WO2022106235A1 - Method for producing a membrane-electrode assembly, and membrane-electrode assembly for a fuel cell - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, which has a multi-layer structure, and to such a membrane-electrode assembly for a fuel cell.
- US 2010/0151350 A discloses a structure for a membrane electrode assembly and a method for its production.
- a carrier layer with a supporting film applied thereto is fed to a pair of rotary die-cutting rollers in order to make a cutout in the supporting film.
- the carrier layer with the cut section is then pulled off and the supporting film is fed to a processing station in which blanks of an electrolyte membrane are applied to the supporting film.
- These cuts of the electrolyte membrane are obtained from a so-called CCM membrane.
- This electrolyte membrane is aligned with the cutout in the first support film. The residual strip from which the electrolyte membrane was cut out is discharged.
- a second support film with cutouts is then applied to the opposite side of the first support film, the cutouts of which are aligned with those of the first support film.
- the electrolyte membrane is interposed.
- a further carrier layer with catalyst layers is then cut in a pair of rotary die-cutting rollers. Thereafter, the support layer with the cut catalyst layers is applied to each side of the electrolyte membrane.
- the respective carrier layer is then peeled off so that the catalyst layer remains on the electrolyte membrane.
- the second supporting film is bonded to the first supporting film by an adhesive layer, with the electrolyte membrane not being bonded to the first and second supporting film in a region in which the electrolyte membrane is arranged between the first and second supporting film.
- the invention is based on the object of proposing a method for producing a membrane-electrode assembly and a membrane-electrode assembly in which the production costs are reduced in order to enable better market penetration for fuel cell technology.
- This object is achieved by a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell
- cutouts are made in the first supporting film one after the other and at a distance from one another
- a membrane foil is fed to the processing station, which comprises a strip-shaped electrolyte membrane on which catalyst layers are applied on both sides in a format,
- first and second supporting film with the membrane film cuts arranged between them are firmly connected to one another to form a film composite.
- This method has the advantage that the production of the membrane-electrode assembly is made possible in an automated process and thus high processing speeds and quantities can be achieved.
- the first and/or the second supporting film are preferably provided without a carrier layer. This enables further process optimization.
- the first and/or second supporting film is provided with an adhesive coating on one side.
- the individual subsequent layers can be applied and prefixed directly thereon.
- a layer of adhesive can be applied to one side of the first and/or second supporting film in a gluing station.
- the cutouts are preferably introduced into the first supporting film by punching or laser cutting before it is fed into the processing station. Both manufacturing options can be used in a continuous process.
- the cut-outs can be made in the second supporting film by punching or laser cutting before it is fed to the membrane film blanks equipped with the first supporting film.
- the redundancy of the workstations can in turn make it possible to reduce the costs of the manufacturing process.
- the membrane blanks are preferably cut with a peripheral edge compared to the catalyst layers applied to both sides of the electrolyte membrane, so that the peripheral edge is formed with an overhang of the same width compared to all side edges of the format of the catalyst layers.
- the membrane foil blanks can be securely accommodated between the two supporting foils.
- a high level of tightness can be created, which is advantageous when using a plurality of membrane electrode assemblies arranged one above the other in a fuel cell.
- the catalyst layers can be applied to the electrolyte membrane in a square or rectangular format, and the cutouts in the first and second support foils are preferably adapted to the square or rectangular format of the catalyst layers.
- the size of the cutouts that are made in the first and second supporting foil is the same as or slightly smaller than the format of the catalyst layers.
- the catalyst layers can be introduced with a tolerance of +/- 0.1 mm between the edges of the cutouts in the support foils. This precision when introducing the catalyst layers of the membrane foil cuts into the cutouts of the supporting foils is a decisive factor for the performance of the fuel cell. As a result, higher packing densities and thus a reduced size of the fuel cell can be made possible.
- the edge of the membrane film blank that protrudes beyond the format of the catalyst layers is preferably glued on both sides between the first and second supporting film. As a result, a high degree of tightness of such a membrane electrode assembly can be ensured.
- At least one gas diffusion layer is applied simultaneously or sequentially to the respective catalyst layer on each side of the membrane foil cuts of the foil composite produced.
- an adhesive layer is preferably applied to the respective catalyst layer of the membrane foil cut, in particular in an adhesive coating station. This also enables a continuous manufacturing process.
- the gas diffusion layer is cut to size in a further processing station and applied to the respective catalyst layer of the membrane foil cuts and glued to them.
- the gas diffusion layers can be cut to size by a pair of rotary die-cutting rollers and then applied.
- the processing station is produced by a pair of vacuum punching rollers, the membrane foil blanks being cut to size with a rotary die cutter and then applied to the first supporting film with a vacuum counter-punching roller or positioned in the cutout of the first supporting film.
- the processing station can be cut by a pair of rotary die-cutting rollers, with holding webs being formed between the membrane foil blank and the remaining web material, and with a squeezing and laminating roller arranged downstream of the pair of rotary die-cutting rollers in the conveying direction, the membrane foil blanks are pressed out and positioned in the cutouts of the first supporting foil and applied to the backing sheet.
- the mutually opposite longitudinal edges of the film composite produced are preferably cut to a constant width, preferably by means of a laser.
- the edges of the support films lying one on top of the other are cut at the same time, so that their edges are congruent.
- the film composite produced can be separated into membrane-electrode assemblies, in particular after the film composite has been trimmed to a constant width.
- the separation can be made possible by punching or by means of a laser by cross-cutting.
- a further preferred embodiment of the method provides that the first supporting film, the second supporting film and the membrane film are provided and supplied as semi-finished products on a roll. This enables a continuous production process, which also enables a high degree of precision in the alignment of the individual layers or the cutouts of the support foils with respect to the catalyst layers of the membrane foil.
- the application of the membrane foil cuts to the first supporting foil and the feeding of the second supporting foil to the first supporting foil is advantageously controlled with a continuous web speed. As a result, a large number can be manufactured and thus the manufacturing costs can be reduced.
- a membrane-electrode assembly in which a first and second support film each have a cutout and a membrane film cut, which includes an electrolyte membrane on which a catalyst layer is provided on both sides and opposite the catalyst layers applied on both sides a peripheral edge protruding from the electrolyte membrane is formed, the peripherally protruding edge of the membrane foil blank being firmly connected to the side of the supporting foil pointing towards the peripheral edge.
- this membrane electrode assembly can be highly sealed.
- the peripheral edge is glued on both sides to the respective supporting film.
- the section of the first supporting film and the section of the second supporting film are aligned congruently with one another.
- Figure 1 shows a basic structure of a known fuel cell
- FIG. 2 shows a schematic sectional view of a film composite for a membrane electrode assembly
- FIG. 3 shows a schematic view of the film composite according to FIG. 2,
- FIG. 4 shows a schematic side view of a system for producing the membrane electrode assembly
- FIG. 5 shows a schematic side view of an alternative embodiment to FIG. 4,
- FIG. 6 shows a schematic sectional view of a further embodiment of the membrane electrode assembly
- FIG. 7 is a schematic view from above of the alternative embodiment according to FIG. 6, and
- FIG. 8 shows a schematic partial view of the system for producing the alternative embodiment of the membrane electrode assembly according to FIG.
- a fuel cell 11 is shown schematically with respect to its basic components.
- Catalyst layers 16, 17 are provided on both sides of an electrolyte membrane 14, the hydrogen being separated into hydrogen ions H + and electrons e - on the catalyst layer 16 (anode).
- the electrolyte membrane 14 allows only one passage for hydrogen ions or protons and water to get to the further catalyst layer 17, the cathode.
- the electrodes travel through an electrical circuit in the form of an electrical current. This can be transferred to a battery, in particular a rechargeable battery.
- Gas diffusion layers (GDL) 18 , 19 are provided on both sides of the catalyst layers 16 , 17 .
- a first plate and a second plate 21, 22 are provided outside of these gas diffusion layers 18, 19, respectively. Hydrogen can flow through the first plate 21 .
- Oxygen can flow through the second plate 22 , water and heat being formed on the surface of the catalyst layer 17 and dissipated via this second plate 22 .
- This fuel cell 11 can be combined and stacked with a large number of other fuel cells 11 .
- the number of stacked fuel cells 11 determines the total voltage or mains voltage, with the surface area of the individual fuel cells determining the total current.
- the total electrical power generated by such a stack of fuel cells 11 can be determined by the product of voltage and current.
- FIG. 2 shows a schematic sectional view of a composite film 35 for producing membrane electrode assemblies 25 (MEA).
- the film composite 35 is separated into membrane-electrode assemblies 25 by making separating cuts 36 .
- the membrane-electrode assemblies 25 comprise at least the electrolyte membrane 14 and the catalyst layers 16, 17 as well as a first and second support film 26, 27.
- the first and second support films 26, 27 are not shown in FIG. 1 for the sake of simplicity.
- This first support film 26 is usually referred to as subgasket 1 and the second support film 27 as subgasket 2 . These have the task of supporting the electrolyte membrane 14 mechanically and/or statically, without thereby influencing the ongoing electrochemical processes of the fuel cell 11 .
- This membrane electrode assembly (MEA) 25 is constructed as follows:
- the first supporting film 26 and the second supporting film 27 each have cutouts 29 .
- a membrane foil blank 31 is provided between the first and second support foils 26 , 27 .
- This membrane foil blank 31 consists of an electrolyte membrane 14, which is preferably designed as a polymer electrolyte membrane.
- the catalyst layers 16 , 17 are provided on both sides of the electrolyte membrane 14 .
- the catalyst layer 16 forms the anode.
- the catalyst layer 17 forms the cathode.
- These catalyst layers 16, 17 are preferably congruently one on top of the other and are formed with the same format. For example, a rectangular format is provided, alternatively a square format can also be formed.
- the membrane foil blank 31 includes a peripheral edge 32 which consists of the electrolyte membrane 14 .
- This peripheral edge 32 extends completely around the catalyst layers 16, 17.
- the width of the edge 32 along each longitudinal side of the format of the catalyst layers 16, 17 is of the same size.
- the membrane foil blank 31 is arranged with the catalyst layer 16, 17 in the respective cutout 29 of the first and second supporting foil 26, 27.
- the peripheral edge 32 extends beyond the cutouts 29 between the first supporting film 26 and the second supporting film 27 .
- an overlapping area 33 is formed between the peripheral edge 32 and each side of the first and second support film 26 , 27 associated with the peripheral edge 32 .
- the peripheral edge 32 is firmly connected to the first and second supporting film 26, 27.
- An adhesive connection is preferably provided.
- the first and second support films 26, 27 are firmly connected directly to one another, in particular glued.
- the cutouts 29 in the first and second supporting film 26, 27 are the same in size or format as the areal extent of the catalyst layers 16, 17.
- the cutouts 29 can also be only slightly smaller than the format of the catalyst layers 16, 17, so that the edges of the catalyst layers 16, 17 are directly adjacent to the edges of the cutouts 29.
- FIG. 4 shows a schematic side view of a system 41 for producing the membrane-electrode assembly 25 from a film composite 35 according to FIGS.
- the first supporting film 26 is preferably provided on a roll 42 .
- This first supporting film 26 is preferably free of a carrier layer.
- This first supporting film 26 is stored on the roll 42 as web material with a predetermined width.
- This web material is fed to a gluing station 44 .
- a layer of adhesive is applied to one side of the supporting film 26 .
- a first supporting film 26 with an adhesive layer can already be stored on the roll 42 and pulled off.
- the cutouts 29 are introduced successively and at a predetermined distance from one another.
- a laser cutting station 46 is shown.
- a stamping processing station for producing the cutouts 29 can also be provided.
- the gluing station 44 and the station 46 for punching out the cutouts 29 can also be interchanged in their order.
- a membrane film 49 is processed in a subsequent processing station 48 .
- This membrane foil 49 is in turn preferably provided on a roll 50 .
- This membrane foil 49 consists of the electrolyte membrane 14, on both sides of which the catalyst layers 16, 17 are applied at predetermined intervals and congruently opposite one another.
- This membrane film 49 is fed to a pair of vacuum punching rollers.
- a membrane foil blank 31 is punched out of the membrane foil 41 by means of a rotary die-cutting roller 51 . The punching takes place in such a way that the peripheral edge 32 is formed outside of the catalyst layers 16 , 17 .
- the resulting punched-out membrane foil 49 is wound up to form a further roll 53 .
- the membrane foil blanks 31 punched out by the rotary punching roller 51 are transferred to a counter-rotating vacuum counter-punching roller 52, which then positions the catalyst layer 16, 17 facing the first support film 26 in the cutout 29 with a precise fit and inserts it.
- the peripheral edge 32 of the membrane foil blank 31 is supported on the first supporting foil 26 adjacent to the cutout 29 . Due to the application of the layer of adhesive, a first adhesion of the peripheral edge 32 of the membrane foil blank 31 to the first supporting foil 26 can be provided.
- This second supporting film 27 is in turn provided and drawn off from a roll 57 as web material. This second supporting film 27 is also preferably provided on the roll 57 without a backing layer.
- the second support roller 27 can be fed to a gluing station 44 if the second support roller 27 is not already provided with a layer of adhesive.
- the cutouts 29 are then successively made in the second supporting film 27, for example using the laser cutting station 46.
- the second supporting film 27 is then fed to the first supporting film 26 via deflection rollers 59 .
- the feed of the second support film 27 is controlled and aligned in such a way that the respective cutouts 29 in the second support film 27 are aligned with the catalyst layers 16, 17 pointing upwards, so that these catalyst layers 16, 17 are positioned in the cutout 29 of the second support film 27 .
- the supporting films 26, 27 and the membrane film blank 31 arranged between them, in particular the peripheral edge 32, can be firmly connected to one another.
- the action of heat or UV crosslinking of the adhesive preferably takes place in order to bond the first and second punched foils 26, 27 and the edge 32 of the membrane foil blank 31 arranged between them.
- This finished composite film 35 is formed in five layers, for example.
- the membrane-electrode assemblies 25 can be separated, which up to this point in time have been in the form of a multi-layer film composite in the form of a web. These individual membrane-electrode assemblies 25 can be supplied to a magazine or can be transferred to further downstream processing stations.
- FIG. 1 An alternative embodiment of the method for producing a membrane electrode assembly 25 is shown in FIG.
- the processing station 48 for feeding the membrane foil blanks 31 onto the cutouts 29 in the first supporting foil 26 is different. Otherwise, reference can be made to the embodiments described above.
- This processing station 48 comprises a pair of rotary die-cutting rollers with a rotary die-cutting roller 67 and a counter-punching roller 68, between which the supplied membrane film 49 is processed.
- the membrane foil blank 31 is cut into the membrane foil 49 , with individual webs or retaining webs remaining, so that the membrane foil blank 31 is still held within the membrane foil 49 .
- These webs are thin so that they allow the membrane foil sections 31 to be easily detached from the membrane foil 49 by tearing them off.
- This removal is effected by a squeezing and laminating roller 69 downstream of the pair of rotary die-cutting rollers, through which the membrane foil blank 31 is transferred into the cut-out 29 of the first die-cut foil 26, with the membrane foil blank 31 being detached from the membrane foil 49 by tearing off the holding webs.
- the composite film 35 shown in FIGS. 2 and 3 is present after the station 61 or after the processing station 63 and before it is separated by the processing station 65 .
- the distances between the cutouts 29 in the first and second support foils 26, 27 seen in the longitudinal direction and thus the positioning of the membrane foil cuts 31 between the punched foils 26, 27 are designed in such a way that a separating cut 36 positioned centrally between two cutouts 29 ( Figures 2 and 3 ) or cross section for separating the membrane electrode assemblies 25 already has a final format for further processing.
- FIG. 6 shows a schematic sectional view of the membrane electrode assembly 25 according to FIG. 2 after a further processing step.
- FIG. 7 shows a view of the sectional view according to FIG.
- These gas diffusion layers 18, 19 have the task of evenly distributing the gases supplied by the plates 21, 22, namely hydrogen and oxygen, over the surface.
- These gas diffusion layers 18, 19 can consist, for example, of chopped carbon fibers which are processed into a suspension in a binder polymer, subsequently dried and impregnated, for example with a duroplastic resin. The applied resin can then be graffitied to increase durability.
- An adhesive coating in particular in the form of adhesive beads, is applied to the catalyst layers 16, 17 in order to connect the gas diffusion layers 18, 19 to the catalyst layers 16, 17 to form a common film composite 35.
- These gas diffusion layers 18, 19 correspond in size or format to the catalyst layers 16, 17.
- FIG. 8 shows a schematic view of the system according to FIG. 4 or FIG. 5, a processing station 74 for applying the gas diffusion layers 18, 19 is shown.
- adhesive application devices 76 are provided on both sides of the composite film 35, by means of which adhesive is applied to the catalyst layers 16, 17, preferably over the entire surface.
- the processing station 74 with a pair of vacuum rotary die-cutting rollers can then in turn be provided on both sides of the film composite 75 .
- the gas diffusion layers 18, 19 are provided as web goods on a roll 78.
- the gas diffusion layers 18, 19 are fed to the pair of vacuum rotary die-cutting rollers, so that the gas diffusion layers 18, 19 are cut to size by the rotary die-cutting roller 51 in the format of the catalyst layers 16, 17 or cutouts 29.
- a blank of the gas diffusion layers 18, 19 is then applied to the catalyst layers 16, 17 via the vacuum roller 52 and glued to them.
- a membrane electrode assembly 25 is produced, which is designed in seven layers or with seven layers.
- the membrane electrode assembly 25 is then separated by cross cutting via the processing station 63.
- the methods described here have the advantage that the layers or plies for producing the membrane electrode assembly 25 are all provided as rolled goods. As a result, the individual layers can be processed continuously and the layers can be brought together so that they fit together precisely for the production of the membrane-electrode assembly 25 .
- this method aligns and positions a catalyst layer 16, 17 of the membrane sheet blank 31 with a precise fit to the cutout 29 of the first supporting sheet 26, and then a section 29 of the second supporting sheet 27 is aligned and positioned with a precise fit to the second catalyst layer 17, 16 of the membrane sheet blank 31.
- the cutouts 29 of the first and second supporting foils 21, 22 are aligned congruently with one another.
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Abstract
The invention relates to a method and to a membrane-electrode assembly (25) for a fuel cell, comprising a first and second support film (26, 27), each of which has cut-outs (29), with a membrane film blank (31) that comprises an electrolyte membrane (14) as a support layer, on both sides of which a catalyst layer is provided. A peripheral edge (32) of the electrolyte membrane (14) is formed with respect to the catalyst layers (16, 17), wherein the exterior of the peripherally protruding edge (32) of the membrane film blank (31) is rigidly connected to the support film (26, 27) face facing the edge (32).
Description
Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung sowie eine Membran-Elektroden-Anordnung für Method for producing a membrane electrode assembly and a membrane electrode assembly for
eine Brennstoffzellea fuel cell
eine Brennstoffzellea fuel cell
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, welche mehrschichtig aufgebaut ist sowie eine solche Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle.The invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, which has a multi-layer structure, and to such a membrane-electrode assembly for a fuel cell.
Aus der US 2010/0151350 A sind ein Aufbau einer Membran-Elektroden-Anordnung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Bei dieser Membran-Elektroden-Anordnung wird eine Trägerschicht mit einer darauf aufgebrachten Stützfolie einem Rotationsstanzwalzenpaar zugeführt, um einen Ausschnitt in die Stützfolie einzubringen. Nachfolgend wird die Trägerschicht mit dem geschnittenen Ausschnitt abgezogen und die Stützfolie einer Bearbeitungsstation zugeführt, in welcher Zuschnitte einer Elektrolytmembran auf die Stützfolie aufgebracht werden. Diese Zuschnitte der Elektrolytmembran werden aus einer sogenannten CCM-Membran gewonnen. Diese Elektrolytmembran wird zum Ausschnitt in der ersten Stützfolie ausgerichtet. Der Reststreifen, aus welchem die Elektrolytmembran ausgeschnitten wurde, wird abgeführt. US 2010/0151350 A discloses a structure for a membrane electrode assembly and a method for its production. In this membrane-electrode assembly, a carrier layer with a supporting film applied thereto is fed to a pair of rotary die-cutting rollers in order to make a cutout in the supporting film. The carrier layer with the cut section is then pulled off and the supporting film is fed to a processing station in which blanks of an electrolyte membrane are applied to the supporting film. These cuts of the electrolyte membrane are obtained from a so-called CCM membrane. This electrolyte membrane is aligned with the cutout in the first support film. The residual strip from which the electrolyte membrane was cut out is discharged.
Darauffolgend wird an der gegenüberliegenden Seite der ersten Stützfolie eine zweite Stützfolie mit Ausschnitten aufgebracht, wobei dessen Ausschnitte zu jenen der ersten Stützfolie ausgerichtet sind. Die Elektrolytmembran ist dazwischenliegend angeordnet. Anschließend wird eine weitere Trägerschicht mit Katalysatorschichten in einem Rotationsstanzwalzenpaar geschnitten. Danach wird die Trägerschicht mit den geschnittenen Katalysatorschichten auf jede Seite der Elektrolytmembran aufgebracht. Darauffolgend wird die jeweilige Trägerschicht abgezogen, sodass die Katalysatorschicht auf der Elektrolytmembran verbleibt. Des Weiteren ist die zweite Stützfolie durch eine Klebeschicht mit der ersten Stützfolie verklebt, wobei in einem Bereich, in welchem die Elektrolytmem-bran zwischen der ersten und zweiten Stützfolie angeordnet ist, die Elektrolytmembran nicht mit der ersten und zweiten Stützfolie verklebt ist.A second support film with cutouts is then applied to the opposite side of the first support film, the cutouts of which are aligned with those of the first support film. The electrolyte membrane is interposed. A further carrier layer with catalyst layers is then cut in a pair of rotary die-cutting rollers. Thereafter, the support layer with the cut catalyst layers is applied to each side of the electrolyte membrane. The respective carrier layer is then peeled off so that the catalyst layer remains on the electrolyte membrane. Furthermore, the second supporting film is bonded to the first supporting film by an adhesive layer, with the electrolyte membrane not being bonded to the first and second supporting film in a region in which the electrolyte membrane is arranged between the first and second supporting film.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung sowie eine Membran-Elektroden-Anordnung vorzuschlagen, bei welcher die Herstellkosten reduziert werden, um eine bessere Marktdurchdringung für die Brennstoffzellentechnologie zu ermöglichen. The invention is based on the object of proposing a method for producing a membrane-electrode assembly and a membrane-electrode assembly in which the production costs are reduced in order to enable better market penetration for fuel cell technology.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, gelöst, This object is achieved by a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell,
bei dem eine erste Stützfolie als Bahnmaterial bereitgestellt wird,in which a first supporting film is provided as web material,
bei dem in die erste Stützfolie aufeinanderfolgend und mit Abstand zueinander Ausschnitte eingebracht werden,in which cutouts are made in the first supporting film one after the other and at a distance from one another,
bei dem die mit Ausschnitten versehene Stützfolie einer Bearbeitungsstation zugeführt wird,in which the support film provided with cutouts is fed to a processing station,
bei dem eine Membranfolie der Bearbeitungsstation zugeführt wird, welche eine bahnförmige Elektrolytmembran umfasst, auf welcher beidseitig in einem Format Katalysatorschichten aufgebracht sind,in which a membrane foil is fed to the processing station, which comprises a strip-shaped electrolyte membrane on which catalyst layers are applied on both sides in a format,
bei dem die Membranfolien in der Bearbeitungsstation in Membranfolienzuschnitte zugeschnitten werden, sodass ein umlaufender Rand der Elektrolytmembran gegenüber dem Format der Katalysatorschichten verbleibt,in which the membrane foils are cut into membrane foil blanks in the processing station, so that a peripheral edge of the electrolyte membrane remains opposite the format of the catalyst layers,
bei dem die Membranfolienzuschnitte zu den Ausschnitten in der ersten Stützfolie ausgerichtet und aufgebracht werden, in which the membrane foil cuts are aligned and applied to the cutouts in the first support foil,
bei dem eine zweite Stützfolie als Bahnmaterial bereitgestellt wird,in which a second supporting film is provided as web material,
bei dem in die zweite Stützfolie aufeinanderfolgend mit Abstand zueinander ausgerichtete Abschnitte eingebracht werden,in which sections aligned at a distance from one another are successively introduced into the second supporting film,
bei dem die zweite Stützfolie mit den Ausschnitten zu den der ersten Stützfolie gegenüberliegenden Katalysatorschichten der Mem-branfolienzuschnitte auf der ersten Stützfolie ausgerichtet und aufgebracht wird, undin which the second supporting film is aligned and applied to the first supporting film with the cutouts facing the catalyst layers of the membrane film blanks opposite the first supporting film, and
bei dem die erste und zweite Stützfolie mit den dazwischen angeordneten Membranfolienzuschnitten fest zu einem Folienverbund miteinander verbunden werden.in which the first and second supporting film with the membrane film cuts arranged between them are firmly connected to one another to form a film composite.
Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Herstellung der Mem-bran-Elektroden-Anordnung in einem automatisierten Prozess ermöglicht ist und somit hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten und Stückzahlen erzielt werden können.This method has the advantage that the production of the membrane-electrode assembly is made possible in an automated process and thus high processing speeds and quantities can be achieved.
Bevorzugt werden die erste und/oder die zweite Stützfolie trägerschichtfrei bereitgestellt. Dies ermöglicht eine weitere Prozessoptimierung. The first and/or the second supporting film are preferably provided without a carrier layer. This enables further process optimization.
Vorteilhafterweise wird die erste und/oder zweite Stützfolie mit einer einseitigen Klebebeschichtung bereitgestellt. Dadurch können die einzelnen nachfolgenden Schichten unmittelbar darauf aufgebracht und vorfixiert werden. Alternativ kann in einer Klebestation einseitig auf die erste und/oder zweite Stützfolie eine Klebemittelschicht aufgebracht werden. Advantageously, the first and/or second supporting film is provided with an adhesive coating on one side. As a result, the individual subsequent layers can be applied and prefixed directly thereon. Alternatively, a layer of adhesive can be applied to one side of the first and/or second supporting film in a gluing station.
In einem weiteren Herstellungsschritt werden bevorzugt in die erste Stützfolie vor dem Zuführen in die Bearbeitungsstation die Ausschnitte durch Stanzen oder Laserschneiden eingebracht. Beide Herstellungsmöglichkeiten können bei einem kontinuierlichen Prozess eingesetzt werden.In a further production step, the cutouts are preferably introduced into the first supporting film by punching or laser cutting before it is fed into the processing station. Both manufacturing options can be used in a continuous process.
In die zweite Stützfolie können vor dem Zuführen auf die mit der ersten Stützfolie bestückten Membranfolienzuschnitte die Ausschnitte durch Stanzen oder Laserschneiden eingebracht werden. Durch die Redundanz der Arbeitsstationen kann wiederum eine Kostenreduzierung des Herstellungsprozesses ermöglicht sein.The cut-outs can be made in the second supporting film by punching or laser cutting before it is fed to the membrane film blanks equipped with the first supporting film. The redundancy of the workstations can in turn make it possible to reduce the costs of the manufacturing process.
In der Bearbeitungsstation werden bevorzugt die Membranzuschnitte mit einem gegenüber den beidseitig auf die Elektrolytmembran aufgebrachten Katalysatorschichten umlaufenden Rand geschnitten, sodass der umlaufende Rand gegenüber allen Seitenkanten des Formats der Katalysatorschichten mit einem Überstand mit gleicher Breite ausgebildet ist. Dadurch kann eine sichere Aufnahme der Membranfolienzuschnitte zwischen den beiden Stützfolien ermöglicht sein. Zudem kann dadurch eine hohe Dichtheit geschaffen werden, welche beim Einsatz von mehreren übereinander angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen zu einer Brennstoffzelle von Vorteil ist. In the processing station, the membrane blanks are preferably cut with a peripheral edge compared to the catalyst layers applied to both sides of the electrolyte membrane, so that the peripheral edge is formed with an overhang of the same width compared to all side edges of the format of the catalyst layers. As a result, the membrane foil blanks can be securely accommodated between the two supporting foils. In addition, a high level of tightness can be created, which is advantageous when using a plurality of membrane electrode assemblies arranged one above the other in a fuel cell.
Die Katalysatorschichten können in einem quadratischen oder rechteckförmigen Format auf der Elektrolytmembran aufgebracht sein, und die Ausschnitte in der ersten und zweiten Stützfolie werden bevorzugt an das quadratische oder rechteckförmige Format der Katalysatorschichten angepasst. Vorteilhafterweise ist die Größe der Ausschnitte, welche in die erste und zweite Stützfolie eingebracht werden, gleich oder geringfügig kleiner als das Format der Katalysatorschichten ausgebildet. Dadurch können geforderte Toleranzen gut eingehalten werden. Beispielsweise können die Katalysatorschichten mit einer Toleranz +/- 0,1 mm zwischen den Rändern der Ausschnitte in den Stützfolien eingebracht sein. Diese Präzision beim Einbringen der Katalysatorschichten der Membranfolienzuschnitte in die Ausschnitte der Stützfolien ist ein maßgeblicher Faktor für eine Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle. Dadurch können höhere Packungsdichten und somit eine reduzierte Größe der Brennstoffzelle ermöglicht sein.The catalyst layers can be applied to the electrolyte membrane in a square or rectangular format, and the cutouts in the first and second support foils are preferably adapted to the square or rectangular format of the catalyst layers. Advantageously, the size of the cutouts that are made in the first and second supporting foil is the same as or slightly smaller than the format of the catalyst layers. As a result, required tolerances can be well maintained. For example, the catalyst layers can be introduced with a tolerance of +/- 0.1 mm between the edges of the cutouts in the support foils. This precision when introducing the catalyst layers of the membrane foil cuts into the cutouts of the supporting foils is a decisive factor for the performance of the fuel cell. As a result, higher packing densities and thus a reduced size of the fuel cell can be made possible.
Des Weiteren wird bevorzugt der gegenüber dem Format der Katalysatorschichten überstehende Rand des Membranfolienzuschnittes zwischen der ersten und zweiten Stützfolie beidseitig verklebt. Dadurch kann eine hohe Dichtigkeit einer solchen Membran-Elektroden-Anordnung sichergestellt werden.Furthermore, the edge of the membrane film blank that protrudes beyond the format of the catalyst layers is preferably glued on both sides between the first and second supporting film. As a result, a high degree of tightness of such a membrane electrode assembly can be ensured.
Vorteilhafterweise wird auf jeder Seite der Membranfolienzuschnitte des hergestellten Folienverbundes gleichzeitig oder aufeinanderfolgend zumindest eine Gasdiffusionslage auf die jeweilige Katalysatorschicht aufgebracht. Advantageously, at least one gas diffusion layer is applied simultaneously or sequentially to the respective catalyst layer on each side of the membrane foil cuts of the foil composite produced.
Vor dem Aufbringen der Gasdiffusionslage wird bevorzugt auf die jeweilige Katalysatorschicht des Membranfolienzuschnittes eine Klebeschicht, insbesondere in einer Klebebeschichtungsstation, aufgebracht. Dies ermöglicht des Weiteren einen kontinuierlichen Herstellungsprozess.Before the gas diffusion layer is applied, an adhesive layer is preferably applied to the respective catalyst layer of the membrane foil cut, in particular in an adhesive coating station. This also enables a continuous manufacturing process.
Insbesondere wird die Gasdiffusionslage in einer weiteren Bearbeitungsstation zugeschnitten und auf die jeweilige Katalysatorschicht der Mem-branfolienzuschnitte aufgebracht sowie mit diesen verklebt. In dieser weiteren Bearbeitungsstation können beispielsweise die Gasdiffusionslagen durch ein Rotationsstanzwalzenpaar zugeschnitten und darauffolgend aufgebracht werden. In particular, the gas diffusion layer is cut to size in a further processing station and applied to the respective catalyst layer of the membrane foil cuts and glued to them. In this further processing station, for example, the gas diffusion layers can be cut to size by a pair of rotary die-cutting rollers and then applied.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung der Membranfolienzuschnitte wird die Bearbeitungsstation durch ein Vakuum-Stanzwalzenpaar hergestellt, wobei die Membranfolienzuschnitte mit einer Rotationsstanze zugeschnitten und darauffolgend mit einer Vakuum-Stanzgegenwalze auf die erste Stützfolie aufgebracht beziehungsweise in dem Ausschnitt der ersten Stützfolie positioniert wird.According to a first preferred embodiment for producing the membrane foil blanks, the processing station is produced by a pair of vacuum punching rollers, the membrane foil blanks being cut to size with a rotary die cutter and then applied to the first supporting film with a vacuum counter-punching roller or positioned in the cutout of the first supporting film.
Alternativ kann die Bearbeitungsstation durch ein Rotations-Stanzwalzenpaar geschnitten werden, wobei Haltestege zwischen dem Membranfolienzuschnitt und dem verbleibenden Bahnmaterial ausgebildet werden sowie mit einer in Förderrichtung dem Rotations-Stanzwalzenpaar nachfolgend angeordneten Ausdrück- und Laminierwalze die Membranfolienzuschnitte ausgedrückt und in den Ausschnitten der ersten Stützfolie positioniert und auf die Stützfolie aufgebracht werden. Alternatively, the processing station can be cut by a pair of rotary die-cutting rollers, with holding webs being formed between the membrane foil blank and the remaining web material, and with a squeezing and laminating roller arranged downstream of the pair of rotary die-cutting rollers in the conveying direction, the membrane foil blanks are pressed out and positioned in the cutouts of the first supporting foil and applied to the backing sheet.
Des Weiteren werden bevorzugt die einander gegenüberliegenden Längskanten des hergestellten Folienverbundes auf eine konstante Breite geschnitten, vorzugsweise mittels eines Lasers. Dadurch werden die Ränder der übereinanderliegenden Stützfolien gleichzeitig geschnitten, sodass deren Ränder deckungsgleich sind. Furthermore, the mutually opposite longitudinal edges of the film composite produced are preferably cut to a constant width, preferably by means of a laser. As a result, the edges of the support films lying one on top of the other are cut at the same time, so that their edges are congruent.
Vorteilhafterweise kann der hergestellte Folienverbund, insbesondere nach dem Beschneiden des Folienverbundes auf eine konstante Breite, in Membran-Elektroden-Anordnungen vereinzelt werden. Beispielsweise kann die Vereinzelung durch Stanzen oder mittels eines Lasers durch Querschneiden ermöglicht sein. Advantageously, the film composite produced can be separated into membrane-electrode assemblies, in particular after the film composite has been trimmed to a constant width. For example, the separation can be made possible by punching or by means of a laser by cross-cutting.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die erste Stützfolie, die zweite Stützfolie und die Membranfolie als Halbzeuge auf einer Rolle bereitgestellt und zugeführt werden. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Herstellungsprozess, der darüber hinaus eine hohe Präzisierung in der Ausrichtung der einzelnen Schichten beziehungsweise der Ausschnitte der Stützfolien zu den Katalysatorschichten der Membranfolie ermöglicht.A further preferred embodiment of the method provides that the first supporting film, the second supporting film and the membrane film are provided and supplied as semi-finished products on a roll. This enables a continuous production process, which also enables a high degree of precision in the alignment of the individual layers or the cutouts of the support foils with respect to the catalyst layers of the membrane foil.
Das Aufbringen der Membranfolienzuschnitte auf die erste Stützfolie und das Zuführen der zweiten Stützfolie auf die erste Stützfolie wird vorteilhafterweise mit einer kontinuierlichen Bahngeschwindigkeit angesteuert. Dadurch kann eine hohe Stückzahl gefertigt und somit die Herstellkosten reduziert werden.The application of the membrane foil cuts to the first supporting foil and the feeding of the second supporting foil to the first supporting foil is advantageously controlled with a continuous web speed. As a result, a large number can be manufactured and thus the manufacturing costs can be reduced.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Membran-Elektroden-Anordnung gelöst, bei der eine erste und zweite Stützfolie jeweils einen Ausschnitt sowie einen Membranfolienzuschnitt aufweist, der eine Elektrolytmembran umfasst, auf welcher beidseitig eine Katalysatorschicht vorgesehen ist und gegenüber den beidseitig aufgebrachten Katalysatorschichten hervorstehend ein umlaufender Rand aus der Elektrolytmembran ausgebildet ist, wobei der umlaufend hervorstehende Rand des Membranfolienzuschnittes jeweils mit der zum umlaufenden Rand weisenden Seite der Stützfolie fest verbunden ist. Dadurch kann eine hohe Dichtheit dieser Membran-Elektroden-Anordnung erzielt werden. Vorteilhafterweise ist der umlaufende Rand beidseitig zur jeweiligen Stützfolie verklebt. The object on which the invention is based is also achieved by a membrane-electrode assembly, in which a first and second support film each have a cutout and a membrane film cut, which includes an electrolyte membrane on which a catalyst layer is provided on both sides and opposite the catalyst layers applied on both sides a peripheral edge protruding from the electrolyte membrane is formed, the peripherally protruding edge of the membrane foil blank being firmly connected to the side of the supporting foil pointing towards the peripheral edge. As a result, this membrane electrode assembly can be highly sealed. Advantageously, the peripheral edge is glued on both sides to the respective supporting film.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Ausschnitt der ersten Stützfolie und der Ausschnitt der zweiten Stützfolie deckungsgleich zueinander ausgerichtet. Dadurch kann ein gleichbleibend dimensionierter Überlappungsbereich zwischen den jeweiligen Stützfolien und dem außen umlaufenden Rand des Membranfolienzuschnitts ermöglicht sein.According to a further preferred embodiment, the section of the first supporting film and the section of the second supporting film are aligned congruently with one another. As a result, a consistently dimensioned overlapping area between the respective support films and the outer peripheral edge of the membrane film blank can be made possible.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The invention and other advantageous embodiments and developments thereof are described and explained in more detail below with reference to the examples shown in the drawings. The features to be found in the description and the drawings can be used according to the invention individually or collectively in any combination. Show it:
Figur 1 einen grundsätzlichen Aufbau einer bekannten Brennstoffzelle,Figure 1 shows a basic structure of a known fuel cell,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Folienverbundes für eine Membran-Elektroden-Anordnung,FIG. 2 shows a schematic sectional view of a film composite for a membrane electrode assembly,
Figur 3 eine schematische Ansicht auf den Folienverbund gemäß Figur 2,FIG. 3 shows a schematic view of the film composite according to FIG. 2,
Figur 4 eine schematische Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung,FIG. 4 shows a schematic side view of a system for producing the membrane electrode assembly,
Figur 5 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform zu Figur 4,FIG. 5 shows a schematic side view of an alternative embodiment to FIG. 4,
Figur 6 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Membran-Elektroden-Anordnung,FIG. 6 shows a schematic sectional view of a further embodiment of the membrane electrode assembly,
Figur 7 eine schematische Ansicht von oben auf die alternative Ausführungsform gemäß Figur 6, und FIG. 7 is a schematic view from above of the alternative embodiment according to FIG. 6, and
Figur 8 eine schematische Teilansicht der Anlage zur Herstellung der alternativen Ausführungsform der Membran-Elektroden-Anordnung gemäß Figur 6.FIG. 8 shows a schematic partial view of the system for producing the alternative embodiment of the membrane electrode assembly according to FIG.
In Figur 1 ist eine Brennstoffzelle 11 bezüglich deren Grundkomponenten schematisch dargestellt. Beidseitig zu einer Elektrolytmembran 14 sind Katalysatorschichten 16, 17 vorgesehen, wobei an der Katalysatorschicht 16 (Anode) der Wasserstoff in Wasserstoffionen H+ und in Elektronen e- aufgetrennt wird. Die Elektrolytmembran 14 ermöglicht nur einen Durchgang für Wasserstoffionen oder Protonen sowie Wasser, um zur weiteren Katalysatorschicht 17, der Kathode, zu gelangen. Bevorzugt wandern die Elektroden durch einen elektrischen Schaltkreis in Form eines elektrischen Stroms. Dieser kann an eine Batterie, insbesondere eine wiederaufladbare Batterie, übergeführt werden. Beidseitig zu den Katalysatorschichten 16, 17 sind Gasdiffusionslagen (GDL) 18, 19 vorgesehen. Jeweils außerhalb dieser Gasdiffusionslagen 18, 19 sind eine erste Platte und eine zweite Platte 21, 22 vorgesehen. Die erste Platte 21 ist mit Wasserstoff durchströmbar. Die zweite Platte 22 ist mit Sauerstoff durchströmbar, wobei an der Oberfläche der Katalysatorschicht 17 Wasser und Wärme gebildet und über diese zweite Platte 22 abgeführt wird.In Figure 1, a fuel cell 11 is shown schematically with respect to its basic components. Catalyst layers 16, 17 are provided on both sides of an electrolyte membrane 14, the hydrogen being separated into hydrogen ions H + and electrons e - on the catalyst layer 16 (anode). The electrolyte membrane 14 allows only one passage for hydrogen ions or protons and water to get to the further catalyst layer 17, the cathode. Preferably, the electrodes travel through an electrical circuit in the form of an electrical current. This can be transferred to a battery, in particular a rechargeable battery. Gas diffusion layers (GDL) 18 , 19 are provided on both sides of the catalyst layers 16 , 17 . A first plate and a second plate 21, 22 are provided outside of these gas diffusion layers 18, 19, respectively. Hydrogen can flow through the first plate 21 . Oxygen can flow through the second plate 22 , water and heat being formed on the surface of the catalyst layer 17 and dissipated via this second plate 22 .
Diese Brennstoffzelle 11 kann mit einer Vielzahl von weiteren Brennstoffzellen 11 kombiniert und gestapelt werden. Die Anzahl der gestapelten Brennstoffzellen 11 bestimmt die Gesamtspannung beziehungsweise Netzspannung, wobei die Oberfläche der einzelnen Brennstoffzellen den gesamten Strom bestimmt. Die gesamte elektrische Leistung, die durch einen solchen Stapel von Brennstoffzellen 11 erzeugt wird, kann durch das Produkt aus Spannung und Strom ermittelt werden.This fuel cell 11 can be combined and stacked with a large number of other fuel cells 11 . The number of stacked fuel cells 11 determines the total voltage or mains voltage, with the surface area of the individual fuel cells determining the total current. The total electrical power generated by such a stack of fuel cells 11 can be determined by the product of voltage and current.
In Figur 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Folienverbundes 35 zur Herstellung von Membran-Elektroden-Anordnungen 25 (MEA) dargestellt. Durch das Einbringen von Trennschnitten 36 wird der Folienverbund 35 in Membran-Elektroden-Anordnungen 25 vereinzelt. Die Mem-bran-Elektroden-Anordnungen 25 umfassen zumindest die Elektrolytmembran 14 und die Katalysatorschichten 16, 17 als auch eine erste und zweite Stützfolie 26, 27. Die erste und zweite Stützfolie 26, 27 wurden der Einfachheit halber in Figur 1 nicht dargestellt.FIG. 2 shows a schematic sectional view of a composite film 35 for producing membrane electrode assemblies 25 (MEA). The film composite 35 is separated into membrane-electrode assemblies 25 by making separating cuts 36 . The membrane-electrode assemblies 25 comprise at least the electrolyte membrane 14 and the catalyst layers 16, 17 as well as a first and second support film 26, 27. The first and second support films 26, 27 are not shown in FIG. 1 for the sake of simplicity.
Üblicherweise wird diese erste Stützfolie 26 als Subgasket 1 und die zweite Stützfolie 27 als Subgasket 2 bezeichnet. Diese haben die Aufgabe, die Elektrolytmembran 14 mechanisch und/oder statisch zu stützen, ohne dass dadurch ein Einfluss auf die ablaufenden elektrochemischen Prozesse der Brennstoffzelle 11 genommen wird. Diese Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 25 ist folgendermaßen aufgebaut:This first support film 26 is usually referred to as subgasket 1 and the second support film 27 as subgasket 2 . These have the task of supporting the electrolyte membrane 14 mechanically and/or statically, without thereby influencing the ongoing electrochemical processes of the fuel cell 11 . This membrane electrode assembly (MEA) 25 is constructed as follows:
Die erste Stützfolie 26 sowie die zweite Stützfolie 27 weisen jeweils Ausschnitte 29 auf. Zwischen der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 ist ein Membranfolienzuschnitt 31 vorgesehen. Dieser Membranfolienzuschnitt 31 besteht aus einer Elektrolytmembran 14, welche vorzugsweise als eine Polymerelektrolytmembran ausgebildet ist. Beidseitig zur Elektrolytmembran 14 sind die Katalysatorschichten 16, 17 vorgesehen. Die Katalysatorschicht 16 bildet die Anode. Die Katalysatorschicht 17 bildet die Kathode. Diese Katalysatorschichten 16, 17 sind vorzugsweise deckungsgleich übereinanderliegend und mit demselben Format ausgebildet. Beispielsweise ist ein rechteckförmiges Format vorgesehen, alternativ kann auch ein quadratisches Format ausgebildet sein. Der Membranfolienzuschnitt 31 umfasst einen umlaufenden Rand 32, der aus der Elektrolytmembran 14 besteht. Dieser umlaufende Rand 32 erstreckt sich vollständig umlaufend zu den Katalysatorschichten 16, 17. Bevorzugt ist die Breite des Randes 32 entlang jeder Längsseite des Formates der Katalysatorschichten 16, 17 in der Größe gleich ausgebildet. Der Membranfolienzuschnitt 31 ist mit der Katalysatorschicht 16, 17 in dem jeweiligen Ausschnitt 29 der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 angeordnet. Der umlaufende Rand 32 erstreckt sich über die Ausschnitte 29 zwischen der ersten Stützfolie 26 und der zweiten Stützfolie 27 hinaus. Dadurch ist ein Überlappungsbereich 33 zwischen dem umlaufenden Rand 32 und jeder dem umlaufenden Rand 32 zugeordneten Seite der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 ausgebildet. In diesem Überlappungsbereich 33 ist der umlaufende Rand 32 mit der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 fest verbunden. Vorzugsweise ist eine Klebeverbindung vorgesehen. Des Weiteren sind außerhalb des umlaufenden Randes 32 die erste und zweite Stützfolie 26, 27 direkt miteinander fest verbunden, insbesondere verklebt.The first supporting film 26 and the second supporting film 27 each have cutouts 29 . A membrane foil blank 31 is provided between the first and second support foils 26 , 27 . This membrane foil blank 31 consists of an electrolyte membrane 14, which is preferably designed as a polymer electrolyte membrane. The catalyst layers 16 , 17 are provided on both sides of the electrolyte membrane 14 . The catalyst layer 16 forms the anode. The catalyst layer 17 forms the cathode. These catalyst layers 16, 17 are preferably congruently one on top of the other and are formed with the same format. For example, a rectangular format is provided, alternatively a square format can also be formed. The membrane foil blank 31 includes a peripheral edge 32 which consists of the electrolyte membrane 14 . This peripheral edge 32 extends completely around the catalyst layers 16, 17. Preferably, the width of the edge 32 along each longitudinal side of the format of the catalyst layers 16, 17 is of the same size. The membrane foil blank 31 is arranged with the catalyst layer 16, 17 in the respective cutout 29 of the first and second supporting foil 26, 27. The peripheral edge 32 extends beyond the cutouts 29 between the first supporting film 26 and the second supporting film 27 . As a result, an overlapping area 33 is formed between the peripheral edge 32 and each side of the first and second support film 26 , 27 associated with the peripheral edge 32 . In this overlapping area 33, the peripheral edge 32 is firmly connected to the first and second supporting film 26, 27. An adhesive connection is preferably provided. Furthermore, outside of the peripheral edge 32, the first and second support films 26, 27 are firmly connected directly to one another, in particular glued.
Die Ausschnitte 29 in der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 sind in der Größe beziehungsweise dem Format gleich wie die flächige Erstreckung der Katalysatorschichten 16, 17. Auch können die Ausschnitte 29 nur geringfügig kleiner als das Format der Katalysatorschichten 16, 17 ausgebildet sein, sodass die Ränder der Katalysatorschichten 16, 17 direkt an die Ränder der Ausschnitte 29 angrenzen.The cutouts 29 in the first and second supporting film 26, 27 are the same in size or format as the areal extent of the catalyst layers 16, 17. The cutouts 29 can also be only slightly smaller than the format of the catalyst layers 16, 17, so that the edges of the catalyst layers 16, 17 are directly adjacent to the edges of the cutouts 29.
In Figur 4 ist eine schematische Seitenansicht einer Anlage 41 zur Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung 25 aus einem Folienverbund 35 gemäß den Figuren 2 und 3 dargestellt. Die erste Stützfolie 26 wird bevorzugt auf einer Rolle 42 bereitgestellt. Diese erste Stützfolie 26 ist bevorzugt trägerschichtfrei. Diese erste Stützfolie 26 ist als Bahnmaterial mit einer vorbestimmten Breite auf der Rolle 42 bevorratet. Dieses Bahnmaterial wird einer Klebestation 44 zugeführt. In dieser Klebestation 44 wird einseitig auf die Stützfolie 26 eine Klebemittelschicht aufgebracht. Alternativ kann auf der Rolle 42 bereits eine erste Stützfolie 26 mit einer Klebemittelschicht bevorratet und abgezogen werden. FIG. 4 shows a schematic side view of a system 41 for producing the membrane-electrode assembly 25 from a film composite 35 according to FIGS. The first supporting film 26 is preferably provided on a roll 42 . This first supporting film 26 is preferably free of a carrier layer. This first supporting film 26 is stored on the roll 42 as web material with a predetermined width. This web material is fed to a gluing station 44 . In this gluing station 44 a layer of adhesive is applied to one side of the supporting film 26 . Alternatively, a first supporting film 26 with an adhesive layer can already be stored on the roll 42 and pulled off.
In einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt werden aufeinanderfolgend und in einem vorbestimmten Abstand zueinander die Ausschnitte 29 eingebracht. Beispielsweise ist eine Laserschneidstation 46 dargestellt. Alternativ kann auch eine Stanzbearbeitungsstation zur Herstellung der Ausschnitte 29 vorgesehen sein. Des Weiteren können alternativ die Klebestation 44 und die Station 46 zum Ausstanzen der Ausschnitte 29 auch in der Reihenfolge vertauscht sein.In a subsequent processing step, the cutouts 29 are introduced successively and at a predetermined distance from one another. For example, a laser cutting station 46 is shown. Alternatively, a stamping processing station for producing the cutouts 29 can also be provided. Furthermore, alternatively, the gluing station 44 and the station 46 for punching out the cutouts 29 can also be interchanged in their order.
In einer nachfolgenden Bearbeitungsstation 48 wird eine Membranfolie 49 verarbeitet. Diese Membranfolie 49 wird wiederum bevorzugt auf einer Rolle 50 bereitgestellt. Diese Membranfolie 49 besteht aus der Elektrolytmembran 14, auf welcher beidseitig die Katalysatorschichten 16, 17 in vorbestimmten Abständen und deckungsgleich einander gegenüberliegend aufgebracht sind. Diese Membranfolie 49 wird einem Vakuum-Stanzwalzenpaar zugeführt. Mittels einer Rotationsstanzwalze 51 wird aus der Membranfolie 41 ein Membranfolienzuschnitt 31 ausgestanzt. Dabei erfolgt die Stanzung derart, dass außerhalb der Katalysatorschichten 16, 17 der umlaufende Rand 32 ausgebildet ist. Die sich daraus ergebende ausgestanzte Membranfolie 49 wird zu einer weiteren Rolle 53 aufgewickelt. Die durch die Rotationsstanzwalze 51 ausgestanzten Membranfolienzuschnitte 31 werden an eine gegenläufig dazu angetriebene Vakuum-Stanzgegenwalze 52 übergeben, welche daraufhin passgenau die zur ersten Stützfolie 26 weisende Katalysatorschicht 16, 17 in dem Ausschnitt 29 positioniert und einsetzt. Gleichzeitig stützt sich der umlaufende Rand 32 des Membranfolienzuschnitts 31 auf der ersten Stützfolie 26 an den Ausschnitt 29 angrenzend ab. Aufgrund des Aufbringens der Klebemittelschicht kann ein erstes Anhaften des umlaufenden Randes 32 des Membranfolienzuschnitts 31 auf der ersten Stützfolie 26 gegeben sein.A membrane film 49 is processed in a subsequent processing station 48 . This membrane foil 49 is in turn preferably provided on a roll 50 . This membrane foil 49 consists of the electrolyte membrane 14, on both sides of which the catalyst layers 16, 17 are applied at predetermined intervals and congruently opposite one another. This membrane film 49 is fed to a pair of vacuum punching rollers. A membrane foil blank 31 is punched out of the membrane foil 41 by means of a rotary die-cutting roller 51 . The punching takes place in such a way that the peripheral edge 32 is formed outside of the catalyst layers 16 , 17 . The resulting punched-out membrane foil 49 is wound up to form a further roll 53 . The membrane foil blanks 31 punched out by the rotary punching roller 51 are transferred to a counter-rotating vacuum counter-punching roller 52, which then positions the catalyst layer 16, 17 facing the first support film 26 in the cutout 29 with a precise fit and inserts it. At the same time, the peripheral edge 32 of the membrane foil blank 31 is supported on the first supporting foil 26 adjacent to the cutout 29 . Due to the application of the layer of adhesive, a first adhesion of the peripheral edge 32 of the membrane foil blank 31 to the first supporting foil 26 can be provided.
Dieser Bearbeitungsstation 48 nachgeschalten ist eine Zuführung der zweiten Stützfolie 27 vorgesehen. Diese zweite Stützfolie 27 wird wiederum von einer Rolle 57 als Bahnmaterial bereitgestellt und abgezogen. Diese zweite Stützfolie 27 ist ebenfalls bevorzugt trägerschichtfrei auf der Rolle 57 bereitgestellt. Die zweite Stützrolle 27 kann einer Klebestation 44 zugeführt werden, sofern die zweite Stützrolle 27 nicht bereits mit einer Klebemittelschicht versehen ist. Darauffolgend werden aufeinanderfolgend die Ausschnitte 29 in die zweite Stützfolie 27 beispielsweise mit der Laser-Schneidstation 46 eingebracht. Anschließend wird über Umlenkrollen 59 die zweite Stützfolie 27 der ersten Stützfolie 26 zugeführt. Die Zuführung der zweiten Stützfolie 27 ist derart angesteuert und ausgerichtet, dass die jeweiligen Ausschnitte 29 in der zweiten Stützfolie 27 zu den nach oben weisenden Katalysatorschichten 16, 17 ausgerichtet sind, sodass diese Katalysatorschichten 16, 17 in dem Ausschnitt 29 der zweiten Stützfolie 27 positioniert werden.Downstream of this processing station 48 there is a supply of the second supporting film 27 . This second supporting film 27 is in turn provided and drawn off from a roll 57 as web material. This second supporting film 27 is also preferably provided on the roll 57 without a backing layer. The second support roller 27 can be fed to a gluing station 44 if the second support roller 27 is not already provided with a layer of adhesive. The cutouts 29 are then successively made in the second supporting film 27, for example using the laser cutting station 46. The second supporting film 27 is then fed to the first supporting film 26 via deflection rollers 59 . The feed of the second support film 27 is controlled and aligned in such a way that the respective cutouts 29 in the second support film 27 are aligned with the catalyst layers 16, 17 pointing upwards, so that these catalyst layers 16, 17 are positioned in the cutout 29 of the second support film 27 .
In einer nachfolgenden Station 61 können die Stützfolien 26, 27 und der dazwischen angeordnete Membranfolienzuschnitt 31, insbesondere der umlaufende Rand 32, fest miteinander verbunden werden. Bevorzugt erfolgt in dieser Station 61 eine Wärmeeinwirkung oder eine UV-Vernetzung des Klebemittels, um die erste und zweite Stanzfolie 26, 27 sowie den dazwischen angeordneten Rand 32 des Membranfolienzuschnittes 31 zu verkleben. Dieser fertiggestellte Folienverbund 35 ist beispielsweise fünflagig ausgebildet.In a subsequent station 61, the supporting films 26, 27 and the membrane film blank 31 arranged between them, in particular the peripheral edge 32, can be firmly connected to one another. In this station 61, the action of heat or UV crosslinking of the adhesive preferably takes place in order to bond the first and second punched foils 26, 27 and the edge 32 of the membrane foil blank 31 arranged between them. This finished composite film 35 is formed in five layers, for example.
Im Anschluss daran kann in einer weiteren Bearbeitungsstation 63 ein Beschneiden der Längsränder der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 erfolgen, sodass diese Membran-Elektroden-Anordnung 25 über deren Länge eine konstante Breite aufweist. Subsequently, in a further processing station 63, the longitudinal edges of the first and second supporting foils 26, 27 can be trimmed, so that this membrane-electrode assembly 25 has a constant width over its length.
Nachfolgend kann in einer Bearbeitungsstation 65 ein Vereinzeln der Membran-Elektroden-Anordnungen 25 erfolgen, die bis zu diesem Zeitpunkt als ein bahnförmiger Mehrschichtfolienverbund ausgebildet sind. Diese einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen 25 können einem Magazin zugeführt oder in weitere nachgeschaltete Bearbeitungsstationen übergeführt werden.Subsequently, in a processing station 65, the membrane-electrode assemblies 25 can be separated, which up to this point in time have been in the form of a multi-layer film composite in the form of a web. These individual membrane-electrode assemblies 25 can be supplied to a magazine or can be transferred to further downstream processing stations.
In Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung 25 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Bearbeitungsstation 48 zum Zuführen der Membranfolienzuschnitte 31 auf die Ausschnitte 29 in die erste Stützfolie 26 abweichend. Im Übrigen kann auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen Bezug genommen werden. Diese Bearbeitungsstation 48 umfasst ein Rotationsstanzrollenpaar mit einer Rotationsstanzwalze 67 und einer Stanzgegenwalze 68, zwischen denen die zugeführte Membranfolie 49 bearbeitet wird. Dabei wird der Membranfolienzuschnitt 31 in die Membranfolie 49 geschnitten, wobei einzelne Stege oder Haltestege verbleiben, sodass der Membranfolienzuschnitt 31 noch innerhalb der Membranfolie 49 gehalten ist. Diese Stege sind dünn ausgebildet, sodass diese ein einfaches Herauslösen der Membranfolienzuschnitte 31 auf der Membranfolie 49 durch Abreißen ermöglichen. Dieses Herauslösen erfolgt durch eine dem Rotationsstanzrollenpaar nachgeschaltene Ausdrück- und Laminierwalze 69, durch welche der Membranfolienzuschnitt 31 in den Ausschnitt 29 der ersten Stanzfolie 26 überführt wird, wobei der Membranfolienzuschnitt 31 durch Abreißen der Haltestege aus der Membranfolie 49 gelöst wird. An alternative embodiment of the method for producing a membrane electrode assembly 25 is shown in FIG. In this embodiment, the processing station 48 for feeding the membrane foil blanks 31 onto the cutouts 29 in the first supporting foil 26 is different. Otherwise, reference can be made to the embodiments described above. This processing station 48 comprises a pair of rotary die-cutting rollers with a rotary die-cutting roller 67 and a counter-punching roller 68, between which the supplied membrane film 49 is processed. In this case, the membrane foil blank 31 is cut into the membrane foil 49 , with individual webs or retaining webs remaining, so that the membrane foil blank 31 is still held within the membrane foil 49 . These webs are thin so that they allow the membrane foil sections 31 to be easily detached from the membrane foil 49 by tearing them off. This removal is effected by a squeezing and laminating roller 69 downstream of the pair of rotary die-cutting rollers, through which the membrane foil blank 31 is transferred into the cut-out 29 of the first die-cut foil 26, with the membrane foil blank 31 being detached from the membrane foil 49 by tearing off the holding webs.
Der in den Figuren 2 und 3 dargestellte Folienverbund 35 liegt nach der Station 61 oder nach der Bearbeitungsstation 63 und vor der Vereinzelung durch die Bearbeitungsstation 65 vor. Die Abstände der Ausschnitte 29 in der ersten und zweiten Stützfolie 26, 27 in Längsrichtung gesehen und somit die Positionierung der Membranfolienzuschnitte 31 zwischen den Stanzfolien 26, 27 sind derart ausgebildet, dass bevorzugt ein mittig zwischen zwei Ausschnitten 29 positionierter Trennschnitt 36 (Figuren 2 und 3) beziehungsweise Querschnitt zum Vereinzeln der Membran-Elektroden-Anordnungen 25 bereits ein Endformat für die Weiterverarbeitung aufweist.The composite film 35 shown in FIGS. 2 and 3 is present after the station 61 or after the processing station 63 and before it is separated by the processing station 65 . The distances between the cutouts 29 in the first and second support foils 26, 27 seen in the longitudinal direction and thus the positioning of the membrane foil cuts 31 between the punched foils 26, 27 are designed in such a way that a separating cut 36 positioned centrally between two cutouts 29 (Figures 2 and 3 ) or cross section for separating the membrane electrode assemblies 25 already has a final format for further processing.
In Figur 6 ist eine schematische Schnittansicht der Membran-Elektroden-Anordnung 25 gemäß Figur 2 nach einem weiteren Bearbeitungsschritt dargestellt. Figur 7 zeigt eine Ansicht auf die Schnittansicht gemäß Figur 6. Bei dieser Membran-Elektroden-Anordnung 25 ist beidseitig auf die Katalysatorschichten 16, 17 jeweils eine Gasdiffusionslage 18, 19 aufgebracht. Diese Gasdiffusionslagen 18, 19 haben die Aufgabe, die von den Platten 21, 22 zugeführten Gase, und zwar Wasserstoff und Sauerstoff, gleichmäßig über die Oberfläche zu verteilen. Diese Gasdiffusionslagen 18, 19 können beispielsweise aus geschnittenen Kohlenstofffasern bestehen, welche in einem Binderpolymer zu einer Suspension verarbeitet, darauffolgend getrocknet und imprägniert werden, wie beispielsweise mit einem duroplastischen Harz. Anschließend kann noch eine Graffitierung des aufgebrachten Harzes zur Erhöhung der Beständigkeit erfolgen. Auf den Katalysatorschichten 16, 17 ist jeweils eine Klebebeschichtung, insbesondere in Form von Kleberaupen, aufgebracht, um die Gasdiffusionslagen 18, 19 mit den Katalysatorschichten 16, 17 zu einem gemeinsamen Folienverbund 35 zu verbinden. Diese Gasdiffusionslagen 18, 19 entsprechen in der Größe beziehungsweise dem Format den Katalysatorschichten 16, 17.FIG. 6 shows a schematic sectional view of the membrane electrode assembly 25 according to FIG. 2 after a further processing step. FIG. 7 shows a view of the sectional view according to FIG. These gas diffusion layers 18, 19 have the task of evenly distributing the gases supplied by the plates 21, 22, namely hydrogen and oxygen, over the surface. These gas diffusion layers 18, 19 can consist, for example, of chopped carbon fibers which are processed into a suspension in a binder polymer, subsequently dried and impregnated, for example with a duroplastic resin. The applied resin can then be graffitied to increase durability. An adhesive coating, in particular in the form of adhesive beads, is applied to the catalyst layers 16, 17 in order to connect the gas diffusion layers 18, 19 to the catalyst layers 16, 17 to form a common film composite 35. These gas diffusion layers 18, 19 correspond in size or format to the catalyst layers 16, 17.
In Figur 8 ist eine schematische Ansicht der Anlage gemäß Figur 4 oder Figur 5 dargestellt, wobei nach der Station 61 zur Herstellung des Folienverbundes 35 und vor der Bearbeitungsstation 65 zum Vereinzeln der Membran-Elektroden-Anordnungen 25 eine Bearbeitungsstation 74 zum Aufbringen der Gasdiffusionslagen 18, 19 dargestellt ist. FIG. 8 shows a schematic view of the system according to FIG. 4 or FIG. 5, a processing station 74 for applying the gas diffusion layers 18, 19 is shown.
In einem ersten Schritt sind beidseitig zum Folienverbund 35 Klebemittelauftragsvorrichtungen 76 vorgesehen, durch welche auf die Katalysatorschichten 16, 17, vorzugsweise vollflächig, Klebemittel aufgebracht wird. Darauffolgend kann wiederum beidseitig zum Folienverbund 75 die Bearbeitungsstation 74 mit einem Vakuum-Rotationsstanzwalzenpaar vorgesehen sein. Die Gasdiffusionslagen 18, 19 werden als Bahnware auf einer Rolle 78 bereitgestellt. Die Gasdiffusionslagen 18, 19 werden dem Vakuum-Rotationsstanzwalzenpaar zugeführt, sodass die Gasdiffusionslagen 18, 19 im Format der Katalysatorschichten 16, 17 beziehungsweise Ausschnitte 29 durch die Rotationsstanzwalze 51 zugeschnitten werden. Anschließend wird über die Vakuumwalze 52 ein Zuschnitt der Gasdiffusionslagen 18, 19 auf die Katalysatorschichten 16, 17 aufgebracht und mit dieser verklebt. Dies erfolgt aufeinanderfolgend
oder beidseitig durch einander gegenüberliegende Vakuum-Rotationsstanzwalzenpaare. Dadurch wird eine Membran-Elektroden-Anordnung 25 hergestellt, welche siebenlagig beziehungsweise mit sieben Schichten ausgebildet ist. Danach erfolgt über die Bearbeitungsstation 63 durch Querschneiden eine Vereinzelung der Membran-Elektroden-Anordnung 25. In a first step,adhesive application devices 76 are provided on both sides of the composite film 35, by means of which adhesive is applied to the catalyst layers 16, 17, preferably over the entire surface. The processing station 74 with a pair of vacuum rotary die-cutting rollers can then in turn be provided on both sides of the film composite 75 . The gas diffusion layers 18, 19 are provided as web goods on a roll 78. The gas diffusion layers 18, 19 are fed to the pair of vacuum rotary die-cutting rollers, so that the gas diffusion layers 18, 19 are cut to size by the rotary die-cutting roller 51 in the format of the catalyst layers 16, 17 or cutouts 29. A blank of the gas diffusion layers 18, 19 is then applied to the catalyst layers 16, 17 via the vacuum roller 52 and glued to them. This is done sequentially
or on both sides by opposing vacuum rotary die-cutting roller pairs. As a result, amembrane electrode assembly 25 is produced, which is designed in seven layers or with seven layers. The membrane electrode assembly 25 is then separated by cross cutting via the processing station 63.
oder beidseitig durch einander gegenüberliegende Vakuum-Rotationsstanzwalzenpaare. Dadurch wird eine Membran-Elektroden-Anordnung 25 hergestellt, welche siebenlagig beziehungsweise mit sieben Schichten ausgebildet ist. Danach erfolgt über die Bearbeitungsstation 63 durch Querschneiden eine Vereinzelung der Membran-Elektroden-Anordnung 25. In a first step,
or on both sides by opposing vacuum rotary die-cutting roller pairs. As a result, a
Die vorliegend beschriebenen Verfahren weisen den Vorteil auf, dass die Schichten oder Lagen zur Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung 25 alle als Rollenware bereitgestellt werden. Dadurch können eine kontinuierliche Bearbeitung der einzelnen Schichten und das Zusammenführen der Schichten passgenau zueinander für die Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung 25 erfolgen. Insbesondere wird durch dieses Verfahren eine Katalysatorschicht 16, 17 des Membranfolienzuschnittes 31 passgenau zum Ausschnitt 29 der ersten Stützfolie 26 ausgerichtet und positioniert sowie darauffolgend ein Ausschnitt 29 der zweiten Stützfolie 27 passgenau zur zweiten Katalysatorschicht 17, 16 des Membranfolienzuschnittes 31 ausgerichtet und positioniert. Die erste und zweite Stützfolie 21, 22 sind mit deren Ausschnitte 29 deckungsgleich zueinander ausgerichtet. The methods described here have the advantage that the layers or plies for producing the membrane electrode assembly 25 are all provided as rolled goods. As a result, the individual layers can be processed continuously and the layers can be brought together so that they fit together precisely for the production of the membrane-electrode assembly 25 . In particular, this method aligns and positions a catalyst layer 16, 17 of the membrane sheet blank 31 with a precise fit to the cutout 29 of the first supporting sheet 26, and then a section 29 of the second supporting sheet 27 is aligned and positioned with a precise fit to the second catalyst layer 17, 16 of the membrane sheet blank 31. The cutouts 29 of the first and second supporting foils 21, 22 are aligned congruently with one another.
Claims (20)
- Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung (25) für eine Brennstoffzelle (11), Method for producing a membrane electrode assembly (25) for a fuel cell (11),- bei dem eine erste Stützfolie (26) als Bahnmaterial bereitgestellt wird, - in which a first supporting film (26) is provided as web material,- bei dem in die erste Stützfolie (26) aufeinanderfolgend und mit Abstand zueinander Ausschnitte (29) eingebracht werden,- in which cutouts (29) are introduced into the first supporting film (26) one after the other and at a distance from one another,- bei dem die mit Ausschnitten (29) versehene erste Stützfolie (26) einer Bearbeitungsstation (48) zugeführt wird,- in which the first supporting film (26) provided with cutouts (29) is fed to a processing station (48),- bei dem eine Membranfolie (49) der Bearbeitungsstation (48) zugeführt wird, welche eine bahnförmige Elektrolytmembran (14) umfasst, auf welcher beidseitig in einem Format Katalysatorschichten (16, 17) aufgebracht sind,- in which a membrane foil (49) is fed to the processing station (48), which comprises a strip-shaped electrolyte membrane (14) on which catalyst layers (16, 17) are applied in a format on both sides,- bei dem die Membranfolie (49) in der Bearbeitungsstation (48) in Membranfolienzuschnitte (31) zugeschnitten wird, sodass ein umlaufender Rand (32) der Elektrolytmembran (14) zu den Katalysatorschichten (16, 17) gebildet wird,- in which the membrane foil (49) is cut into membrane foil blanks (31) in the processing station (48), so that a peripheral edge (32) of the electrolyte membrane (14) is formed to the catalyst layers (16, 17),- bei dem die jeweiligen Membranfolienzuschnitte (31) mit einer der beiden Katalysatorschichten (16, 17) zu dem jeweiligen Ausschnitt (29) in der ersten Stützfolie (21) ausgerichtet und auf die erste Stützfolie (26) aufgebracht werden,- in which the respective membrane film cuts (31) with one of the two catalyst layers (16, 17) are aligned with the respective cutout (29) in the first supporting film (21) and applied to the first supporting film (26),- bei dem eine zweite Stützfolie (27) als Bahnmaterial bereitgestellt wird, - in which a second supporting film (27) is provided as web material,- bei dem in die zweite Stützfolie (27) aufeinanderfolgend und mit Abstand zueinander Ausschnitte (29) eingebracht werden,- in which cutouts (29) are introduced into the second supporting film (27) one after the other and at a distance from one another,- bei dem die zweite Stützfolie (27) mit den jeweiligen Ausschnitten (29) zu den der ersten Stützfolie (26) gegenüberliegenden Katalysatorschichten (17, 16) der Membranfolienzuschnitte (31) auf der ersten Stützfolie (26) ausgerichtet und aufgebracht wird, und- in which the second supporting film (27) is aligned and applied with the respective cutouts (29) to the catalyst layers (17, 16) of the membrane film blanks (31) lying opposite the first supporting film (26) on the first supporting film (26), and- bei dem die erste und zweite Stützfolie (26, 27) und die dazwischen angeordneten Membranfolienzuschnitte (31) fest miteinander zu einem Folienverbund (35) verbunden werden.- In which the first and second supporting film (26, 27) and the membrane film blanks (31) arranged between them are firmly connected to one another to form a film composite (35).
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Stützfolie (26, 27) trägerschichtfrei bereitgestellt werden. Method according to Claim 1, characterized in that the first and/or second supporting film (26, 27) are provided without a carrier layer.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Stützfolie (26, 27) mit einer einseitig aufgebrachten Klebemittelschicht bereitgestellt oder in einer Klebestation (44) einseitig mit einer Klebemittelschicht beschichtet werden.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the first and/or second supporting film (26, 27) is provided with a layer of adhesive applied to one side or is coated on one side with a layer of adhesive in a gluing station (44).
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die erste Stützfolie (26) vor dem Zuführen zur Bearbeitungsstation (48) aufeinanderfolgend die Ausschnitte (29) durch Stanzen oder Laserschneiden eingebracht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cutouts (29) are made in succession by punching or laser cutting in the first supporting film (26) before it is fed to the processing station (48).
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die zweite Stützfolie (27) vor dem Zuführen auf die mit der ersten Stützfolie (26) bestückten Membranfolienzuschnitte (31) die aufeinanderfolgenden Ausschnitte (29) durch Stanzen oder Laserschneiden eingebracht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the successive cutouts (29) are introduced into the second supporting film (27) by punching or laser cutting before it is fed to the membrane film blanks (31) equipped with the first supporting film (26).
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bearbeitungsstation (48) die Membranfolienzuschnitte (31) mit einem gegenüber der beidseitig aufgebrachten Katalysatorschichten (16, 17) umlaufenden Rand (32) geschnitten werden, sodass der umlaufende Rand (32) gegenüber allen Seitenkanten der Katalysatorschichten (16, 17), welche vorzugsweise deckungsgleich zur Elektrolytmembran (14) ausgerichtet sind, einen Überstand mit einer gleichen Breite aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the processing station (48) the membrane foil blanks (31) are cut with a peripheral edge (32) opposite the catalyst layers (16, 17) applied on both sides, so that the peripheral edge (32) opposite all side edges of the catalyst layers (16, 17), which are preferably aligned congruently with the electrolyte membrane (14), has a projection of the same width.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorschichten (16, 17) auf der Elektrolytmembran (14) in einem quadratischen oder rechteckförmigen Format aufgebracht sind und die Ausschnitte (29) in der ersten und zweiten Stützfolie (26, 27) an das quadratische oder rechteckförmige Format der Katalysatorschichten (16, 17) angepasst werden, wobei die Größe der Ausschnitte (29) in der ersten und zweiten Stützfolie (26, 27) gleich oder kleiner als das Format der Katalysatorschichten (16, 17) ausgeschnitten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst layers (16, 17) are applied to the electrolyte membrane (14) in a square or rectangular format and the cutouts (29) in the first and second supporting film (26, 27). the square or rectangular format of the catalyst layers (16, 17) can be adjusted, the size of the cutouts (29) in the first and second supporting foil (26, 27) being cut out to be the same as or smaller than the format of the catalyst layers (16, 17).
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenüber dem Format der Katalysatorschichten (16, 17) überstehende Rand (32) der Elektrolytmembran (14) im Überlappungsbereich (33) jeweils mit der ersten und zweiten Stützfolie (26, 27) verklebt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the edge (32) of the electrolyte membrane (14) which projects beyond the format of the catalyst layers (16, 17) is bonded to the first and second supporting film (26, 27) in the overlapping region (33). becomes.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite der Membranfolienzuschnitte (31) des hergestellten Folienverbundes (35) gleichzeitig oder aufeinanderfolgend eine Gasdiffusionslage (18, 19) aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a gas diffusion layer (18, 19) is applied simultaneously or successively to each side of the membrane foil cuts (31) of the foil composite (35) produced.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Gasdiffusionslage (18, 19) auf die Katalysatorschichten (16, 17) des Membranfolienzuschnittes (31) eine Klebemittelschicht aufgebracht oder dass die Gasdiffusionslage (18, 19) mit einer daran vorgesehenen Klebemittelschicht zugeführt wird.Method according to Claim 9, characterized in that before the gas diffusion layer (18, 19) is applied to the catalyst layers (16, 17) of the membrane foil blank (31), an adhesive layer is applied or that the gas diffusion layer (18, 19) is supplied with an adhesive layer provided thereon becomes.
- Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionslagen (18, 19) in einer weiteren Bearbeitungsstation (74) zugeschnitten und auf die Katalysatorschichten (16, 17) des Folienverbundes (35) aufgebracht und verklebt werden.Method according to Claim 9 or 10, characterized in that the gas diffusion layers (18, 19) are cut to size in a further processing station (74) and applied to the catalyst layers (16, 17) of the film composite (35) and glued.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfolie (49) in der Bearbeitungsstation (48) durch ein Vakuum-Stanzwalzenpaar mit einer Rotationsstanzwalze (51) in Membranfolienzuschnitte (31) geschnitten und durch eine Vakuum-Stanzgegenwalze (52) die Membranfolienzuschnitte (31) aufeinanderfolgend auf die erste Stützfolie (26) aufgebracht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane foil (49) in the processing station (48) is cut into membrane foil blanks (31) by a pair of vacuum punching rollers with a rotary punching roller (51) and the membrane foil blanks by a vacuum counter-punching roller (52). (31) are successively applied to the first support film (26).
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfolie (49) in der Bearbeitungsstation (48) durch ein Rotationsstanzwalzenpaar (67, 68) in Membranfolienzuschnitte (31) mit Haltestegen geschnitten und mit einer in Förderrichtung dem Rotationsstanzwalzenpaar (67, 68) nachfolgend angeordneten Ausdrück- und Laminierwalze (69) auf die Ausschnitte (29) der ersten Stützfolie (26) aufgebracht wird.Method according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the membrane foil (49) is cut in the processing station (48) by a pair of rotary die-cutting rollers (67, 68) into membrane foil blanks (31) with retaining webs and is connected with a pair of rotary die-cutting rollers (67, 68) subsequently arranged squeezing and laminating roller (69) is applied to the cutouts (29) of the first supporting film (26).
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberliegende Längskanten des hergestellten Folienverbundes (35) auf eine konstante Breite, vorzugsweise durch Laserschneiden, geschnitten werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that mutually opposite longitudinal edges of the film composite (35) produced are cut to a constant width, preferably by laser cutting.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienverbund (35) in einer Bearbeitungsstation (65) in Membran-Elektroden-Anordnungen (25) vereinzelt wird, insbesondere nach dem Schneiden des Folienverbundes (35) auf dessen Breite, und vorzugsweise die Membran-Elektroden-Anordnungen (25) durch Querschneiden, vorzugsweise mittels Laserschneiden, vereinzelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the film composite (35) is separated into membrane electrode assemblies (25) in a processing station (65), in particular after cutting the film composite (35) to its width, and preferably the Membrane electrode assemblies (25) are separated by cross cutting, preferably by means of laser cutting.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stützfolie (26), die zweite Stützfolie (27) und die Membranfolie (49) als Halbzeuge auf einer Rolle (42, 50, 57) bereitgestellt und zugeführt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first supporting film (26), the second supporting film (27) and the membrane film (49) are provided and supplied as semi-finished products on a roll (42, 50, 57).
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Membranfolienzuschnitte (31) auf die erste Stützfolie (26) und das Zuführen der zweiten Stützfolie (27) auf die erste Stützfolie (26) mit einer kontinuierlichen Bahngeschwindigkeit angesteuert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the application of the membrane film cuts (31) to the first supporting film (26) and the feeding of the second supporting film (27) to the first supporting film (26) are controlled at a continuous web speed.
- Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle (11),Membrane electrode assembly for a fuel cell (11),- mit einer ersten und zweiten Stützfolie (26, 27), die jeweils Ausschnitte (29) aufweisen, - with a first and second supporting film (26, 27), each having cutouts (29),- mit einem Membranfolienzuschnitt (31), der eine Elektrolytmembran (14) als Trägerschicht umfasst, auf welcher beidseitig eine Katalysatorschicht (16, 17) vorgesehen ist, wobei gegenüber den Katalysatorschichten (16, 17) hervorstehend ein umlaufender Rand (32) der Elektrolytmembran (14) ausgebildet ist,- With a membrane foil blank (31) which comprises an electrolyte membrane (14) as a carrier layer, on both sides of which a catalyst layer (16, 17) is provided, with a peripheral edge (32) of the electrolyte membrane (16, 17) protruding 14) is trained,dadurch gekennzeichnet, characterized,- dass jeweils eine Außenseite des umlaufend hervorstehenden Randes (32) des Membranfolienzuschnittes (31) mit der zum Rand (32) weisenden Seite der Stützfolien (26, 27) fest verbunden ist.- that in each case one outer side of the peripherally projecting edge (32) of the membrane foil blank (31) is firmly connected to the side of the supporting foils (26, 27) pointing to the edge (32).
- Membran-Elektroden-Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand (32) des Membranfolienzuschnittes (31) jeweils im Überlappungsbereich (33) zur ersten und zweiten Stützfolie (26, 27) verklebt ist.Membrane-electrode assembly according to Claim 18, characterized in that the peripheral edge (32) of the membrane foil blank (31) is glued to the first and second supporting foils (26, 27) in each case in the overlapping region (33).
- Membran-Elektroden-Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschnitt (29) in der ersten und der zweiten Stützfolie (26, 27) dasselbe Format aufweist und deckungsgleich zueinander ausgerichtet ist.Membrane-electrode assembly according to Claim 18 or 19, characterized in that the cutout (29) in the first and second supporting film (26, 27) has the same format and is aligned congruently with one another.
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