen verbesserten Ausgestaltung des Randabschnitts 15 werden die im Zusammenhang mit Fig. 5B angedeuteten Schwierigkeiten behoben oder verringert. Die hier vorgeschlagene Lösung besteht darin, dass der Randabschnitt 15 wenigstens eine Erhöhung und/oder wenigstens eine Vertiefung aufweist, die dazu dient, eine Steifigkeit des Randabschnitts 15 wenigstens bereichsweise zu erhöhen. Auf diese Weise kann die bei bekannten MEAs im Betrieb auftretende und in Fig. 5B beschrie bene ungewünschte Verformung des Randabschnitts 15 unterbunden oder wenigstens wesentlich vermindert werden. Damit wird die Effizienz des elekt rochemischen Systems, in dem eine derart verbesserte MEA eingesetzt wird, erhöht. Zusätzlich kann die Lebensdauer der MEA verlängert werden.

Die Fig. 6A zeigt in einer Draufsicht eine Separatorplatte 2 gemäß Fig. 2, ins besondere eine erste Einzelplatte 2a der Separatorplatte 2 gemäß Fig. 2. Fig. 6B zeigt ebenfalls in einer Draufsicht eine an die Separatorplatte 2 gemäß Fig. 6A angrenzende MEA 60 der hier vorgeschlagenen verbesserten Art gemäß einer ersten Ausführungsform. Und Fig. 6C zeigt schematisch einen Schnitt durch das System 1 aus Fig. 1, in dem die Separatorplatten 2 gemäß Fig. 6A und die MEAs 60 abwechselnd entlang der Stapelrichtung 7 gestapelt sind.

Der gezeigte Abschnitt zeigt nur den Randabschnitt 15 der jeweiligen MEA 60. Die Schnittebene der Fig. 6C ist senkrecht zu den Plattenebenen der

Separatorplatten 2 ausgerichtet. In den Fign. 6A, 6B ist die Schnittebene der Fig. 6C jeweils durch eine Schnittgerade C-C hervorgehoben.

Insbesondere zeigt Fig. 6B den Randabschnitt 15 und den vom Randabschnitt 15 eingefassten Bereich der Membran 14 der MEA 60. Wie zuvor sind dabei in Fig. 6A lediglich der Übersichtlichkeit halber nur einige der zuvor in Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Elemente der Separatorplatte oder Bipolarplatte 2 mit Bezugszeichen bezeichnet. In den Fign. 6A und 6B sind die Separatorplatte 2 und die hier vorgeschlagene verbesserte MEA 60 wiederum bewusst im We sentlichen maßstabsgetreu dargestellt, um auf diese Weise zu illustrieren, welche Bereiche der Separatorplatte 2 und der angrenzenden MEA 60 in dem Plattenstapel des elektrochemischen Systems 1 gemäß Fig. 1 miteinander zur Deckung kommen.

Wie bei der bekannten MEA 10 gemäß Fig. 4B weist der Randabschnitt 15 der verbesserten MEA 60 gemäß Fig. 6B Paare von Aussparungen 22a-c sowie eine zentrale Aussparung 23 auf. Im Bereich der zentralen Aussparung 23 des Randabschnitts 15 der MEA 60 ist der vom Randabschnitt 15 eingefasste Be reich der Membran 14 angeordnet, der im Plattenstapel des Systems 1 mit dem aktiven Bereich 18 der angrenzenden Separatorplatte 2 zur Deckung kommt. Und wie bei der MEA 10 gemäß Fig. 4B sind bei der verbesserten MEA 60 die Aussparungen 22a-c des Randabschnitts 15 derart dimensioniert und die MEA 60 ist relativ zu den benachbarten Separatorplatten 2 derart ange ordnet oder anordenbar, dass die Aussparungen 22a-c mit den Durchgangs öffnungen lla-c der angrenzenden Separatorplatten 2 fluchten, so dass Me- dium durch die Aussparungen 22a-c des Randabschnitts 15 hindurchtreten kann.

Im in den Fign. 6A bis 6C gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Randabschnitt 15 derart dimensioniert und die MEA 60 relativ zu den angrenzenden

Separatorplatten 2 derart angeordnet oder anordenbar, dass der Randab schnitt 15 vollständig oder wenigstens abschnittweise zwischen den

Perimetersicken 12d der angrenzenden Separatorplatten 2 aufgenommen und verpresst ist bzw. aufnehmbar und verpressbar ist. Zusätzlich haben die kreis runden Aussparungen 22b, 22c des Randabschnitts 15 jeweils einen Radius, der um weniges geringer ist, als der Radius der ebenfalls kreisrund verlaufen den Dichtsicken 12b, 12c, die die Durchgangsöffnungen 11b, 11c umlaufen.

Die Aussparungen 22b, 22c des Randabschnitts 15 sind somit derart dimen sioniert und die MEA 60 ist relativ zu den angrenzenden Separatorplatten 2 derart angeordnet oder anordenbar, dass ein die Aussparungen 22b, 22c ein fassender Bereich des Randabschnitts 15 wenigstens abschnittweise zwischen den Dichtsicken 12b, 12c der angrenzenden Separatorplatten 2 aufgenommen und verpresst ist bzw. aufnehmbar und verpressbar ist. Zusätzlich zeigen die Fign. 6A, 6B, dass der Randabschnitt 15 der MEA 60 derart dimensioniert und die MEA 60 relativ zu den angrenzenden Separatorplatten 2 derart angeord net oder anordenbar ist, dass der Randabschnitt 15 den Verteil- oder Sam melbereich 20 der angrenzenden Separatorplatten 2 ganz oder wenigstens teilweise überdeckt.

Der Randabschnitt 15 der MEA 60 umfasst bei der in den Fign. 6B-C gezeigten Ausführungsform jeweils genaue eine Lage eines Folienmaterials, das mit der Membran 14 verbunden ist, z. B. durch eine Klebeverbindung oder durch eine Schweißverbindung. Die Folie, aus der der Randabschnitts 15 der MEA 60 ge bildet ist, kann z. B. aus einem thermoplastischen oder einem duroplastischen Material gefertigt sein. Das Folienmaterial des Randabschnitts 15 der MEA 60 ist vorzugsweise gasdicht, schrumpfarm, chemisch inert, elektrisch nicht lei tend und temperaturbeständig, insbesondere wenigstens in einem Tempera turbereich von -50°C bis +150°C. Eine entlang der Stapelrichtung bzw. z- Richtung 7 bestimmte Dicke des Randabschnitts 15 kann z. B. zwischen 35 pm und 200 pm betragen. Die Ausführungsform der hier vorgeschlagenen verbesserten MEA 60 gemäß den Fign. 6B-C unterscheidet sich von der aus dem Stand der Technik bekann ten MEA 10 gemäß Fig. 4B dadurch, dass der Randabschnitt 15 der MEA 60 zur Erhöhung der Steifigkeit des Randabschnitts 15 eine Vielzahl von Verformun gen in Gestalt von Erhöhungen 25a, 25b aufweist. In den Fig. 6B sind nur der Übersichtlichkeit halber nur einige der Erhöhungen 25a, 25b mit Bezugszei chen bezeichnet. Bei der Ausführungsform gemäß den Fign. 6B-C haben die Verformungen bzw. Erhöhungen 25a, 25b des Randabschnitts 15 in der Drauf sicht gemäß Fig. 6B jeweils eine runde Form und sind noppenartig ausgebil det. Die Erhöhungen 25a, 25b gemäß den Fign. 6B-C sind einstückig mit dem Randabschnitt 15 ausgebildet und z. B. in das Folienmaterial des Randab schnitts 15 eingeformt, z. B. eingeprägt.

Der Fig. 6B ist entnehmbar, dass die Erhöhungen und Vertiefungen 25a, 25b z. B. in demjenigen Bereich des Randabschnitts 15 der MEA 60 ausgebildet sind, der im Stapel des Systems 1 gemäß Fig. 1 mit dem Verteil- oder Sammelbe reich 20 der angrenzenden Separatorplatte 2 zur Deckung kommt. Die Erhö hungen und Vertiefungen 25a, 25b überdecken die Medienleitstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 somit wenigstens bereichsweise und/oder sie reichen wenigstens bereichsweise an die Medienleitstrukturen des Verteil oder Sammelbereichs 20 der angrenzenden Separatorplatte 2 heran. Bei der Separatorplatte 2 gemäß Fig. 6A umfassen die Medienleitstrukturen des Ver teil- oder Sammelbereichs z. B. Stege und Kanäle, die eine Fluidverbindung zwischen den Durchgangsöffnungen 11b und dem elektrochemisch aktiven Bereich 18 der Separatorplatte 2 hersteilen. Ein maximaler Querschnitt der Erhöhungen und Vertiefungen 25a, 25b parallel zur durch die Membran 14 definierten Ebene und parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2, also parallel zur x-y-Ebene, kann z. B. jeweils etwa wenigstens das 1- bis 2- fache einer ebenfalls parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 bestimmten maximalen, insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung be stimmten, Breite der Medienleitstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 der an die MEA 60 angrenzenden Separatorplatte 2 betragen . Beispiels weise kann der parallel zur x-y-Ebene bestimmte maximale Querschnitt, also der Querschnitt am Fußpunkt der Erhöhungen bzw. Vertiefungen 25a, 25b, in den Fign. 6B-C jeweils wenigstens 0,5 mm, wenigstens 1 mm oder wenigstens 2 mm betragen. Das Beispiel der rechts dargestellten Vertiefung 25b zeigt, dass die Erhebungen und Vertiefungen 25a, 25b nicht zur Anlage kommen müssen, wie dies bei Stützelementen der Fall wäre, sondern als Versteifungs elemente ihre Wirkung auch ohne Auflage entfalten.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fign. 6B-C kann eine entlang der Stapel richtung und damit senkrecht zur durch die Membran 14 definierten Ebene bestimmte maximale Höhe der Erhöhungen bzw. Vertiefungen 25a, 25b des Randabschnitts 15 z. B. jeweils wenigstens das Einfache, das Doppelte oder wenigstens das Dreifache der maximalen Dicke der Folienlage betragen, aus der der einlagige Randabschnitt 15 der MEA 60 gebildet ist. Fig. 6C zeigt, dass die Erhöhungen und Vertiefungen 25a, 25b des Randabschnitts 15 Erhöhun gen 25a und Vertiefungen 25b umfassen, die jeweils die Gesamtdicke des Randabschnitts 15 erhöhen. Die Erhöhungen 25a weisen in die positive z- Richtung 7 (in Fig. 6C also nach oben), die Vertiefungen 15b werden von den unausgelenkten Bereichen des Randbereichs als Vertiefungen betrachtet, sie könnten jedoch auch als zweite Art von Erhöhungen, die in die negative z- Richtung 7 weisen (in Fig. 6C also nach unten) betrachtet werden. Der Rand abschnitt 15 der MEA 60 ist durch die Erhöhungen 25a und Vertiefungen 25b somit in beide Richtungen senkrecht zur durch die Membran 14 der MEA 60 definierten Ebene verformt und in seiner Dicke erhöht, die lokale Material stärke bleibt dabei jedoch konstant bzw. wird aufgrund der Verformung sogar geringfügig verringert. Unter normalen Einbaubedingungen und im normalen Betrieb bleiben die Erhöhungen 25a und/oder Vertiefungen 25b dabei form stabil. Bei etwas erhöhten mechanischen Druckeinwirkungen können die Er höhungen 25a und/oder Vertiefungen 25b über eine elastische Verformung die einwirkenden Kräfte aufnehmen. Kommt es zu einer außergewöhnlich hohen Verpressung, wie beispielsweise bei einem Auffahrunfall, werden die Erhöhungen 25a und Vertiefungen 25b plastisch, mitunter dauerhaft vollstän dig, verpresst, ohne dass es zu einer ungewollten plastischen Verformung der angrenzenden Verteilerkanäle in der Separatorplatte kommt.

Fig. 6B ist entnehmbar, dass die noppenartigen Erhöhungen und Vertiefungen 25a, 25b wenigstens bereichsweise in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind. Der kleinste Abstand benachbarter Erhöhungen bzw. Vertiefungen 25a, 25b des Randabschnitts 15 kann z. B. jeweils wenigstens das Einfache, das Doppelte oder wenigstens das Dreifache des maximalen Querschnitts der Er- höhungen bzw. Vertiefungen 25a, 25b parallel zur x-y-Ebene betragen. Die Erhöhungen 25a und die Vertiefungen 25b können wenigstens entlang einer Gitterrichtung jeweils abwechselnd angeordnet sein. In Fig. 6B sind die Erhö hungen 25a und die Vertiefungen 25b entlang einer ersten Gitterrichtung und entlang einer zweiten Gitterrichtung abwechselnd angeordnet, wobei die ers te Gitterrichtung und die zweite Gitterrichtung senkrecht aufeinander stehen.

Bei der Ausführungsform der MEA 60 gemäß den Fign. 6B-C reichen die Erhö hungen bzw. Vertiefungen 25a, 25b des Randabschnitts 15 wenigstens be reichsweise bis nahe an die Aussparungen 22a-c des Randabschnitts 15 heran. Beispielsweise kann ein maximaler Abstand der Erhöhungen bzw. Vertiefun gen 25a, 25b von der jeweils nächstgelegenen der Aussparungen 22a-c des Randabschnitts 15 jeweils höchstens das Fünffache oder höchstens das Acht fache des maximalen Querschnitts der Erhöhungen bzw. Vertiefungen 25a, 25b parallel zur x-y-Ebene betragen. Die Erhöhungen bzw. Vertiefungen 25a, 25b sind beim Ausführungsbeispiel der MEA 60 gemäß den Fign. 6B-C auch wenigstens teilweise zwischen den Aussparungen 22a-c des Randabschnitts 15 der MEA 60 bzw. zwischen den Durchgangsöffnungen lla-c der angren zenden Separatorplatten 2 angeordnet.

Die Erhöhungen 25a und Vertiefungen 25b des Randabschnitts 15 der MEA 60 bewirken eine Versteifung dieses Randabschnitts 15. Somit wird erreicht, dass es bei Positionierung der Positionierhilfen 51 der MEA 60 an

Positioniereinrichtungen zum Stapeln der MEAs 60 und Separatorplatten 2 zu keinen Verwerfungen des Randabschnitts 15 kommt und die MEA 60 sehr präzise und in korrekter Lage relativ zu den Separatorplatten 60 eingebaut werden kann.

Bei einer Abwandlung des Randabschnitts 15 der MEA 60 gemäß den Fign. 6B- C, die hier nicht explizit dargestellt ist, kann der Randabschnitt 15 auch we nigstens bereichsweise nach Art eines Wellblechs geformt sein. In diesem Fall können dann die Erhöhungen und Vertiefungen des Randabschnitts 15 durch Wellenberge und Wellentäler des wellenblechartigen Randabschnitts 15 ge geben sein.

Die Fign. 7A-B zeigen die hier vorgeschlagene verbesserte MEA gemäß einer weiteren Ausführungsform, hier mit 70 bezeichnet. Die MEA 70 kann wiede rum mit Separatorplatten oder Bipolarplatten 2 ähnlich der in Fig. 6A bzw. der in Fig. 2 gezeigten Art kombiniert werden. Analog der Darstellung der Fig. 6B zeigt die Fig. 7A die MEA 70 in einer Draufsicht. Und analog der Darstellung der Fig. 6C zeigt die Fig. 7B schematisch einen Schnitt durch das System 1 aus Fig. 1, in dem die Separatorplatten 2 gemäß Fig. 6A bzw. gemäß Fig. 2 und die MEAs 70 gemäß Fig. 7A abwechselnd entlang der Stapelrichtung 7 gestapelt sind. Die Schnittebene der Fig. 7B ist senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausgerichtet. In der Fig. 7A ist die Schnittebene der Fig. 7B durch eine Schnittgerade D-D hervorgehoben, die sich wie die Schnittgerade C-C in Fig. 6B entlang des Verteil- oder Sammelbereichs 20 der angrenzenden Separatorplatten 2 erstreckt.

Ähnlich der in den Fign. 6B-C gezeigten MEA 60 weist der Randabschnitt 15 der MEA 70 gemäß der in den Fign. 7A-B gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von Vertiefungen 25b auf. Die Vertiefungen 25b des Randabschnitts 15 der MEA 70 sind wiederum noppenartig ausgebildet, in die einzige Folien lage des Randabschnitts 15 eingeformt und u. a. derart angeordnet, dass sie den Verteil- oder Sammelbereich 20 der angrenzenden Separatorplatte 2 we nigstens bereichsweise überdecken.

Die MEA 70 gemäß den Fign. 7A-B unterscheidet sich von der MEA 60 gemäß den Fign. 6B-C u. a. dadurch, dass die MEA 70 ausschließlich solche Vertiefun gen 25b aufweist. Ferner sind die Vertiefungen 25b des Randabschnitts 15 der MEA 70 wenigstens bereichsweise dichter angeordnet als beim Randabschnitt 15 der MEA 60. Beispielsweise kann der kleinste Abstand benachbarter Vertie fungen 25b des Randabschnitts 15 der MEA 70 parallel zur x-y-Ebene jeweils höchstens das Fünffache oder höchstens das Dreifache des maximalen Quer schnitts der Vertiefungen 25b betragen.

Die Vertiefungen 25b der MEA 70 unterscheiden sich von den Erhöhungen und Vertiefungen 25a, 25b der MEA 60 ferner dadurch, dass sie vollständig um die Aussparungen 22b, 22c herum angeordnet sind, insbesondere jeweils auch auf einer von der Aussparung 23 abgewandten Seite der Aussparungen 22b, 22c, sie reichen somit in die unmittelbare Nachbarschaft der

Positionierhilfen 51 und verbessern so eine präzise und reproduzierbare Posi- tionierung der MEA relativ zu den benachbarten Separatorplatten.

Die Vertiefungen 25b des Randabschnitts 15 der MEA 70 können wenigstens teilweise in einem Bereich zwischen den Dichtsicken 12b und 12d der angren zenden Separatorplatte 2 angeordnet sein, z. B. insbesondere auch dort, wo ein Abstand zwischen den Dichtsicken 12b und 12d höchstens das Zehnfache oder höchstens das Sechsfache eines minimalen Abstandes zwischen den Dichtsicken 12b und 12d beträgt. Ein Vergleich der Fign. 6A und 7A zeigt, dass die Vertiefungen 25b teilweise auch dort zwischen den Dichtsicken 12b und 12d der angrenzenden Separatorplatte 2 angeordnet sein können, wo der Abstand zwischen den Dichtsicken 12b und 12d minimal ist, z. B. jeweils auf einer vom aktiven Bereich 18 abgewandten Seite der Dichtsicke 12b.

Entsprechend können die Vertiefungen 25b des Randabschnitts 15 der MEA 70 wenigstens teilweise in einem Bereich zwischen den Dichtsicken 12c und 12d der angrenzenden Separatorplatte 2 angeordnet sein, z. B. insbesondere auch dort, wo ein Abstand zwischen den Dichtsicken 12c und 12d höchstens das Zehnfache oder höchstens das Sechsfache eines minimalen Abstandes zwischen den Dichtsicken 12c und 12d beträgt. Ein Vergleich der Fign. 6A und 7A zeigt, dass die Vertiefungen 25b teilweise auch dort zwischen den Dichtsi cken 12c und 12d der angrenzenden Separatorplatte 2 angeordnet sein kön nen, wo der Abstand zwischen den Dichtsicken 12c und 12d minimal ist, z. B. jeweils auf einer vom aktiven Bereich 18 abgewandten Seite der Dichtsicke 12c.

Die Fign. 8A-B zeigen die hier vorgeschlagene verbesserte MEA gemäß einer weiteren Ausführungsform, hier mit 80 bezeichnet. Die MEA 80 kann wiede rum mit Separatorplatten oder Bipolarplatten 2 der in Fig. 6A bzw. der in Fig.

2 gezeigten Art kombiniert werden, der Verteil- oder Sammelbereich 20 ent hält somit eine Vielzahl parallel zueinander oder leicht fächerförmig angeord neter Verteilerkanäle 29, die jeweils eine Verlaufsrichtung in der Ebene der Bipolarplatte, d.h. parallel zur vom Innen- oder Außenrand der MEA aufge spannten Ebene aufweisen. Analog der Darstellung der Fign. 6B und 7A zeigt die Fig. 8A die MEA 80 in einer Draufsicht. Und analog der Darstellung der Fign. 6C und 7B zeigt die Fig. 8B schematisch einen Schnitt durch das System 1 aus Fig. 1, in dem die Separatorplatten 2 gemäß Fig. 6A bzw. gemäß Fig. 2 und die MEAs 80 gemäß Fig. 8A abwechselnd entlang der Stapelrichtung 7 gesta pelt sind. Die Schnittebene der Fig. 8B ist senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausgerichtet. In der Fig. 8A ist die Schnittebene der Fig. 8B durch eine Schnittgerade E-E hervorgehoben, die sich wie die Schnittgerade C- C in Fig. 6B und wie die Schnittgerade D-D in Fig. 7A entlang des Verteil- oder Sammelbereichs 20 der angrenzenden Separatorplatten 2 erstreckt.

Anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst der Randabschnitt 15 der MEA 80 gemäß den Fign. 8A-B zwei Lagen 15a, 15b von miteinander und mit der Membran 14 verbundenen Folien. Die Folienlagen 15a, 15b des Randabschnitts können z. B. wenigstens bereichsweise mitei nander verklebt oder verschweißt sein. Wie zuvor weist der Randabschnitt 15 der MEA 80 Erhöhungen 25a, 25b zur Vergrößerung der Steifigkeit des Rand abschnitts 15 auf. Insbesondere umfasst die erste Folienlage 15a jeweils erste Erhöhungen 25a, die in eine von der zweiten Folienlage 15b desselben Rand abschnitts 15 abgewandte Richtung und damit in die positive z-Richtung 7 weisen, und die zweite Folienlage 15b umfasst jeweils zweite Erhöhungen 25a', die in eine von der ersten Folienlage 15a desselben Randabschnitts 15 abgewandte Richtung und damit in die negative z-Richtung 7 weisen.

Bei der in Fig. 8B gezeigten Ausführungsform sind die ersten Erhöhungen 25a der ersten Folienlage 15a und die zweiten Erhöhungen 25a' der zweiten Foli enlage 15b relativ zueinander versetzt angeordnet. Bei einer senkrechten Pro jektion in eine gemeinsame Ebene überlappen die ersten Erhöhungen 25a und die zweiten Erhöhungen 25a' also nicht. Beispielsweise können die Erhöhun gen 25a, 25a' in Fig. 8B dadurch gebildet sein, dass zwischen den Folienlagen 15a, 15b des Randabschnitts 15 der MEA 80 hier nicht gezeigte Einlegelemen te angeordnet sind. Die von derartigen Einlegelementen ausgefüllten oder wenigstens teilweise ausgefüllten Zwischenräume zwischen den Folienlagen 15a, 15b sind in Fig. 8B mit 26 bezeichnet. Z. B. können die Zwischenräume 26 mit einem Klebematerial ausgefüllt sein. Ebenso können die Zwischenräume 26 jedoch unausgefüllt bleiben.

Anders als bei den zuvor beschriebenen MEAs 60, 70 haben die Erhöhungen 25a, 25a' des Randabschnitts 15 der MEA 80 jeweils eine längliche Form. Z. B. kann eine Länge der Erhöhungen 25a, 25a' der MEA 80 entlang ihrer Verlaufs- richtung jeweils wenigstens das Fünffache oder wenigstens das Zehnfache ihrer minimalen Breite betragen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Länge der Erhöhungen 25a, 25a' der MEA 80 entlang ihrer Verlaufsrichtung jeweils wenigstens das Fünffache oder wenigstens das Zehnfache einer minimalen, insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung gemessenen, Breite der Medi enleitstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 der angrenzenden Separatorplatte 2 betragen, beispielsweise wenigstens das Fünffache oder wenigstens das Zehnfache einer minimalen Kanal- oder Stegbreite. In Fig. 8A verlaufen die Erhöhungen 25a, 25a' jeweils in gerader Richtung, hier entlang der y-Richtung 9. Bei alternativen Ausführungsformen können die Erhöhungen 25a, 25a' jedoch ebenso wenigstens abschnittweise einen krummlinigen Ver lauf haben. Quer zu ihrer Verlaufsrichtung, in Fig. 8A also entlang der x- Richtung 8, haben benachbarte Erhöhungen 25a, 25a' des Randabschnitts 15 der MEA 80 einen Abstand, der z. B. höchstens das Doppelte der minimalen Breite der Erhöhungen 25a, 25a' beträgt.

Ein Vergleich der Fign. 6A und 8A zeigt ferner, dass die länglichen Erhöhungen 25a, 25a' des Randabschnitts 15 der MEA 80 gemäß Fig. 8A derart verlaufen oder derart ausgerichtet sind, dass sie die Kanäle und Stege des Verteil- oder Sammelbereichs 20 der angrenzenden Separatorplatte 2, also insbesondere die Verteilerkanäle 29, wenigstens abschnittweise kreuzen und ihre Haupter streckungsrichtung mit der Verlaufsrichtung der Verteilerkanäle 29 dabei ei nen Winkel von etwas mehr als 30° aufspannen. So kann besonders effektiv verhindert werden, dass der Randabschnitt 15 der MEA 80 in Fig. 8A wie der Randabschnitt 15 der MEA 10 in Fig. 5B in die Medienleitstrukturen des Ver teil- oder Sammelbereichs 20 der angrenzenden Separatorplatte 2 eindringt oder in diese hineinreicht und sie damit ganz oder teilweise blockiert.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf eine MEA 90 gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform, die eine Variante der MEA 80 gemäß der in den Fign. 8A-B gezeig ten Ausführungsform ist. Die MEA 90 kann wiederum mit Separatorplatten oder Bipolarplatten 2 der in Fig. 6A bzw. der in Fig. 2 gezeigten Art kombiniert werden. Die Erhöhungen 25a des Randabschnitts 15 der MEA 90 gemäß Fig. 9 unterscheiden sich von denen des Randabschnitts 15 der MEA 80 gemäß Fig. 8A dadurch, dass die Erhöhungen 25a der MEA 90 gegenüber denen der MEA 80 entlang ihres der y-Richtung 9 folgenden Verlaufs jeweils eine verringerte Länge haben. Zusätzlich ist der Abstand benachbarter Erhöhungen 25a ent lang der x-Richtung 8 in Fig. 9 größer als in Fig. 8A. Z. B. kann der Abstand be nachbarter Erhöhungen 25a des Randabschnitts 15 der MEA 90 in der x- Richtung 8 jeweils wenigstens das Doppelte oder wenigstens das Dreifache ihrer ebenfalls entlang der x-Richtung 8 bestimmten minimalen Breite haben. Die verschiedenen Erhöhungen 25a des Randabschnitts 15 der MEA 90 gemäß Fig. 9 sind in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei die Zeilen in der x- Richtung 8 und die Spalten in der y-Richtung 9 verlaufen. Die Haupterstre ckungsrichtung der Erhöhungen verläuft hier in y-Richtung und somit wiede rum in einem Winkel von 30° zu der Verlaufsrichtung der Verteilerkanäle 29 in Figur 6A.

Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf eine MEA 100 gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform, die eine Variante der in den Fign. 6B-C gezeigten MEA 60 ist. Die MEA 100 gemäß Fig. 10 unterscheidet sich von der MEA 60 gemäß den Fign. 6B-C in einer abgewandelten Geometrie des Umfangs des Randabschnitts 15 sowie in einer abgewandelten Geometrie und Anordnung der Aussparungen 22a-c und der Erhöhungen 25a, 25b. Fig. 10 zeigt eine abweichende Gestal tung der Positionierhilfe 51 des Randbereichs 15. Die Positionierhilfe 51 weist hier wie in den vorangehenden Beispielen eine Einkerbung bzw. einen Rück sprung gegenüber dem angrenzenden Außenrand der Platte auf. Zusätzlich ist eine Aussparung 53 vorgesehen, der ein gezieltes Ausweichen des Steges 54 ermöglicht. Allerdings ist die Beweglichkeit des gesamten Bereichs 55 durch die Erhöhungen und Vertiefungen 25a, 25b reduziert, so dass auch hier ein Ausweichen des Folienmaterials des Randbereichs 15 aus der x-y-Ebene ver hindert wird und die MEA 100 durch die Anlage an die hier nicht gezeigte Positioniereinrichtung präzise und in korrekter Lage zwischen die

Separatorplatten 2 positioniert wird.

Fig. 11A zeigt eine Draufsicht auf eine MEA 110 gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform. Die Erhöhungen 25c des Randabschnitts 15 der MEA 110 haben teilweise eine längliche und teilweise eine noppenartige Form. Die MEA 110 kann wiederum mit Separatorplatten oder Bipolarplatten 2 der in Fig. 6A bzw. der in Fig. 2 gezeigten Art kombiniert werden. In Fig. 11A entsprechen der Verlauf und die Anordnung der Erhöhungen 25c des Randabschnitts 15 rechts der Membran 14 z. B. in etwa dem Verlauf und der Anordnung der Erhöhun- gen 25a, 25b gemäß der Fig. 8A. Und in Fig. 11A entspricht die Anordnung der Erhöhungen 25a des Randabschnitts 15 links der Membran 14 z. B. wenigstens teilweise der Anordnung der Erhöhungen 25a, 25b gemäß Fig. 7A. Darüber hinaus weist der Randabschnitt 15 der MEA 110 gemäß Fig. 11A auch in Berei chen 27 des Randabschnitts 15, die quer oder im Wesentlichen quer zu Ver bindungslinien zwischen den miteinander in Fluidverbindung stehenden Paa ren von Aussparungen 22a-c beiderseits der Membran 14 angeordnet sind, weitere Erhöhungen 25a auf. Diese weiteren Erhöhungen 25a in den Berei chen 27 des Randabschnitts 15 sind im Plattenstapel des Systems 1 gemäß Fig. 1 zwischen der Perimetersicke 12d und dem elektrochemisch aktiven Bereich 18 der angrenzenden Separatorplatte 2 angeordnet. Durch diese Anordnung ist es möglich, die im entsprechenden Bereich der angrenzenden

Separatorplatte 2 ausgebildete Stützstruktur mit einer wesentlich niedrigeren Höhe auszubilden und so eine verbesserte Abdichtung zu erreichen. Hier kön nen die Erhöhungen 25aeinen unerwünschten Fluidfluss durch diesen Zwi schenraum und vorbei am elektrochemisch aktiven Bereich 18 der angren zenden Separatorplatte 2 verhindern oder verringern.

Die Fig. 11B zeigt schematisch einen Schnitt durch das System 1 aus Fig. 1, in dem die Separatorplatten 2 im Wesentlichen gemäß Fig. 6A bzw. gemäß Fig. 2 mit MEAs z. B. von der Art der MEA 110 gemäß Fig. 11A abwechselnd entlang der Stapelrichtung 7 gestapelt sind. Die Schnittebene der Fig. 11B ist dabei senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausgerichtet. Wie die in den Fign. 6C, 7B, 8B gezeigten Schnitte kann sich auch der Schnitt der Fig. 11B in Fig. 11A entlang eines der Verteil- oder Sammelbereiche 20 der Separatorplatten 2 erstrecken, hier insbesondere entlang der Schnittlinie F-F im Verteil- oder Sammelbereich 20 links der Membran 14 mit noppenartigen Erhöhungen 25c.

In Fig. 11B umfassen die Randabschnitte 15 der MEAs 110 jeweils wenigstens zwei Folienlagen 15a, 15b und eine zwischen den Folienlagen 15a, 15b ange ordnete Klebeschicht 28, die die Folienlagen 15a, 15b des Randabschnitts 15 miteinander verbinden. Die in die positive z-Richtung 7 weisenden ersten Er höhungen 25a und die in die negative z-Richtung weisenden zweiten Erhö hungen 25b sind dabei durch eine Variation einer Dicke der Klebeschicht 28 in der x-y-Ebene ausgebildet, wobei die Dicke der Klebeschicht 28 entlang der Stapelrichtung bzw. entlang der z-Richtung 7 bestimmt wird, insgesamt bilden sie Erhöhungen bzw. Verdickungen 25c, die in beide z-Richtungen weisen.

Anders als beim Randabschnitt 15 der MEA 80 gemäß in Fig. 8B sind die Erhö hungen 25a, 25b des Randabschnitts 15 der MEA 110 gemäß Fig. 11B derart angeordnet, dass sich ihre Orthogonalprojektionen in eine Ebene parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ganz oder wenigstens teilweise überlappen.

In Fig. 11B ist eine maximale Dicke des Randabschnitts 15 z. B. wenigstens doppelt so groß oder wenigstens dreimal so groß wie eine minimale Dicke des Randabschnitts 15. Die maximale Dicke des Randabschnitts 15 tritt dabei im Bereich der einander entlang der Stapelrichtung überlappenden Erhöhungen 25a, 25b auf, und die minimale Dicke des Randabschnitts 15 tritt dabei im Bereich zwischen den Erhöhungen 25a, 25b auf. Der Randabschnitt 15 der MEA 110 gemäß Fig. 11B mit zwei Folienlagen 15a, 15b und einer zwischen den Folienlagen 15a, 15b angeordneten Klebeschicht 28 kann z. B. in einem Formwerkzeug durch Verpressen oder durch Laminieren der Klebeschicht 28 zwischen den Folienlagen 15a, 15b insbesondere unter Wärmeeinwirkung hergestellt werden. Die in Fig. 11B im Schnitt gezeigten Erhöhungen 25a, 25b können in der Draufsicht z. B. noppenartig ausgebildet sein wie die noppenar tigen Erhöhungen 25a, 25b links der Membran 14 oder in den Bereichen 27 in Fig. 11A. Würde man anstelle des Schnitts F-F aus Fig. 11A einen schnitt links der Membran 14 betrachten, so wären die in Fig. 11B im Schnitt gezeigten Erhöhungen 25a, 25b in der Draufsicht länglich ausgebildet.

Alternativ ist es denkbar, dass die in der Fig. 11B dargestellten Randabschnitte 15 nicht wie zuvor erläutert aus zwei Folienlagen 15a, 15b und einer zwischen den Folienlagen 15a, 15b angeordneten Klebeschicht, sondern aus einer einzi gen Folienlage mit variabler Dicke gebildet sind. Ein solcher einlagiger Rand abschnitt mit Erhöhungen von der Art der in Fig. 11B gezeigten Erhöhungen 25a, 25b kann z. B. aus einer thermoplastischen Folie durch Formen oder Verpressen in einem Formwerkzeug geformt werden. Hierbei wird auch der Bereich des Randbereichs 15, der mit der Membran 14 in der MEA überlappt gegenüber der ursprünglichen Dicke des Folienmaterials verjüngt. Die Fig. 12 zeigt schematisch einen Schnitt durch das System 1 aus Fig. 1, in dem die Separatorplatten 2 gemäß Fig. 6A bzw. gemäß Fig. 2 mit MEAs 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform abwechselnd entlang der Stapelrich tung 7 gestapelt sind. Die Schnittebene der Fig. 12 ist dabei senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausgerichtet. Wie die in den Fign. 6C, 7B, 8B gezeigten Schnitte kann sich auch der Schnitt der Fig. 12 z. B. entlang eines der Verteil- oder Sammelbereiche 20 der Separatorplatten 2 erstrecken.

Der Randabschnitt 15 der MEA 120 gemäß Fig. 12 umfasst eine Folienlage 15a. Die in die negative z-Richtung 7 weisenden Erhöhungen 25a' sind in Fig. 12 durch Verstärkungselemente gegeben, die mit der Folienlage 15a zusam mengefügt sind. Z. B. können die die Erhöhungen 25a' bildenden Verstär kungselemente aus demselben Folienmaterial gebildet sein wie die Folienlage 15a. Mit anderen Worten ist der Randabschnitt 15 bei der MEA 120 gemäß Fig. 12 nur in den verstärkten Bereichen und damit nur bereichsweise doppel lagig ausgebildet. Beispielsweise kann eine maximale Dicke des Randab schnitts 15 im Bereich der Erhöhungen 25a' wenigstens das Doppelte einer minimalen Dicke des Randabschnitts 15 zwischen den Erhöhungen 25a' sein.

Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die die Erhöhungen 25a' bildenden Ver stärkungselemente aus einem Material gebildet sind, das von dem Material der Folienlage 15a verschieden ist. Die Verstärkungselemente, die die Erhö hungen 25a' des Randabschnitts 15 der MEA 120 gemäß Fig. 12 bilden, kön nen z. B. auf die Folienlage 15a aufgeklebt und/oder auflaminiert sein. In der Draufsicht, d. h. in der x-y-Ebene, können die die Erhöhungen 25a' bildenden Verstärkungselemente des Randabschnitts 15 der MEA 120 gemäß Fig. 12 z. B. wiederum noppenartig und/oder länglich ausgebildet sein, z. B. entsprechend den Erhöhungen 25a' des Randabschnitts 15 der MEA 110 gemäß Fig. 11A. Sie können jedoch auch aus einem zumindest teilweise zusammenhängenden Gitter bestehen.

Die Fign. 13a-B zeigen eine Draufsicht auf eine MEA 130 gemäß einer weite ren Ausführungsform. Dabei zeigt Fig. 13A die MEA 130 während ihrer Her stellung, und Fig. 13B zeigt die fertige MEA 130. Die fertige MEA 130 kann wiederum mit Separatorplatten oder Bipolarplatten 2 der in Fig. 6a bzw. der in Fig. 2 gezeigten Art kombiniert werden. Die fertige MEA 130 gemäß Fig. 13B zeichnet sich dadurch aus, dass eine Folienlage des Randabschnitts 15 an zwei gegenüberliegenden Enden links und rechts der Membran 14 zur wenigstens bereichsweisen Doppelung dieser Folienlage jeweils entlang einer Falzkante 30 umgefalzt und gedoppelt ist. Der Randabschnitt 15 der fertigen MEA 130 gemäß Fig. 13B umfasst damit wenigstens bereichsweise wenigstens zwei Folienlagen 15a, 15b, die einstückig ausgebildet und entlang der Falzkanten 30 miteinander verbunden sind. Die Falzkanten 30 sind dabei jeweils an einem der Membran 14 bzw. dem aktiven Bereich 18 einer angrenzenden

Separatorplatte 2 zugewandten Ende des die wenigstens zwei Folienlagen 15a, 15b umfassenden Bereichs des Randabschnitts 15 angeordnet. Fig. 13A zeigt wie die Folienlage 15a zur Ausbildung dieser wenigstens bereichsweisen Doppelung entlang von Schnittlinien 31 z. B. aus der die Folienlagen 15a, 15b umfassenden Folie des Randabschnitts 15 ausgeschnitten oder ausgestanzt werden kann.

Die durch das Umfalzen und Doppeln hergestellte und dem Betrachter der Fig. 13B zugewandte Folienlage 15a bildet somit eine wenigstens bereichsweise Verstärkung oder Erhöhung 25a des Randabschnitts 15 der MEA 130. Die die Erhöhung 25a bildende umgefalzte Folienlage 15a kann im gedoppelten und verstärkten Bereich des Randabschnitts 15 der MEA 130 z. B. mit der nicht umgefalzten Folienlage 15b verklebt oder anderweitig stoffschlüssig verbun den sein. Die beiden gedoppelten Folienlagen 15a, 15b des Randabschnitts 15 können z. B. wiederum im Verteil- oder Sammelbereich 20 einer angrenzen den Separatorplatte 2 des Systems 1 gemäß Fig. 1 angeordnet sein. Eine durch die bereichsweise Doppelung bewirkte Versteifung des Randabschnitts 15 der MEA 130 gemäß Fig. 13B kann wiederum der unerwünschten Verformung und dem in Fig. 5B dargestellten unerwünschten Eindringen des Randabschnitts 15 in die Medienleitstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 einer an grenzenden Separatorplatte 2 entgegenwirken.

Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines elektrochemischen Systems, in dem anders als in den meisten vorhergehenden Schnittdarstellun gen auch der Rand der Membran 14 dargestellt ist. Hier grenzt der Rand der Membran 14 auf beiden Oberflächen an eine der beiden Folienlagen 15a, 15b an. Die beiden Folienlagen 15a, 15b sind im an den Rand der Membran 14 angrenzenden Bereich voneinander beabstandet, liegen aber im übrigen Randbereich 15 unmittelbar aufeinander auf und sind miteinander flächig verklebt. Sie sind gemeinsam zur Ausbildung einer Verstärkung des Randbe reichs so umgeformt, dass sie Erhebungen 25a und Vertiefungen 25b ausbil den. Insgesamt bilden die beiden Folienlagen 15a, 15b eine wellblechartige Struktur aus.

Claims

Patentansprüche

1. Elektrochemisches System (1) mit einer ersten Separatorplatte (2) und einer zweiten Separatorplatte (2') und mit einer zwischen den

Separatorplatten (2, 2') angeordneten Membranelektrodeneinheit (MEA) (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130), wobei die MEA eine Membran (14) zur Ausbildung einer elektrochemischen Zelle sowie einen mit der Membran (14) verbunde nen und ein Folienmaterial umfassenden Randabschnitt (15) zum Positionie ren und/oder zum Befestigen der Membran (14) zwischen den

Separatorplatten (2, 2') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (15) zur wenigstens bereichsweisen Versteifung des Randabschnitts (15) mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder Vertie fung (25b) aufweist.

2. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte (2, 2') angeordne ten elektrochemisch aktiven Bereich (18), wobei wenigstens eine der

Separatorplatten (2, 2') eine Durchgangsöffnung (lla-c) sowie wenigstens einen Verteilerkanal (29) aufweist, der eine Fluidverbindung zwischen der Durchgangsöffnung (lla-c) und dem elektrochemisch aktiven Bereich (18) herstellt, wobei die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die min destens eine Vertiefung (25b) des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80;

90; 100; 120; 130) den wenigstens einen Verteilerkanal (29) wenigstens ab schnittweise überdecken bzw. überdeckt und/oder wobei die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) an den wenigs tens einen Verteilerkanal (29) angrenzen bzw. angrenzt.

3. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch einen elektrochemisch aktiven Bereich (18) und durch eine erste Dichtanordnung (12d) zum Abdichten des elektroche misch aktiven Bereichs (18), wobei die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) zwischen der ersten Dichtanordnung (12d) und dem elektrochemisch aktiven Bereich (18) angeordnet ist und einen zwi schen der ersten Dichtanordnung (12d) und dem elektrochemisch aktiven Bereich (18) ausgebildeten Zwischenraum ganz oder wenigstens teilweise verschließt, so dass sie einen unerwünschten Fluidfluss durch den Zwischen raum und vorbei am elektrochemisch aktiven Bereich (18) verhindert oder verringert.

4. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch einen elektrochemisch aktiven Bereich (18), durch mindestens eine Durchgangsöffnung (lla-c) in der ersten und/oder in der zweiten Separatorplatte (2, 2'), durch eine erste Dichtanordnung (12d) zum Abdichten des elektrochemisch aktiven Bereichs (18) und durch eine zweite Dichtanordnung (12a-c) zum Abdichten der mindestens einen Durch gangsöffnung (lla-c), wobei die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) in einem Bereich zwischen der ersten Dichtanordnung (12d) und der zweiten Dichtanordnung (12a-c) angeordnet sind bzw. ist, in dem ein Abstand der ersten Dichtanordnung (12d) von der zweiten Dichtanordnung (12a-c) höchstens das Zehnfache, vorzugsweise höchstens das Sechsfache eines minimalen Abstandes zwischen der ersten Dichtanordnung (12d) und der zweiten Dichtanordnung (12a-c) beträgt.

5. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) an einer vom elektrochemisch aktiven Bereich (18) abgewandten Seite der zweiten Dichtanordnung (12a-c) zwischen der ersten Dichtanord nung (12d) und der zweiten Dichtanordnung (12a-c) angeordnet ist.

6. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder Vertiefung (25b) einteilig mit dem Randabschnitt (15) ausge bildet sind bzw. ist.

7. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) wenigstens bereichsweise nach Art eines Wellblechs ausgebildet ist, wobei die Erhöhungen (25a, 25a') und/oder die Vertiefungen (25b) durch Wellentäler und Wellenberge des wellblechartigen Bereichs ge geben sind.

8. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) in den Randabschnitt (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) eingeformt sind bzw. eingeformt ist.

9. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') mindestens eine zur ersten Separatorplatte (2) hin erhöhte erste Erhö hung (25a) und/oder mindestens eine zur zweiten Separatorplatte (2') hin erhöhte zweite Erhöhung (25a') umfasst.

10. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) eine längliche Form ha ben bzw. hat.

11. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25a') noppenartig ausgebildet sind bzw. ist.

12. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25a') in einer Ebene parallel zur Plattenebene (x-y) eine Haupterstreckungsrichtung aufweist und der min destens eine Verteilerkanal (29) der an den Randabschnitt (15) angrenzenden Separatorplatte (2, 2') eine Erstreckungsrichtung aufweist, die mit der Haupt erstreckungsrichtung der Erhöhung (25a, 25a') oder Vertiefung (25a') einen Winkel von mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 30° einschließt.

13. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der mindestens einen Erhöhung (25a, 25a') wenigstens bereichsweise mindestens ein Verstärkungs element auf dem Randabschnitt (15) angeordnet und mit dem Randabschnitt (15) zusammengefügt ist.

14. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement und der Randab schnitt (15) dasselbe Folienmaterial umfassen.

15. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) durch eine Variation einer Dicke des Folienmaterials des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) realisiert sind bzw. ist.

16. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) wenigstens bereichsweise zwei miteinander ver bundene Folienlagen (15a, 15b) umfasst.

17. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, dass der Randabschnitt (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) zur Ausbildung des wenigstens zwei Folienlagen (15a, 15b) umfassende Be reichs des Randabschnitts (15) eine Folienlage mit einem zur Doppelung die ser Folienlage umgefalzten Abschnitt umfasst.

18. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen elektrochemisch aktiven Bereich (18), wobei eine Falzkante (30) des umgefalzten Folienabschnitts an einem dem elektrochemisch aktiven Be reich (18) zugewandten Ende des wenigstens zwei Folienlagen umfassenden Bereichs des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) an geordnet ist.

19. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Separatorplatte zugewandte erste Folienlage (15a) mindestens eine zur ersten Separatorplatte (2) hin er höhte erste Erhöhung (25a) aufweist und dass eine der zweiten

Separatorplatte (2') zugewandte zweite Folienlage (15b) mindestens eine zur zweiten Separatorplatte hin erhöhte zweite Erhöhung (25a') aufweist.

20. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, dass die Separatorplatten (2, 2') jeweils eine Plattenebene definie ren und dass die mindestens eine erste Erhöhung (25a) und die mindestens eine zweite Erhöhung (25a') in Orthogonalprojektion in den Plattenebenen der Separatorplatten (2, 2') wenigstens teilweise überlappend angeordnet sind.

21. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorplatten (2, 2') jeweils eine Plat tenebene definieren und dass die mindestens eine erste Erhöhung (25a) und die mindestens eine zweite Erhöhung (25a) in Orthogonalprojektion in den Plattenebenen der Separatorplatten (2, 2') wenigstens teilweise relativ zuei nander versetzt angeordnet sind.

22. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) wenigstens eine zwischen den Folienlagen (15a, 15b) angeord nete Klebeschicht (28) umfasst und dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25a') und/oder die mindestens eine Vertiefung (25b) durch eine Variation einer Dicke der Klebeschicht (28) realisiert sind bzw. ist.

23. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhöhung (25a, 25b) und/oder die mindestens eine Vertiefung durch eine Variation einer Dicke des Randabschnitts (15) der MEA (60; 70; 80; 90; 100; 120; 130) durch zwischen den Folienlagen (15a, 15b) angeordnete Einlegeelemente realisiert sind bzw. ist.