WO2022128304A1 - Intermediate layer for a fuel cell, system comprising an intermediate layer and a membrane-electrode unit, and fuel cell - Google Patents

Intermediate layer for a fuel cell, system comprising an intermediate layer and a membrane-electrode unit, and fuel cell Download PDF

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WO2022128304A1
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intermediate layer
fuel cell
opening
membrane
resistant
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PCT/EP2021/082079
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Anton Ringel
Andreas RINGK
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Spacer for a fuel cell system with a spacer and a membrane-electrode assembly and fuel cell
  • a fuel cell is an electrochemical cell that has two electrodes that are separated from one another by means of an ion-conducting electrolyte.
  • the fuel cell converts the energy of a chemical reaction of a fuel with an oxidant directly into electricity.
  • a special type of fuel cell is the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM-FC).
  • PEM-FC polymer electrolyte membrane fuel cell
  • the PEM-FC also includes gas diffusion layers (GDL) in the active area, which delimit the polymer electrolyte membrane (PEM) and the two porous electrodes with a catalyst layer on both sides.
  • GDL gas diffusion layers
  • the PEM, the two electrodes with the catalyst layer and the two GDLs can form a so-called membrane-electrode unit (MEA) in the active area of the PEM-FC.
  • MEA membrane-electrode unit
  • Two opposing bipolar plates (halves) delimit the MEA on both sides.
  • a fuel cell stack is made up of MEA and bipolar plates arranged alternately one above the other.
  • the fuel in particular hydrogen
  • the oxidizing agent in particular air/oxygen
  • the MEA in a frame-like opening of two juxtaposed foils are bordered.
  • the two films are usually made of the same material, for example polyethylene naphthalate (PEN).
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the two films formed from the same material can dispensably have redundant properties, for example electrical insulating ability (electrically insulating) and/or oxygen impermeability of each of the two films.
  • DE 101 40 684 A1 discloses a membrane-electrode unit for a fuel cell containing a layered arrangement of an anode electrode, a cathode electrode and a membrane arranged between them, with a polymer material on a top and bottom side of the layered arrangement is applied.
  • the present invention shows an intermediate layer according to the features of claim 1, a system with an intermediate layer and a membrane electrode assembly according to the features of claim 11 and a fuel cell according to the features of claim 12.
  • the present invention shows an interposer for a fuel cell of a fuel cell stack, the interposer between an anode plate of the fuel cell for conducting a fuel-comprising fluid and a cathode plate of the fuel cell opposite the anode plate for conducting an oxidant having fluid can be arranged.
  • the intermediate layer comprises a first body facing the anode plate and a second body facing the cathode plate arranged at least partially on the first body and each having at least one opening, the at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body being at least partially overlap and a frame-like framing opening is formed for framing a membrane-electrode unit of the fuel cell.
  • the intermediate layer is temperature-resistant, in particular temperature-resistant and electrically insulating.
  • the first body is formed from a first material and the second body is formed from a second material, the first material being different from the second material, and the first body being formed such that it is resistant and impervious to the fuel oxidant-comprising fluid, and wherein the second body is formed such that it is resistant and impervious to the oxidant-comprising fluid.
  • the first body is particularly resistant and impervious to the fuel-containing fluid due to the first material.
  • the second body is resistant and impervious to the fluid containing the oxidizing agent due to the second material.
  • the intermediate layer is preferably designed in such a way that the intermediate layer is essentially mirror-symmetrical, in particular mirror-symmetrical.
  • the shape or form of the intermediate layer is essentially mirror-symmetrical, in particular mirror-symmetrical, but the first body is formed from the first material and the second body is formed from the second material.
  • the plane of mirror symmetry of the mirror-symmetrical intermediate layer is preferably perpendicular to a stack axis of the fuel cell stack.
  • Such an intermediate layer is particularly easy to produce and can particularly advantageously enclose the membrane-electrode unit in the border opening.
  • the first body is designed in particular in the form of a plate and/or the second body is designed in particular in the form of a plate.
  • the first plate-shaped body is preferably cuboid and / or second, plate-shaped body is preferably cuboid.
  • a cuboid, plate-shaped body is advantageously particularly easy to produce.
  • the at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body are to be understood in particular as an opening through the first body or through the second body.
  • the at least one opening of the first body preferably has a polygonal, in particular rectangular, shape in a horizontal section.
  • the at least one opening of the second body preferably has a polygonal, in particular rectangular, shape in a horizontal section.
  • a membrane-electrode unit that is polygonal, in particular rectangular, in a horizontal section can thus be bordered in the frame-like border opening in a particularly advantageous manner.
  • the at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body preferably have the same geometric dimensions, with the at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body also overlapping, in particular completely overlapping.
  • a particularly advantageous frame-like framing opening can thus be formed for framing the membrane-electrode unit of the fuel cell.
  • the first body is in particular at least partially arranged indirectly on the second body.
  • at least one further body of the intermediate layer for example an adhesive layer, is located at least partially between the first body and the second body.
  • the adhesive layer can in particular be a hot-melt adhesive layer.
  • the first body is in particular at least partially arranged directly on the second body. In other words, the first body can be pressed directly onto the second body.
  • the frame-like border opening has in particular a frame section or a frame shape.
  • the frame section is preferably circumferential, in particular completely circumferential, in an area around the edge of the at least one opening of the first body and in an area around the edge the at least one opening of the second body is formed.
  • a membrane-electrode unit can thus be bordered in the frame-like border opening in a particularly advantageous manner.
  • the frame section is in particular U-shaped.
  • a first leg of the U-shaped frame portion may be formed by the first body and a second leg of the U-shaped frame portion may be formed by the second body. Consequently, a membrane-electrode unit can be enclosed particularly securely in the frame-like border opening.
  • the first body and the second body each include at least one further opening, the at least one further opening of the first body and the at least one further opening of the second body at least partially overlapping to form a functional opening.
  • the functional opening is in particular a collecting opening for a collecting channel of a fuel cell stack, wherein, for example, a fluid such as the fluid containing oxidizing agent, the fluid containing fuel agent or a cooling fluid can flow in the collecting channel.
  • the temperature-resistant intermediate layer is preferably designed in such a way that the intermediate layer is resistant to temperatures occurring in the fuel cell or the fuel cell stack, in particular during operation of the fuel cell stack.
  • the first body and the second body are each temperature-resistant to temperatures occurring in the fuel cell or the fuel cell stack.
  • the fuel-containing fluid comprises in particular the fuel and liquid water and/or water in vapor form and/or nitrogen.
  • the fuel in a PEM-FC can be hydrogen.
  • the oxidizing agent-containing fluid comprises the oxidizing agent and liquid water and/or water vapor.
  • the oxidizing agent can be oxygen.
  • the oxidizing agent-containing fluid can comprise air, the air containing the oxygen as the oxidizing agent.
  • the first material is chemically resistant to a certain extent, in particular to the fluid containing the fuel. In other words, the first material can retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties for a limited period of time, in particular a period of use of the intermediate layer.
  • the first material is chemically resistant to the fuel-containing fluid.
  • the first material can permanently retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties.
  • the first material does not react with the fluid containing fuel. It can thus be ensured that the first body retains its properties and functions, for example the tightness with respect to the fluid containing fuel.
  • the first material can be unstable, in particular chemically unstable, and/or permeable, in particular to the fluid containing the oxidizing agent.
  • the first material or first body or the intermediate layer can thus be configured in a particularly simple manner and be particularly cost-effective, since the first body does not have dispensable properties, such as resistance to the fluid containing the oxidizing agent.
  • the second material is chemically resistant to a certain extent, in particular to the fluid containing the oxidizing agent.
  • the second material can retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties for a limited period of time, in particular a period of use of the intermediate layer.
  • the second material is chemically resistant to the oxidant-comprising fluid.
  • the second material can permanently retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties.
  • the second material does not react with the oxidizing agent-containing fluid. It can thus be ensured that the second body retains its properties and functions, for example the tightness with respect to the fluid containing the oxidizing agent.
  • the second material can be unstable, in particular chemically unstable, and/or permeable, in particular to the fluid containing the fuel agent.
  • the second material or second body or the intermediate layer can thus be of particularly simple design and be particularly cost-effective, since the second body does not have dispensable properties, such as resistance to the fluid containing the fuel agent.
  • the first body or the first material is in particular gas-tight with respect to the fluid containing fuel and/or the second body or the second material is preferably gas-tight with respect to the fluid containing oxidizing agent.
  • the first body that is gas-tight with respect to the fluid containing the fuel or the first material that is gas-tight with respect to the fluid containing the fuel has a fuel permeability of less than or equal to 1 ⁇ 10′ 9 gcm/cm 2 sec bar.
  • the intermediate layer can thus be designed in a particularly advantageous manner.
  • the second body that is gas-tight with respect to the fluid containing the oxidizing agent or the second material that is gas-tight with respect to the fluid containing the oxidizing agent preferably has an oxidizing agent permeability of less than or equal to 1 ⁇ 10′ 9 gcm/cm 2 sec bar.
  • the intermediate layer can thus be designed in a particularly advantageous manner.
  • the first body in particular the first material, is corrosion-resistant to the fluid containing fuel agent and/or the second body, in particular the second material, is corrosion-resistant to the fluid containing the oxidizing agent.
  • the intermediate layer according to the invention advantageously has such a first body made of the first material and the second body made of the second material that the first body meets the requirements such as the temperature of the fuel cell or the fuel cell stack during operation and/or the fluid containing the fuel , is matched. Furthermore, the second body is tailored to the requirements, such as the temperature of the fuel cell or the fuel cell stack during operation and/or the fluid containing the oxidizing agent.
  • a particularly favorable intermediate layer that is of simple design and improved to meet the requirements of an anode side or cathode side of the fuel cell can thus be obtained.
  • the first body is formed homogeneously over an extension of the first body and/or the second body is formed homogeneously over an extension of the second body.
  • the homogeneously formed first body has the same properties, preferably the same chemical and/or physical and/or mechanical properties, particularly over its extent, and/or the homogeneously formed second body has the same properties, preferably the same chemical, particularly over its extent and/or physical and/or mechanical properties.
  • the homogeneously designed first body and the homogeneously designed second body can be produced in a particularly simple manner.
  • the first body can be formed like a film and/or the second body can be formed like a film.
  • the foil-like first body and/or the foil-like second body can be produced particularly easily and can be particularly thin.
  • the first body can be laminatable and/or the second body can be laminatable.
  • the first body is made of a laminatable or laminated material and/or the second body is made of a laminatable or laminated material.
  • the first body is in particular laminated and/or the second body is in particular laminated.
  • the intermediate layer can thus preferably also be laminated or is laminated.
  • the membrane-electrode unit enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer can be advantageously enclosed by lamination.
  • a film-like first body can in particular be laminated or laminated and/or the film-like second body can in particular be laminated or laminated.
  • the membrane-electrode unit enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer can be particularly advantageously enclosed by lamination.
  • the first body can be dimensionally stable and/or the second body can be dimensionally stable.
  • at least one of the two bodies is dimensionally stable. Due to the dimensional stability of the at least one body of the two bodies, the intermediate layer in particular is also dimensionally stable.
  • the membrane-electrode unit enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer is advantageously particularly easy to handle or move or transport.
  • the first body is resistant to hydrogen corrosion and/or hydrogen embrittlement.
  • the hydrogen corrosion-resistant and/or hydrogen embrittlement-resistant first body is advantageously formed in particular from at least one material from the polymer material group.
  • Such a first body can particularly advantageously be resistant to hydrogen corrosion and/or hydrogen embrittlement.
  • changes or properties of the first material, in particular of the first body can be prevented in an improved manner, preferably avoided.
  • the occurrence of cracks in the first body can be prevented in an improved manner, preferably avoided.
  • the second body in an intermediate layer according to the invention, can be resistant to oxygen corrosion.
  • the second body is designed in particular in such a way that the second body or the second material does not react, preferably essentially not react, with the oxygen of the fluid containing the oxidizing agent.
  • changes, preferably changes in the properties of the second material, in particular of the second body can be prevented in an improved manner, preferably avoided.
  • the first body can be made of at least one material from one group of materials
  • the second body can be made of at least one material from another group of materials be, in particular the material groups are metallic materials, ceramic materials, and polymers.
  • Such an intermediate layer can advantageously have a particularly simple design and be particularly cost-effective.
  • Materials in the metallic materials group are, in particular, aluminum and stainless steel.
  • Materials in the polymers material group are, in particular, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polymer blends of PEN and PET (e.g. NOPLA) and copolyester tritan (Eastman Tritan copolyester TX1501HF).
  • the polymer blend of PEN and PET (e.g. NOPLA) is a particularly advantageous compromise between the requirements for the properties of the interlayer for the fuel cell of the fuel cell stack and the cost of the interlayer.
  • the tritan copolyester (Eastman Tritan copolyester TX1501HF) is chemically similar in structure to the polymer blend of PEN and PET and is therefore also particularly advantageously suitable as a material for a body of the intermediate layer.
  • the first material of the first body can be formed from PEN and the second material of the second body can be formed from aluminum, stainless steel, Tritan, Nopla, PET or ceramic.
  • Intermediate layers designed in this way can each be particularly advantageously suitable for a fuel cell of a fuel cell stack.
  • the first body is arranged at least partially in a materially bonded manner on the second body.
  • the cohesive arrangement is in particular gluing with an adhesive.
  • the first body can be at least partially glued to the second body.
  • the adhesive can also preferably be electrically insulating.
  • the intermediate layer can thus be particularly advantageously electrically insulating and an undesired flow of current in an inactive region of the fuel cell can be kept low, in particular prevented, particularly advantageously.
  • the adhesive can in particular be impervious and/or resistant to the fluid containing fuel and/or the fluid containing oxidizing agent.
  • the present invention shows a system with an intermediate layer and a membrane-electrode unit, the intermediate layer being an inventive intermediate layer, with a membrane-electrode unit being enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer.
  • the membrane-electrode assembly can include a polymer electrolyte membrane (PEM).
  • the membrane-electrode unit can further comprise two porous electrodes, each with a catalyst layer, these being arranged in particular on the PEM and delimiting it on both sides.
  • the membrane electrode assembly can include two gas diffusion layers. In particular, these can delimit the MEA-3 on both sides.
  • the system with the intermediate layer and the membrane electrode assembly according to the second aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the intermediate layer according to the first aspect of the invention.
  • the present invention features a fuel cell of a fuel cell stack, the fuel cell having an anode plate for conducting a fluid comprising fuel and a cathode plate opposite the anode plate for conducting a fluid comprising oxidant. Furthermore, an intermediate layer according to the invention is at least partly arranged between the anode plate and the cathode plate, or an inventive system consisting of an intermediate layer and a membrane-electrode unit is arranged between the anode plate and the cathode plate.
  • the fuel cell is in particular a PEM-FC (polymer electrolyte membrane fuel cell).
  • a fuel cell stack comprises in particular a multiplicity of fuel cells arranged one above the other, wherein preferably at least one of the multiplicity of fuel cells arranged one above the other is a fuel cell according to the invention.
  • the fuel cell according to the third aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the intermediate layer according to the first aspect of the invention or the system with the intermediate layer and the membrane-electrode unit according to the second aspect of the invention.
  • FIG. 2 in a vertical section in a front view part of an embodiment of the intermediate layer according to the invention from Fig. 1,
  • Figure 1 shows a plan view of an embodiment of an intermediate layer 1 according to the invention for a fuel cell 100 of a fuel cell stack, the intermediate layer 1 having a first body 10 and a second body 20 (not visible) arranged on the first body 10, each with an opening 12a or 22a having.
  • the opening 12a of the first body 10 and the opening 22a of the second body 20 overlap, in particular they overlap completely, to form a frame-like border opening 32a (see Figure 2) for bordering a membrane-electrode unit 50 of the fuel cell 100.
  • the frame-like Border opening 32a forms in particular a frame section or a frame shape.
  • the intermediate layer 1 is, for example, circumferential, in particular completely circumferential, in an area around the edge of the opening 12a of the first body 10 and in an area around the edge of the opening 22a of the second body 20 (see dashed line). Furthermore, the intermediate layer 1 is, in particular, temperature-resistant and electrically insulating.
  • the first body 10 is formed from a first material W1 and the second body 20 is formed from a second material W2, the first material W1 being different from the second material W2, and the first body 10 being formed in such a way that is resistant and impervious to a fuel-comprising fluid F1, and wherein the second body 20 is formed such that it is resistant and impervious to the oxidizing agent-comprising fluid F2.
  • FIG. 1 part of an embodiment of the intermediate layer 1 according to the invention from FIG. 1 is shown in a vertical section (see section plane AA in FIG. 1) in a front view.
  • the frame-like border opening 32a forms a frame section or a frame shape.
  • the frame section is in particular U-shaped, with a first leg of the U-shaped frame section being formed by the first body 10 and a second leg of the U-shaped frame section being formed by the second body 20 .
  • the first body 10 and the second body 20 are glued together by means of an adhesive 40 made of a material W3.
  • FIG. 3 shows a vertical section (cf. section plane B-B in FIG. 4) in a front view of part of an embodiment of a system 200 according to the invention made from an intermediate layer 1 according to the invention, as is shown, for example, in FIG. 1 or FIG. 2, and a membrane Electrode unit 50, which is bordered in a frame-like border opening 32a of the intermediate layer 1.
  • the membrane-electrode unit 50 has, for example, a polymer electrolyte membrane (PEM) 130 and two porous electrodes 132 and 134, each with a catalyst layer, with the electrodes 132 and 134 being arranged on one side of the PEM 130 in each case.
  • the system 200 has, in particular, two gas diffusion layers 140 and 142, which in turn can each be arranged on one side of the intermediate layer 1, for example glued by means of an adhesive 42.
  • Figure 4 shows a plan view of an embodiment of a system 200 according to the invention with an intermediate layer 1 according to the invention, as shown for example in Figure 1 or Figure 2, and a membrane-electrode unit 50, which is located in a frame-like border opening 32a of the intermediate layer 1 is bordered.
  • the intermediate layer 1 comprises a first body 10 and a second body 20 (not visible; see, for example, FIG. 3) arranged on the first body 10 and each having an opening 12a or 22a.
  • the opening 12a of the first body 10 and the opening 22a of the second body 20 overlap, in particular they overlap completely, to form the frame-like border opening 32a for bordering the membrane-electrode unit 50 of the fuel cell 100.
  • FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of a system 200 according to the invention with an intermediate layer 1 according to the invention, as shown for example in Figure 1 or Figure 2, and a membrane-electrode unit 50, which is located in a frame-like border opening 32a of the intermediate layer 1 is border
  • FIG. 5 shows an exploded drawing in a vertical section (cf. section plane CC in FIG. 4) in a front view of an embodiment of a fuel cell 100 according to the invention, in particular the active region of the fuel cell 100.
  • the fuel cell 100 has an anode plate 110a for conducting a fuel-comprising fluid F1 and a cathode plate 120b opposite the anode plate 110a for conducting an oxidizing agent-comprising fluid F2.
  • a system 200 according to the invention made up of an intermediate layer 1 and a membrane-electrode unit 50 is arranged between the anode plate 110a and the cathode plate 120b of the fuel cell 100 .
  • the membrane-electrode unit 50 includes in particular a PEM 130 and two electrodes 132 and 134.
  • a fuel cell stack (not shown) comprises a multiplicity of fuel cells 100 stacked one above the other in a stacking direction SA, at least one of the multiplicity of fuel cells 100 arranged one above the other being a fuel cell 100 according to the invention.

Abstract

Disclosed is an intermediate layer (1) for a fuel cell, said intermediate layer (1) comprising a first limb (10) facing an anode plate, and a second limb (20) which is arranged at least in part on the first limb (10) and faces a cathode plate, each of the limbs having at least one opening (12a, 22a) for forming a frame-type bordering opening (32a) for bordering a membrane-electrode unit (50) of the fuel cell, the intermediate layer (1) being temperature-resistant, the first limb (10) being made of a first material (W1), and the second limb (20) being made of a second material (W2).

Description

Beschreibung description
Titel title
Zwischenlage für eine Brennstoffzelle, System mit einer Zwischenlage und einer Membran- Elektroden- Einheit und Brennstoffzelle Spacer for a fuel cell, system with a spacer and a membrane-electrode assembly and fuel cell
Stand der Technik State of the art
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, wobei diese zwei Elektroden, welche mittels eines ionenleitenden Elektrolyten voneinander separiert sind, aufweist. Die Brennstoffzelle wandelt die Energie einer chemischen Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel direkt in Elektrizität um. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen. A fuel cell is an electrochemical cell that has two electrodes that are separated from one another by means of an ion-conducting electrolyte. The fuel cell converts the energy of a chemical reaction of a fuel with an oxidant directly into electricity. There are different types of fuel cells.
Ein spezieller Brennstoffzellentyp ist die Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle (PEM-FC). In einem aktiven Bereich einer PEM-FC grenzen an eine Polymerelektrolytmembran (PEM) zwei poröse Elektroden mit einer Katalysatorschicht an. Weiter umfasst die PEM-FC im aktiven Bereich Gasdiffusionslagen (GDL), welche die Polymerelektrolytmembran (PEM) und die zwei porösen Elektroden mit einer Katalysatorschicht beidseitig begrenzen. Die PEM, die beiden Elektroden mit der Katalysatorschicht und die beiden GDL können eine sog. Membran- Elektroden- Einheit (MEA) in dem aktiven Bereich der PEM-FC bilden. Zwei sich gegenüberliegende Bipolarplatten(-hälften) wiederum begrenzen beidseitig die MEA. Ein Brennstoffzellenstapel ist aus abwechselnd übereinander angeordneten MEA und Bipolarplatten aufgebaut. Mit einer Anodenplatte einer Bipolarplatte findet eine Verteilung des Brennstoffes, insbesondere Wasserstoff, und mit einer Kathodenplatte der Bipolarplatte eine Verteilung des Oxidationsmittels, insbesondere Luft/Sauerstoff, statt. Zur elektrischen Isolierung benachbarter Bipolarplatten, zur Formstabilisierung der MEA und zum Verhindern von einem ungewollten Entweichen des Brennstoffes bzw. des Oxidationsmittels kann die MEA in einer rahmenartigen Öffnung zweier aneinander angeordneten Folien eingefasst werden. Üblicherweise sind die beiden Folien aus dem gleichen Werkstoff, bspw. Polyethylennaphthalat (PEN), gebildet. Die aus dem gleichen Werkstoff gebildeten, beiden Folien können verzichtbar redundante Eigenschaften, bspw. wie eine elektrische Isolierfähigkeit (elektrisch isolierend) und/oder eine Sauerstoffdichtigkeit jeder der beiden Folien, aufweisen. A special type of fuel cell is the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM-FC). In an active area of a PEM-FC, two porous electrodes with a catalyst layer adjoin a polymer electrolyte membrane (PEM). The PEM-FC also includes gas diffusion layers (GDL) in the active area, which delimit the polymer electrolyte membrane (PEM) and the two porous electrodes with a catalyst layer on both sides. The PEM, the two electrodes with the catalyst layer and the two GDLs can form a so-called membrane-electrode unit (MEA) in the active area of the PEM-FC. Two opposing bipolar plates (halves), in turn, delimit the MEA on both sides. A fuel cell stack is made up of MEA and bipolar plates arranged alternately one above the other. The fuel, in particular hydrogen, is distributed with an anode plate of a bipolar plate, and the oxidizing agent, in particular air/oxygen, is distributed with a cathode plate of the bipolar plate. To electrically insulate adjacent bipolar plates, to stabilize the shape of the MEA and to prevent an unwanted escape of the fuel or the oxidizing agent, the MEA in a frame-like opening of two juxtaposed foils are bordered. The two films are usually made of the same material, for example polyethylene naphthalate (PEN). The two films formed from the same material can dispensably have redundant properties, for example electrical insulating ability (electrically insulating) and/or oxygen impermeability of each of the two films.
In der DE 101 40 684 Al ist eine Membran- Elektroden- Einheit für eine Brennstoffzelle, enthaltend eine Schichtanordnung aus einer Anoden- Elektrode, einer Kathoden- Elektrode und einer dazwischen angeordneten Membran, offenbart, wobei auf eine Ober- und Unterseite der Schichtanordnung ein Polymermaterial aufgebracht wird. DE 101 40 684 A1 discloses a membrane-electrode unit for a fuel cell containing a layered arrangement of an anode electrode, a cathode electrode and a membrane arranged between them, with a polymer material on a top and bottom side of the layered arrangement is applied.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung zeigt eine Zwischenlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System mit einer Zwischenlage und einer Membran- Elektroden- Einheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie eine Brennstoffzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12. The present invention shows an intermediate layer according to the features of claim 1, a system with an intermediate layer and a membrane electrode assembly according to the features of claim 11 and a fuel cell according to the features of claim 12.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zwischenlage beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System mit der Zwischenlage und der Membran- Elektroden- Einheit und der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the intermediate layer according to the invention naturally also apply in connection with the system according to the invention with the intermediate layer and the membrane-electrode unit and the fuel cell according to the invention and vice versa, so that the individual aspects of the invention are disclosed with regard to disclosure is or can always be mutually referred to.
Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Zwischenlage für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Zwischenlage zwischen einer Anodenplatte der Brennstoffzelle zum Führen eines Brennstoffaufweisenden Fluids und einer der Anodenplatte gegenüberliegenden Kathodenplatte der Brennstoffzelle zum Führen eines Oxidationsmittel- aufweisenden Fluids anordenbar ist. Ferner umfasst die Zwischenlage einen ersten der Anodenplatte zugewandten Körper und einen an den ersten Körper zumindest tlw. angeordneten zweiten der Kathodenplatte zugewandten Körper mit jeweils zumindest einer Öffnung, wobei die zumindest eine Öffnung des ersten Körpers und die zumindest eine Öffnung des zweiten Körpers sich zumindest tlw. überlappen und eine rahmenartige Einfassöffnung zum Einfassen einer Membran- Elektroden- Einheit der Brennstoffzelle ausgebildet ist. Weiter ist die Zwischenlage temperaturbeständig, insbesondere temperaturbeständig und elektrisch isolierend. Außerdem ist der erste Körper aus einem ersten Werkstoff gebildet und der zweite Körper ist aus einem zweiten Werkstoff gebildet, wobei der erste Werkstoff unterschiedlich zu dem zweiten Werkstoff ist, und wobei der erste Körper derart ausgebildet ist, dass dieser beständig und dicht gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid ist, und wobei der zweite Körper derart ausgebildet ist, dass dieser beständig und dicht gegenüber dem Oxidationsmittelaufweisenden Fluid ist. According to a first aspect, the present invention shows an interposer for a fuel cell of a fuel cell stack, the interposer between an anode plate of the fuel cell for conducting a fuel-comprising fluid and a cathode plate of the fuel cell opposite the anode plate for conducting an oxidant having fluid can be arranged. Furthermore, the intermediate layer comprises a first body facing the anode plate and a second body facing the cathode plate arranged at least partially on the first body and each having at least one opening, the at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body being at least partially overlap and a frame-like framing opening is formed for framing a membrane-electrode unit of the fuel cell. Furthermore, the intermediate layer is temperature-resistant, in particular temperature-resistant and electrically insulating. In addition, the first body is formed from a first material and the second body is formed from a second material, the first material being different from the second material, and the first body being formed such that it is resistant and impervious to the fuel oxidant-comprising fluid, and wherein the second body is formed such that it is resistant and impervious to the oxidant-comprising fluid.
Der erste Körper ist insbesondere beständig und dicht gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid aufgrund des ersten Werkstoffes. Der zweite Körper ist insbesondere beständig und dicht gegenüber dem Oxidationsmittelaufweisenden Fluid aufgrund des zweiten Werkstoffes. The first body is particularly resistant and impervious to the fuel-containing fluid due to the first material. In particular, the second body is resistant and impervious to the fluid containing the oxidizing agent due to the second material.
Die Zwischenlage ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die Zwischenlage im Wesentlichen spiegelsymmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, ist. Mit anderen Worten ist die Gestalt bzw. die Form der Zwischenlage im Wesentlichen spiegelsymmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, jedoch ist der erste Körper aus dem ersten Werkstoff gebildet und der zweite Körper ist aus dem zweiten Werkstoff gebildet. Die Spiegelsymmetrieebene der spiegelsymmetrischen Zwischenlage ist vorzugsweise senkrecht zu einer Stapelachse des Brennstoffzellenstapels. Eine solche Zwischenlage ist besonders einfach herzustellen und kann die Membran- Elektroden- Einheit besonders vorteilhaft in der Einfassöffnung einfassen. The intermediate layer is preferably designed in such a way that the intermediate layer is essentially mirror-symmetrical, in particular mirror-symmetrical. In other words, the shape or form of the intermediate layer is essentially mirror-symmetrical, in particular mirror-symmetrical, but the first body is formed from the first material and the second body is formed from the second material. The plane of mirror symmetry of the mirror-symmetrical intermediate layer is preferably perpendicular to a stack axis of the fuel cell stack. Such an intermediate layer is particularly easy to produce and can particularly advantageously enclose the membrane-electrode unit in the border opening.
Der erste Körper ist insbesondere plattenförmig ausgebildet und/oder der zweite Körper ist insbesondere plattenförmig ausgebildet. Weiter ist der erste, plattenförmige Körper vorzugsweise quaderförmig ausgebildet und/oder der zweite, plattenförmige Körper ist vorzugsweise quaderförmig ausgebildet. Ein quaderförmiger, plattenförmiger Körper ist vorteilhafterweise besonders einfach herzustellen. The first body is designed in particular in the form of a plate and/or the second body is designed in particular in the form of a plate. Next, the first plate-shaped body is preferably cuboid and / or second, plate-shaped body is preferably cuboid. A cuboid, plate-shaped body is advantageously particularly easy to produce.
Die zumindest eine Öffnung des ersten Körpers und die zumindest eine Öffnung des zweiten Körpers sind insbesondere jeweils als ein Durchbruch durch den ersten Körper bzw. durch den zweiten Körper zu verstehen. Weiter weist die zumindest eine Öffnung des ersten Körpers vorzugsweise in einem Horizontalschnitt eine vieleckige, insbesondere rechteckige, Form auf. Des Weiteren weist die zumindest eine Öffnung des zweiten Körpers vorzugsweise in einem Horizontalschnitt eine vieleckige, insbesondere rechteckige, Form auf. Somit kann besonders vorteilhaft eine in einem Horizontalschnitt vieleckig ausgebildete, insbesondere rechteckig ausgebildete, Membran- Elektroden- Einheit in der rahmenartigen Einfassöffnung eingefasst sein. Vorzugsweise weisen außerdem die zumindest eine Öffnung des ersten Körpers und die zumindest eine Öffnung des zweiten Körpers die gleichen geometrischen Abmessungen auf, wobei sich ferner insbesondere die zumindest eine Öffnung des ersten Körpers und die zumindest eine Öffnung des zweiten Körpers überlappen, insbesondere vollständig überlappen. Somit kann eine besonders vorteilhafte rahmenartige Einfassöffnung zum Einfassen der Membran- Elektroden- Einheit der Brennstoffzelle ausgebildet sein. The at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body are to be understood in particular as an opening through the first body or through the second body. Furthermore, the at least one opening of the first body preferably has a polygonal, in particular rectangular, shape in a horizontal section. Furthermore, the at least one opening of the second body preferably has a polygonal, in particular rectangular, shape in a horizontal section. A membrane-electrode unit that is polygonal, in particular rectangular, in a horizontal section can thus be bordered in the frame-like border opening in a particularly advantageous manner. In addition, the at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body preferably have the same geometric dimensions, with the at least one opening of the first body and the at least one opening of the second body also overlapping, in particular completely overlapping. A particularly advantageous frame-like framing opening can thus be formed for framing the membrane-electrode unit of the fuel cell.
Der erste Körper ist insbesondere zumindest tlw. an den zweiten Körper indirekt angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper zumindest tlw. wenigstens ein weiterer Körper der Zwischenlage, bspw. eine Klebeschicht. Die Klebeschicht kann insbesondere eine Schmelzklebeschicht sein. Ferner ist auch denkbar, dass der erste Körper insbesondere zumindest tlw. an den zweiten Körper direkt angeordnet ist. Mit anderen Worten kann der erste Körper an den zweiten Körper direkt angepresst sein. The first body is in particular at least partially arranged indirectly on the second body. In other words, at least one further body of the intermediate layer, for example an adhesive layer, is located at least partially between the first body and the second body. The adhesive layer can in particular be a hot-melt adhesive layer. Furthermore, it is also conceivable that the first body is in particular at least partially arranged directly on the second body. In other words, the first body can be pressed directly onto the second body.
Die rahmenartige Einfassöffnung weist insbesondere einen Rahmenabschnitt bzw. eine Rahmenform auf. Der Rahmenabschnitt ist vorzugsweise umlaufend, insbesondere vollständig umlaufend, in einem Bereich um den Rand der zumindest einen Öffnung des ersten Körpers und in einem Bereich um den Rand der zumindest einen Öffnung des zweiten Körpers ausgebildet. Somit kann eine Membran- Elektroden- Einheit besonders vorteilhaft in der rahmenartigen Einfassöffnung eingefasst sein. Des Weiteren ist der Rahmenabschnitt insbesondere U-förmig ausgebildet. Ein erster Schenkel des U-förmigen Rahmenabschnitts kann durch den ersten Körper gebildet sein und ein zweiter Schenkel des U-förmigen Rahmenabschnitts kann durch den zweiten Körper gebildet sein. Folglich kann eine Membran-Elektroden-Einheit besonders sicher in der rahmenartigen Einfassöffnung eingefasst sein. The frame-like border opening has in particular a frame section or a frame shape. The frame section is preferably circumferential, in particular completely circumferential, in an area around the edge of the at least one opening of the first body and in an area around the edge the at least one opening of the second body is formed. A membrane-electrode unit can thus be bordered in the frame-like border opening in a particularly advantageous manner. Furthermore, the frame section is in particular U-shaped. A first leg of the U-shaped frame portion may be formed by the first body and a second leg of the U-shaped frame portion may be formed by the second body. Consequently, a membrane-electrode unit can be enclosed particularly securely in the frame-like border opening.
Der erste Körper und der zweite Körper umfassen neben der jeweils zumindest einen Öffnung insbesondere jeweils zumindest eine weitere Öffnung, wobei die zumindest eine weitere Öffnung des ersten Körpers und die zumindest eine weitere Öffnung des zweiten Körpers sich zumindest tlw. überlappen zum Ausbilden einer Funktionsöffnung. Die Funktionsöffnung ist insbesondere eine Sammelöffnung für einen Sammelkanal eines Brennstoffzellenstapels, wobei bspw. in dem Sammelkanal ein Fluid wie das Oxidationsmittel-aufweisende Fluid, das Brennstoffmittel-aufweisende Fluid oder ein Kühlfluid strömen kann. In addition to the at least one opening, the first body and the second body each include at least one further opening, the at least one further opening of the first body and the at least one further opening of the second body at least partially overlapping to form a functional opening. The functional opening is in particular a collecting opening for a collecting channel of a fuel cell stack, wherein, for example, a fluid such as the fluid containing oxidizing agent, the fluid containing fuel agent or a cooling fluid can flow in the collecting channel.
Die temperaturbeständige Zwischenlage ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Zwischenlage beständig gegenüber in der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels auftretenden Temperaturen, insbesondere im Betrieb des Brennstoffzellenstapels, ist. Vorzugsweise ist der erste Körper und der zweite Körper jeweils temperaturbeständig gegenüber in der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels auftretenden Temperaturen. The temperature-resistant intermediate layer is preferably designed in such a way that the intermediate layer is resistant to temperatures occurring in the fuel cell or the fuel cell stack, in particular during operation of the fuel cell stack. Preferably, the first body and the second body are each temperature-resistant to temperatures occurring in the fuel cell or the fuel cell stack.
Das Brennstoff-aufweisende Fluid umfasst insbesondere den Brennstoff und flüssiges Wasser und/oder dampfförmiges Wasser und/oder Stickstoff. Der Brennstoff kann bei einer PEM-FC Wasserstoff sein. Das Oxidationsmittelaufweisende Fluid umfasst insbesondere das Oxidationsmittel und flüssiges Wasser und/oder dampfförmiges Wasser. Das Oxidationsmittel kann bei einer PEM-FC Sauerstoff sein. Das Oxidationsmittel-aufweisende Fluid kann bei einer PEM-FC Luft umfassen, wobei die Luft den Sauerstoff als Oxidationsmittel aufweist. Der erste Werkstoff ist insbesondere gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid bedingt chemisch beständig. Mit anderen Worten kann der erste Werkstoff seine charakteristischen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften für einen bedingten Zeitraum, insbesondere einem Einsatzzeitraum der Zwischenlage, beibehalten. Vorzugsweise ist der erste Werkstoff gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid chemisch beständig. Mit anderen Worten kann der erste Werkstoff seine charakteristischen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften dauerhaft beibehalten. Insbesondere reagiert der erste Werkstoff mit dem Brennstoff- aufweisenden Fluid nicht. Somit kann sichergestellt werden, dass der erste Körper seine Eigenschaften und Funktionen, bspw. die Dichtheit gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid, erhält. Weiter kann der erste Werkstoff insbesondere gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid unbeständig, insbesondere chemisch unbeständig, und/oder permeabel sein. The fuel-containing fluid comprises in particular the fuel and liquid water and/or water in vapor form and/or nitrogen. The fuel in a PEM-FC can be hydrogen. In particular, the oxidizing agent-containing fluid comprises the oxidizing agent and liquid water and/or water vapor. In a PEM-FC, the oxidizing agent can be oxygen. In the case of a PEM-FC, the oxidizing agent-containing fluid can comprise air, the air containing the oxygen as the oxidizing agent. The first material is chemically resistant to a certain extent, in particular to the fluid containing the fuel. In other words, the first material can retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties for a limited period of time, in particular a period of use of the intermediate layer. Preferably, the first material is chemically resistant to the fuel-containing fluid. In other words, the first material can permanently retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties. In particular, the first material does not react with the fluid containing fuel. It can thus be ensured that the first body retains its properties and functions, for example the tightness with respect to the fluid containing fuel. Furthermore, the first material can be unstable, in particular chemically unstable, and/or permeable, in particular to the fluid containing the oxidizing agent.
Vorteilhafterweise kann somit der erste Werkstoff bzw. erste Körper bzw. die Zwischenlage besonders einfach ausgebildet sein und besonders kostengünstig sein, da der erste Körper entbehrliche Eigenschaften, wie die Beständigkeit gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid, nicht aufweist. Advantageously, the first material or first body or the intermediate layer can thus be configured in a particularly simple manner and be particularly cost-effective, since the first body does not have dispensable properties, such as resistance to the fluid containing the oxidizing agent.
Ebenso ist der zweite Werkstoff insbesondere gegenüber dem Oxidationsmittel- aufweisenden Fluid bedingt chemisch beständig. Mit anderen Worten kann der zweite Werkstoff seine charakteristischen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften für einen bedingten Zeitraum, insbesondere einem Einsatzzeitraum der Zwischenlage, beibehalten. Vorzugsweise ist der zweite Werkstoff gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid chemisch beständig. Mit anderen Worten kann der zweite Werkstoff seine charakteristischen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften dauerhaft beibehalten. Insbesondere reagiert der zweite Werkstoff mit dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid nicht. Somit kann sichergestellt werden, dass der zweite Körper seine Eigenschaften und Funktionen, bspw. die Dichtheit gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid, erhält. Weiter kann der zweite Werkstoff insbesondere gegenüber dem Brennstoffmittelaufweisenden Fluid unbeständig, insbesondere chemisch unbeständig, und/oder permeabel sein. Vorteilhafterweise kann somit der zweite Werkstoff bzw. zweite Körper bzw. die Zwischenlage besonders einfach ausgebildet sein und besonders kostengünstig sein, da der zweite Körper entbehrliche Eigenschaften, wie die Beständigkeit gegenüber dem Brennstoffmittel-aufweisenden Fluid, nicht aufweist. Likewise, the second material is chemically resistant to a certain extent, in particular to the fluid containing the oxidizing agent. In other words, the second material can retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties for a limited period of time, in particular a period of use of the intermediate layer. Preferably, the second material is chemically resistant to the oxidant-comprising fluid. In other words, the second material can permanently retain its characteristic mechanical, physical and/or chemical properties. In particular, the second material does not react with the oxidizing agent-containing fluid. It can thus be ensured that the second body retains its properties and functions, for example the tightness with respect to the fluid containing the oxidizing agent. Furthermore, the second material can be unstable, in particular chemically unstable, and/or permeable, in particular to the fluid containing the fuel agent. Advantageously, the second material or second body or the intermediate layer can thus be of particularly simple design and be particularly cost-effective, since the second body does not have dispensable properties, such as resistance to the fluid containing the fuel agent.
Ferner ist der erste Körper bzw. der erste Werkstoff insbesondere gasdicht gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid und/oder der zweite Körper bzw. der zweite Werkstoff ist vorzugsweise gasdicht gegenüber dem Oxidationsmittelaufweisenden Fluid. Insbesondere weist der erste gegenüber dem Brennstoffaufweisenden Fluid gasdichte Körper bzw. der erste gegenüber dem Brennstoffaufweisenden Fluid gasdichte Werkstoff eine Brennstoff-Permeabilität kleiner gleich 1 x 10'9 gcm/cm2sec bar auf. Somit kann die Zwischenlage besonders vorteilhaft ausgebildet sein. Vorzugsweise weist der zweite gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid gasdichte Körper bzw. der zweite gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid gasdichte Werkstoff eine Oxidationsmittel-Permeabilität kleiner gleich 1 x 10'9 gcm/cm2sec bar auf. Somit kann die Zwischenlage besonders vorteilhaft ausgebildet sein. Furthermore, the first body or the first material is in particular gas-tight with respect to the fluid containing fuel and/or the second body or the second material is preferably gas-tight with respect to the fluid containing oxidizing agent. In particular, the first body that is gas-tight with respect to the fluid containing the fuel or the first material that is gas-tight with respect to the fluid containing the fuel has a fuel permeability of less than or equal to 1×10′ 9 gcm/cm 2 sec bar. The intermediate layer can thus be designed in a particularly advantageous manner. The second body that is gas-tight with respect to the fluid containing the oxidizing agent or the second material that is gas-tight with respect to the fluid containing the oxidizing agent preferably has an oxidizing agent permeability of less than or equal to 1×10′ 9 gcm/cm 2 sec bar. The intermediate layer can thus be designed in a particularly advantageous manner.
Insbesondere sind der erste Körper, insbesondere der erste Werkstoff, korrosionsbeständig gegenüber Brennstoffmittel-aufweisenden Fluid und/oder der zweite Körper, insbesondere der zweite Werkstoff, korrosionsbeständig gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid. In particular, the first body, in particular the first material, is corrosion-resistant to the fluid containing fuel agent and/or the second body, in particular the second material, is corrosion-resistant to the fluid containing the oxidizing agent.
Die erfindungsgemäße Zwischenlage weist vorteilhafterweise einen derartigen ersten Körper aus dem ersten Werkstoff und den zweiten Körper aus dem zweiten Werkstoff auf, dass der erste Körper auf die Anforderungen, wie der Temperatur der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels im Betrieb und/oder dem Brennstoff-aufweisenden Fluid, abgestimmt ist. Weiter ist der zweite Körper auf die Anforderungen, wie der Temperatur der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels im Betrieb und/oder dem Oxidationsmittel- aufweisenden Fluid, abgestimmt. Somit kann eine besonders günstige, einfach ausgebildete und auf die Anforderungen einer Anodenseite bzw. Kathodenseite der Brennstoffzelle verbesserte Zwischenlage erhalten werden. The intermediate layer according to the invention advantageously has such a first body made of the first material and the second body made of the second material that the first body meets the requirements such as the temperature of the fuel cell or the fuel cell stack during operation and/or the fluid containing the fuel , is matched. Furthermore, the second body is tailored to the requirements, such as the temperature of the fuel cell or the fuel cell stack during operation and/or the fluid containing the oxidizing agent. A particularly favorable intermediate layer that is of simple design and improved to meet the requirements of an anode side or cathode side of the fuel cell can thus be obtained.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Körper homogen über eine Erstreckung des ersten Körpers ausgebildet ist und/oder der zweite Körper homogen über eine Erstreckung des zweiten Körpers ausgebildet ist. Der homogen ausgebildete erste Körper weist insbesondere über seine Ausdehnung die gleichen Eigenschaften, vorzugsweise die gleichen chemischen und/oder physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften, auf und/oder der homogen ausgebildete zweite Körper weist insbesondere über seine Ausdehnung die gleichen Eigenschaften, vorzugsweise die gleichen chemischen und/oder physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften, auf. Vorteilhafterweise können der homogen ausgebildete erste Körper und der homogen ausgebildete zweite Körper besonders einfach hergestellt werden. It can be advantageous if, in the case of an intermediate layer according to the invention, the first body is formed homogeneously over an extension of the first body and/or the second body is formed homogeneously over an extension of the second body. The homogeneously formed first body has the same properties, preferably the same chemical and/or physical and/or mechanical properties, particularly over its extent, and/or the homogeneously formed second body has the same properties, preferably the same chemical, particularly over its extent and/or physical and/or mechanical properties. Advantageously, the homogeneously designed first body and the homogeneously designed second body can be produced in a particularly simple manner.
Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Körper folienartig ausgebildet sein und/oder der zweite Körper folienartig ausgebildet sein. Vorteilhafterweise können der folienartig ausgebildete erste Körper und/oder der folienartig ausgebildete zweite Körper besonders einfach hergestellt werden und besonders dünn ausgebildet sein. Advantageously, in an intermediate layer according to the invention, the first body can be formed like a film and/or the second body can be formed like a film. Advantageously, the foil-like first body and/or the foil-like second body can be produced particularly easily and can be particularly thin.
Mit besonderem Vorteil kann bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Körper laminierbar sein und/oder der zweite Körper kann laminierbar sein. Insbesondere ist der erste Körper aus einem laminierbaren bzw. laminierten Werkstoff und/oder der zweite Körper ist aus einem laminierbaren bzw. laminierten Werkstoff. Ferner ist der erste Körper insbesondere laminiert und/oder zweite Körper ist insbesondere laminiert. Vorzugsweise ist somit die Zwischenlage auch laminierbar bzw. laminiert. Bei einem erfindungsgemäßen System mit der laminierbaren Zwischenlage und einer Membran- Elektroden- Einheit kann vorteilhafterweise die in der rahmenartigen Einfassöffnung der Zwischenlage eingefasste Membran- Elektroden- Einheit durch Laminieren besonders vorteilhaft eingefasst sein. Weiter ist ein folienartig ausgebildeter erster Körper insbesondere laminierbar bzw. laminiert und/oder der folienartig ausgebildete zweite Körper ist insbesondere laminierbar bzw. laminiert. Dadurch kann bei einem erfindungsgemäßen System mit einer Zwischenlage und einer Membran- Elektroden- Einheit vorteilhafterweise die in der rahmenartigen Einfassöffnung der Zwischenlage eingefasste Membran- Elektroden- Einheit durch Laminieren besonders vorteilhaft eingefasst sein. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Körper formstabil sein und/oder der zweite Körper kann formstabil sein. Mit anderen Worten ist insbesondere zumindest einer der beiden Körper formstabil. Durch die Formstabilität des zumindest einen Körpers der beiden Körper ist insbesondere auch die Zwischenlage formstabil. Dadurch ist bei einem erfindungsgemäßen System mit einer Zwischenlage und einer Membran- Elektroden- Einheit vorteilhafterweise die in der rahmenartigen Einfassöffnung der Zwischenlage eingefasste Membran- Elektroden- Einheit besonders einfach handhabbar bzw. bewegbar bzw. transportierbar. With particular advantage, in an intermediate layer according to the invention, the first body can be laminatable and/or the second body can be laminatable. In particular, the first body is made of a laminatable or laminated material and/or the second body is made of a laminatable or laminated material. Furthermore, the first body is in particular laminated and/or the second body is in particular laminated. The intermediate layer can thus preferably also be laminated or is laminated. In a system according to the invention with the laminatable intermediate layer and a membrane-electrode unit, the membrane-electrode unit enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer can be advantageously enclosed by lamination. Furthermore, a film-like first body can in particular be laminated or laminated and/or the film-like second body can in particular be laminated or laminated. As a result, in a system according to the invention with an intermediate layer and a membrane-electrode unit, the membrane-electrode unit enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer can be particularly advantageously enclosed by lamination. According to a further preferred embodiment, in an intermediate layer according to the invention, the first body can be dimensionally stable and/or the second body can be dimensionally stable. In other words, in particular at least one of the two bodies is dimensionally stable. Due to the dimensional stability of the at least one body of the two bodies, the intermediate layer in particular is also dimensionally stable. As a result, in a system according to the invention with an intermediate layer and a membrane-electrode unit, the membrane-electrode unit enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer is advantageously particularly easy to handle or move or transport.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Körper Wasserstoffkorrosions-beständig und/oder Wasserstoff- Versprödungs-beständig ist. Der Wasserstoffkorrosions-beständige und/oder Wasserstoff-Versprödungs-beständige erste Körper ist vorteilhafterweise insbesondere aus zumindest einem Werkstoff der Werkstoffgruppe der Polymere gebildet. Ein derartiger erster Körper kann besonders vorteilhaft Wasserstoffkorrosions-beständig und/oder Wasserstoff- Versprödungs-beständig sein. Somit können Veränderungen bzw. Eigenschaften des ersten Werkstoffes, insbesondere des ersten Körpers, verbessert verhindert werden, vorzugsweise vermieden werden. Ferner kann verbessert verhindert werden, vorzugsweise vermieden werden, dass Risse in dem ersten Körper auftreten. It can be advantageous if, in the case of an intermediate layer according to the invention, the first body is resistant to hydrogen corrosion and/or hydrogen embrittlement. The hydrogen corrosion-resistant and/or hydrogen embrittlement-resistant first body is advantageously formed in particular from at least one material from the polymer material group. Such a first body can particularly advantageously be resistant to hydrogen corrosion and/or hydrogen embrittlement. In this way, changes or properties of the first material, in particular of the first body, can be prevented in an improved manner, preferably avoided. Furthermore, the occurrence of cracks in the first body can be prevented in an improved manner, preferably avoided.
Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der zweite Körper Sauerstoffkorrosions-beständig sein. Mit anderen Worten ist der zweite Körper insbesondere derart ausgebildet, dass der zweite Körper bzw. der zweite Werkstoff keine Reaktion, vorzugsweise im Wesentlichen keine Reaktion, mit dem Sauerstoff des Oxidationsmittel-haltigen Fluids eingeht. Somit können Veränderungen, vorzugsweise Veränderungen der Eigenschaften, des zweiten Werkstoffes, insbesondere des zweiten Körpers, verbessert verhindert werden, vorzugsweise vermieden werden. Advantageously, in an intermediate layer according to the invention, the second body can be resistant to oxygen corrosion. In other words, the second body is designed in particular in such a way that the second body or the second material does not react, preferably essentially not react, with the oxygen of the fluid containing the oxidizing agent. In this way, changes, preferably changes in the properties of the second material, in particular of the second body, can be prevented in an improved manner, preferably avoided.
Mit besonderem Vorteil kann bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Körper aus zumindest einem Werkstoff einer Werkstoffgruppe sein, und der zweite Körper aus zumindest einem Werkstoff einer anderen Werkstoffgruppe sein, wobei insbesondere die Werkstoffgruppen Metallische Werkstoffe, Keramische Werkstoffe, und Polymere sind. Eine solche Zwischenlage kann vorteilhafterweise besonders einfach ausgebildet sein und besonders kostengünstig sein. Werkstoffe der Werkstoffgruppe Metallische Werkstoffe sind insbesondere Aluminium und Edelstahl. Werkstoffe der Werkstoffgruppe Polymere sind insbesondere Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polymerblend aus PEN und PET (bspw. NOPLA) und Copolyester Tritan (Eastman Tritan copolyester TX1501HF). Der Polymerblend aus PEN und PET (bspw. NOPLA) ist insbesondere ein besonders vorteilhafter Kompromiss zwischen den Anforderungen an die Eigenschaften der Zwischenlage für die Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels und den Kosten der Zwischenlage. Ferner ist das Copolyester Tritan (Eastman Tritan copolyester TX1501HF) insbesondere chemisch ähnlich zu dem Polymerblend aus PEN und PET aufgebaut und eignet sich daher auch besonders vorteilhaft als Werkstoff für einen Körper der Zwischenlage. With particular advantage, in an intermediate layer according to the invention, the first body can be made of at least one material from one group of materials, and the second body can be made of at least one material from another group of materials be, in particular the material groups are metallic materials, ceramic materials, and polymers. Such an intermediate layer can advantageously have a particularly simple design and be particularly cost-effective. Materials in the metallic materials group are, in particular, aluminum and stainless steel. Materials in the polymers material group are, in particular, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polymer blends of PEN and PET (e.g. NOPLA) and copolyester tritan (Eastman Tritan copolyester TX1501HF). In particular, the polymer blend of PEN and PET (e.g. NOPLA) is a particularly advantageous compromise between the requirements for the properties of the interlayer for the fuel cell of the fuel cell stack and the cost of the interlayer. Furthermore, the tritan copolyester (Eastman Tritan copolyester TX1501HF) is chemically similar in structure to the polymer blend of PEN and PET and is therefore also particularly advantageously suitable as a material for a body of the intermediate layer.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Werkstoff des ersten Körpers aus PEN gebildet sein und der zweite Werkstoff des zweiten Körpers aus Aluminium, Edelstahl, Tritan, Nopla, PET oder Keramik gebildet sein. Derartig ausgebildete Zwischenlagen können jeweils besonders vorteilhaft für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels geeignet sein. According to a further preferred embodiment, in an intermediate layer according to the invention, the first material of the first body can be formed from PEN and the second material of the second body can be formed from aluminum, stainless steel, Tritan, Nopla, PET or ceramic. Intermediate layers designed in this way can each be particularly advantageously suitable for a fuel cell of a fuel cell stack.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Zwischenlage der erste Körper an den zweiten Körper zumindest tlw. stoffschlüssig angeordnet ist. Das stoffschlüssige Anordnen ist insbesondere ein Kleben mit einem Klebemittel. Mit anderen Worten kann der erste Körper an den zweiten Körper zumindest tlw. angeklebt sein. Das Klebemittel kann ferner vorzugsweise elektrisch isolierend sein. Somit kann die Zwischenlage besonders vorteilhaft elektrisch isolierend sein und ein ungewollter Stromfluss in einem inaktiven Bereich der Brennstoffzelle besonders vorteilhaft geringgehalten, insbesondere verhindert, werden. Weiter kann das Klebemittel insbesondere dicht und/oder beständig gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid und/oder dem Oxidationsmittelaufweisenden Fluid sein. Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein System mit einer Zwischenlage und einer Membran- Elektroden- Einheit, wobei die Zwischenlage eine erfindungsgemäße Zwischenlage ist, wobei in der rahmenartigen Einfassöffnung der Zwischenlage eine Membran- Elektroden- Einheit eingefasst ist. It can be advantageous if, in the case of an intermediate layer according to the invention, the first body is arranged at least partially in a materially bonded manner on the second body. The cohesive arrangement is in particular gluing with an adhesive. In other words, the first body can be at least partially glued to the second body. The adhesive can also preferably be electrically insulating. The intermediate layer can thus be particularly advantageously electrically insulating and an undesired flow of current in an inactive region of the fuel cell can be kept low, in particular prevented, particularly advantageously. Furthermore, the adhesive can in particular be impervious and/or resistant to the fluid containing fuel and/or the fluid containing oxidizing agent. According to a second aspect, the present invention shows a system with an intermediate layer and a membrane-electrode unit, the intermediate layer being an inventive intermediate layer, with a membrane-electrode unit being enclosed in the frame-like opening of the intermediate layer.
Die Membran-Elektroden-Einheit kann eine Polymerelektrolytmembran (PEM) umfassen. Die Membran-Elektroden-Einheit kann weiter zwei poröse Elektroden mit jeweils einer Katalysatorschicht umfassen, wobei diese insbesondere an die PEM angeordnet sind und beidseitig begrenzen. Man kann hier insbesondere von einer MEA-3 sprechen. Zusätzlich kann die Membran-Elektroden-Einheit zwei Gasdiffusionslagen umfassen. Diese können insbesondere die MEA-3 beidseitig begrenzen. Man kann hier insbesondere von einer MEA-5 sprechen. The membrane-electrode assembly can include a polymer electrolyte membrane (PEM). The membrane-electrode unit can further comprise two porous electrodes, each with a catalyst layer, these being arranged in particular on the PEM and delimiting it on both sides. One can speak here in particular of an MEA-3. In addition, the membrane electrode assembly can include two gas diffusion layers. In particular, these can delimit the MEA-3 on both sides. One can speak here in particular of an MEA-5.
Das System mit der Zwischenlage und der Membran-Elektroden-Einheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Zwischenlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. The system with the intermediate layer and the membrane electrode assembly according to the second aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the intermediate layer according to the first aspect of the invention.
Gemäß einem dritten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Brennstoffzelle eine Anodenplatte zum Führen eines Brennstoff-aufweisenden Fluids und eine der Anodenplatte gegenüberliegende Kathodenplatte zum Führen eines Oxidationsmittelaufweisenden Fluids aufweist. Weiter ist zwischen der Anodenplatte und der Kathodenplatte zumindest tlw. eine erfindungsgemäße Zwischenlage angeordnet, oder zwischen der Anodenplatte und der Kathodenplatte ist ein erfindungsgemäßes System aus einer Zwischenlage und einer Membran- Elektroden-Einheit angeordnet. According to a third aspect, the present invention features a fuel cell of a fuel cell stack, the fuel cell having an anode plate for conducting a fluid comprising fuel and a cathode plate opposite the anode plate for conducting a fluid comprising oxidant. Furthermore, an intermediate layer according to the invention is at least partly arranged between the anode plate and the cathode plate, or an inventive system consisting of an intermediate layer and a membrane-electrode unit is arranged between the anode plate and the cathode plate.
Die Brennstoffzelle ist insbesondere eine PEM-FC (Polymer- Elektrolyt- Membran Brennstoffzelle). Ein Brennstoffzellenstapel umfasst insbesondere eine Vielzahl an übereinander angeordneten Brennstoffzellen, wobei vorzugsweise zumindest eine der Vielzahl an übereinander angeordneten Brennstoffzellen eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle ist. Die Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Zwischenlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. dem System mit der Zwischenlage und der Membran- Elektroden- Einheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. The fuel cell is in particular a PEM-FC (polymer electrolyte membrane fuel cell). A fuel cell stack comprises in particular a multiplicity of fuel cells arranged one above the other, wherein preferably at least one of the multiplicity of fuel cells arranged one above the other is a fuel cell according to the invention. The fuel cell according to the third aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the intermediate layer according to the first aspect of the invention or the system with the intermediate layer and the membrane-electrode unit according to the second aspect of the invention.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Further measures improving the invention result from the following description of some exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both on their own and in various combinations. It should be noted that the figures are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way.
Es zeigen schematisch: They show schematically:
Fig. 1 in einer Draufsicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zwischenlage, 1 in a plan view an embodiment of an intermediate layer according to the invention,
Fig. 2 in einem Vertikalschnitt in einer Vorderansicht einen Teil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zwischenlage aus Fig. 1, Fig. 2 in a vertical section in a front view part of an embodiment of the intermediate layer according to the invention from Fig. 1,
Fig. 3 in einem Vertikalschnitt in einer Vorderansicht einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, 3 in a vertical section in a front view part of an embodiment of a system according to the invention,
Fig. 4 in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, und 4 in a plan view an embodiment of a system according to the invention, and
Fig. 5 in einer Explosionszeichnung in einem Vertikalschnitt in einer Vorderansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle. In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet. 5 in an exploded drawing in a vertical section in a front view an embodiment of a fuel cell according to the invention. In the following figures, identical reference symbols are used for the same technical features, also from different exemplary embodiments.
Figur 1 offenbart in einer Draufsicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zwischenlage 1 für eine Brennstoffzelle 100 eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Zwischenlage 1 einen ersten Körper 10 und einen an den ersten Körper 10 angeordneten zweiten Körper 20 (nicht sichtbar) mit jeweils einer Öffnung 12a bzw. 22a aufweist. Die Öffnung 12a des ersten Körpers 10 und die Öffnung 22a des zweiten Körpers 20 überlappen sich, insbesondere überlappen sich diese vollständig, zum Ausbilden einer rahmenartigen Einfassöffnung 32a (siehe Figur 2) zum Einfassen einer Membran- Elektroden- Einheit 50 der Brennstoffzelle 100. Die rahmenartige Einfassöffnung 32a bildet insbesondere einen Rahmenabschnitt bzw. eine Rahmenform aus. Der Rahmenabschnitt ist in Figur 1 beispielhaft umlaufend, insbesondere vollständig umlaufend, in einem Bereich um den Rand der Öffnung 12a des ersten Körpers 10 und in einem Bereich um den Rand der Öffnung 22a des zweiten Körpers 20 ausgebildet (siehe gestrichelte Linie). Weiter ist die Zwischenlage 1 insbesondere temperaturbeständig und elektrisch isolierend. Der erste Körper 10 ist aus einem ersten Werkstoff W1 gebildet und der zweite Körper 20 ist aus einem zweiten Werkstoff W2 gebildet ist, wobei der erste Werkstoff W1 unterschiedlich zu dem zweiten Werkstoff W2 ist, und wobei der erste Körper 10 derart ausgebildet ist, dass dieser beständig und dicht gegenüber einem Brennstoff-aufweisenden Fluid Fl ist, und wobei der zweite Körper 20 derart ausgebildet ist, dass dieser beständig und dicht gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid F2 ist. Ferner sind in Figur 1 zusätzlich sechs weitere Öffnungen 12b, 12c, 12d, 12e, 12f und 12g des ersten Körpers 10 und sechs weitere Öffnungen 22b, 22c, 22d, 22e, 22f und 22g des zweiten Körpers 20, welche sich überlappen, insbesondere vollständig überlappen, zum Ausbilden von sechs Funktionsöffnungen 34b, 34c, 34d, 34e, 34f und 34g dargestellt. Die Funktionsöffnungen 34b, 34c, 34d, 34e, 34f und 34g sind insbesondere Sammelöffnungen für das Brennstoff-aufweisende Fluid Fl, das Oxidationsmittel-aufweisende Fluid F2 und für ein Kühlmittel. ln Figur 2 ist in einem Vertikalschnitt (siehe Schnittebene A-A in Figur 1) in einer Vorderansicht ein Teil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zwischenlage 1 aus Figur 1 dargestellt. Die rahmenartige Einfassöffnung 32a bildet einen Rahmenabschnitt bzw. eine Rahmenform auf. Der Rahmenabschnitt ist insbesondere U-förmig ausgebildet, wobei ein erster Schenkel des U-förmigen Rahmenabschnitts durch den ersten Körper 10 gebildet ist und ein zweiter Schenkel des U-förmigen Rahmenabschnitts durch den zweiten Körper 20 gebildet ist. Zusätzlich sind der erste Körper 10 und der zweite Körper 20 mittels einem Klebemittel 40 aus einem Werkstoff W3 zusammengeklebt. Figure 1 shows a plan view of an embodiment of an intermediate layer 1 according to the invention for a fuel cell 100 of a fuel cell stack, the intermediate layer 1 having a first body 10 and a second body 20 (not visible) arranged on the first body 10, each with an opening 12a or 22a having. The opening 12a of the first body 10 and the opening 22a of the second body 20 overlap, in particular they overlap completely, to form a frame-like border opening 32a (see Figure 2) for bordering a membrane-electrode unit 50 of the fuel cell 100. The frame-like Border opening 32a forms in particular a frame section or a frame shape. The frame section in FIG. 1 is, for example, circumferential, in particular completely circumferential, in an area around the edge of the opening 12a of the first body 10 and in an area around the edge of the opening 22a of the second body 20 (see dashed line). Furthermore, the intermediate layer 1 is, in particular, temperature-resistant and electrically insulating. The first body 10 is formed from a first material W1 and the second body 20 is formed from a second material W2, the first material W1 being different from the second material W2, and the first body 10 being formed in such a way that is resistant and impervious to a fuel-comprising fluid F1, and wherein the second body 20 is formed such that it is resistant and impervious to the oxidizing agent-comprising fluid F2. Furthermore, in Figure 1, six additional openings 12b, 12c, 12d, 12e, 12f and 12g of the first body 10 and six additional openings 22b, 22c, 22d, 22e, 22f and 22g of the second body 20, which overlap, are particularly complete overlap, for forming six function openings 34b, 34c, 34d, 34e, 34f and 34g. The functional openings 34b, 34c, 34d, 34e, 34f and 34g are, in particular, collection openings for the fluid F1 containing fuel, the fluid F2 containing the oxidizing agent and for a coolant. In FIG. 2, part of an embodiment of the intermediate layer 1 according to the invention from FIG. 1 is shown in a vertical section (see section plane AA in FIG. 1) in a front view. The frame-like border opening 32a forms a frame section or a frame shape. The frame section is in particular U-shaped, with a first leg of the U-shaped frame section being formed by the first body 10 and a second leg of the U-shaped frame section being formed by the second body 20 . In addition, the first body 10 and the second body 20 are glued together by means of an adhesive 40 made of a material W3.
Figur 3 zeigt in einem Vertikalschnitt (vgl. Schnittebene B-B in Figur 4) in einer Vorderansicht einen Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 200 aus einer erfindungsgemäßen Zwischenlage 1, wie sie bspw. in Figur 1 bzw. Figur 2 dargestellt ist, und einer Membran- Elektroden- Einheit 50, welche in einer rahmenartigen Einfassöffnung 32a der Zwischenlage 1 eingefasst ist. Die Membran- Elektroden- Einheit 50 weist beispielhaft eine Polymerelektrolytmembran (PEM) 130 und zwei poröse Elektroden 132 bzw. 134 mit jeweils einer Katalysatorschicht auf, wobei die Elektroden 132 bzw. 134 jeweils an eine Seite der PEM 130 angeordnet sind. Weiter weist das System 200 insbesondere zwei Gasdiffusionslagen 140 bzw. 142 auf, welche wiederum jeweils an eine Seite der Zwischenlage 1 angeordnet, bspw. mittels einem Klebemittel 42 angeklebt, sein können. FIG. 3 shows a vertical section (cf. section plane B-B in FIG. 4) in a front view of part of an embodiment of a system 200 according to the invention made from an intermediate layer 1 according to the invention, as is shown, for example, in FIG. 1 or FIG. 2, and a membrane Electrode unit 50, which is bordered in a frame-like border opening 32a of the intermediate layer 1. The membrane-electrode unit 50 has, for example, a polymer electrolyte membrane (PEM) 130 and two porous electrodes 132 and 134, each with a catalyst layer, with the electrodes 132 and 134 being arranged on one side of the PEM 130 in each case. Furthermore, the system 200 has, in particular, two gas diffusion layers 140 and 142, which in turn can each be arranged on one side of the intermediate layer 1, for example glued by means of an adhesive 42.
Figur 4 offenbart in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 200 mit einer erfindungsgemäßen Zwischenlage 1, wie sie bspw. in Figur 1 bzw. Figur 2 dargestellt ist, und einer Membran- Elektroden- Einheit 50, welche in einer rahmenartigen Einfassöffnung 32a der Zwischenlage 1 eingefasst ist. Die Zwischenlage 1 umfasst einen ersten Körper 10 und einen an den ersten Körper 10 angeordneten zweiten Körper 20 (nicht sichtbar; siehe bspw. Figur 3) mit jeweils einer Öffnung 12a bzw. 22a. Die Öffnung 12a des ersten Körpers 10 und die Öffnung 22a des zweiten Körpers 20 überlappen sich, insbesondere überlappen sich diese vollständig, zum Ausbilden der rahmenartigen Einfassöffnung 32a zum Einfassen der Membran- Elektroden- Einheit 50 der Brennstoffzelle 100. In Figur 5 ist in einer Explosionszeichnung in einem Vertikalschnitt (vgl. Schnittebene C-C in Figur 4) in einer Vorderansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 100, insbesondere der aktive Bereich der Brennstoffzelle 100, dargestellt. Die Brennstoffzelle 100 weist eine Anodenplatte 110a zum Führen eines Brennstoff-aufweisenden Fluids Fl und eine der Anodenplatte 110a gegenüberliegende Kathodenplatte 120b zum Führen eines Oxidationsmittel-aufweisenden Fluids F2 auf. Zwischen der Anodenplatte 110a und der Kathodenplatte 120b der Brennstoffzelle 100 ist ein erfindungsgemäßes System 200 aus einer Zwischenlage 1 und einer Membran- Elektroden- Einheit 50 angeordnet. Die Membran- Elektroden- Einheit 50 umfasst insbesondere eine PEM 130 und zwei Elektroden 132 und 134. Weiter sind zusätzlich zwischen der Anodenplatte 110a und der Kathodenplatte 120b zwei Gasdiffusionslagen 140 bzw. 142 angeordnet. Eine Anodenplatte 110a und eine dazu benachbarte Kathodenplatte 120a bzw. eine Anodenplatte 110b und eine dazu benachbarte Kathodenplatte 120b bilden jeweils insbesondere eine Bipolarplatte aus. Ein Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt) umfasst eine Vielzahl an in einer Stapelrichtung SA übereinander gestapelten Brennstoffzellen 100, wobei insbesondere zumindest eine der Vielzahl an übereinander angeordneten Brennstoffzellen 100 eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle 100 ist. Figure 4 shows a plan view of an embodiment of a system 200 according to the invention with an intermediate layer 1 according to the invention, as shown for example in Figure 1 or Figure 2, and a membrane-electrode unit 50, which is located in a frame-like border opening 32a of the intermediate layer 1 is bordered. The intermediate layer 1 comprises a first body 10 and a second body 20 (not visible; see, for example, FIG. 3) arranged on the first body 10 and each having an opening 12a or 22a. The opening 12a of the first body 10 and the opening 22a of the second body 20 overlap, in particular they overlap completely, to form the frame-like border opening 32a for bordering the membrane-electrode unit 50 of the fuel cell 100. FIG. 5 shows an exploded drawing in a vertical section (cf. section plane CC in FIG. 4) in a front view of an embodiment of a fuel cell 100 according to the invention, in particular the active region of the fuel cell 100. The fuel cell 100 has an anode plate 110a for conducting a fuel-comprising fluid F1 and a cathode plate 120b opposite the anode plate 110a for conducting an oxidizing agent-comprising fluid F2. A system 200 according to the invention made up of an intermediate layer 1 and a membrane-electrode unit 50 is arranged between the anode plate 110a and the cathode plate 120b of the fuel cell 100 . The membrane-electrode unit 50 includes in particular a PEM 130 and two electrodes 132 and 134. Furthermore, two gas diffusion layers 140 and 142 are additionally arranged between the anode plate 110a and the cathode plate 120b. An anode plate 110a and a cathode plate 120a adjacent thereto or an anode plate 110b and a cathode plate 120b adjacent thereto each form in particular a bipolar plate. A fuel cell stack (not shown) comprises a multiplicity of fuel cells 100 stacked one above the other in a stacking direction SA, at least one of the multiplicity of fuel cells 100 arranged one above the other being a fuel cell 100 according to the invention.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Zwischenlage (1) für eine Brennstoffzelle (100) eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Zwischenlage (1) zwischen einer Anodenplatte (110a, 110b) der Brennstoffzelle (100) zum Führen eines Brennstoff-aufweisenden Fluids (Fl) und einer der Anodenplatte (110a, 110b) gegenüberliegenden Kathodenplatte (120a, 120b) der Brennstoffzelle (100) zum Führen eines Oxidationsmittel-aufweisenden Fluids (F2) anordenbar ist, wobei die Zwischenlage (1) einen ersten der Anodenplatte (110a, 110b) zugewandten Körper (10) und einen an den ersten Körper (10) zumindest teilweise angeordneten zweiten der Kathodenplatte (120a, 120b) zugewandten Körper (20) mit jeweils zumindest einer Öffnung (12a - 12g, 22a - 22g) umfasst, wobei die zumindest eine Öffnung (12a - 12g) des ersten Körpers (10) und die zumindest eine Öffnung (1) des zweiten Körpers (20) sich zumindest teilweise überlappen und eine rahmenartige Einfassöffnung (32a) zum Einfassen einer Membran- Elektroden- Einheit (50) der Brennstoffzelle (100) ausgebildet ist, wobei die Zwischenlage (1) temperaturbeständig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) aus einem ersten Werkstoff (Wl) gebildet ist und der zweite Körper (20) aus einem zweiten Werkstoff (W2) gebildet ist, wobei der erste Werkstoff (Wl) unterschiedlich zu dem zweiten Werkstoff (W2) ist, und wobei der erste Körper (10) derart ausgebildet ist, dass dieser beständig und dicht gegenüber dem Brennstoff-aufweisenden Fluid (Fl) ist, und wobei der zweite Körper (20) derart ausgebildet ist, dass dieser beständig und dicht gegenüber dem Oxidationsmittel-aufweisenden Fluid (F2) ist. Zwischenlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) homogen über eine Erstreckung des ersten Körpers (10) ausgebildet ist und/oder der zweite Körper (20) homogen über eine Erstreckung des zweiten Körpers (20) ausgebildet ist. Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) folienartig ausgebildet ist und/oder der zweite Körper (20) folienartig ausgebildet ist. Zwischenlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) laminierbar ist und/oder der zweite Körper (20) laminierbar ist. Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) formstabil ist und/oder der zweite Körper (20) formstabil ist. Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) Wasserstoffkorrosions-beständig und/oder Wasserstoff- Versprödungs-beständig ist. Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper (20) Sauerstoffkorrosions-beständig ist. - 18 - Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (1) aus zumindest einem Werkstoff (Wl) einer Werkstoffgruppe gebildet ist, und dass der zweite Körper (20) aus zumindest einem Werkstoff (W2) einer anderen Werkstoffgruppe gebildet ist, wobei insbesondere die Werkstoffgruppen sind: 1. Intermediate layer (1) for a fuel cell (100) of a fuel cell stack, the intermediate layer (1) between an anode plate (110a, 110b) of the fuel cell (100) for conducting a fuel-containing fluid (Fl) and one of the anode plates (110a , 110b) opposite cathode plate (120a, 120b) of the fuel cell (100) for conducting an oxidant-containing fluid (F2) can be arranged, wherein the intermediate layer (1) has a first anode plate (110a, 110b) facing body (10) and a second body (20) which is at least partially arranged on the first body (10) and faces the cathode plate (120a, 120b), each having at least one opening (12a - 12g, 22a - 22g), the at least one opening (12a - 12g) of the first body (10) and the at least one opening (1) of the second body (20) at least partially overlap and a frame-like framing opening (32a) for framing a membrane-electrode unit (50) of the fuel cell (100) is formed, the intermediate layer (1) being temperature-resistant, characterized in that the first body (10) is formed from a first material (WI) and the second body (20) is formed from a second material (W2), the first material (Wl) is different from the second material (W2), and wherein the first body (10) is designed in such a way that it is resistant and impervious to the fluid containing fuel (Fl), and wherein the second body (20 ) is designed in such a way that it is resistant and impervious to the fluid (F2) containing the oxidizing agent. Intermediate layer (1) according to Claim 1, characterized in that the first body (10) is formed homogeneously over an extent of the first body (10) and/or the second body (20) is formed homogeneously over an extent of the second body (20). is. Intermediate layer (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first body (10) is formed like a film and/or the second body (20) is formed like a film. Intermediate layer according to one of the preceding claims, characterized in that the first body (10) can be laminated and/or the second body (20) can be laminated. Intermediate layer (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first body (10) is dimensionally stable and/or the second body (20) is dimensionally stable. Intermediate layer (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first body (10) is hydrogen corrosion resistant and/or hydrogen embrittlement resistant. Spacer (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the second body (20) is resistant to oxygen corrosion. - 18 - Intermediate layer (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first body (1) is formed from at least one material (Wl) from a group of materials, and that the second body (20) is made from at least one material (W2) another group of materials, in particular the groups of materials are:
- Metallische Werkstoffe, - Metallic materials,
- Keramische Werkstoffe, - ceramic materials,
- Polymere. Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff (Wl) des ersten Körpers (10) aus PEN gebildet ist und der zweite Werkstoff (W2) des zweiten Körpers (20) aus Aluminium, Edelstahl, Tritan, Nopla, PET oder Keramik gebildet ist. Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) an den zweiten Körper (20) zumindest teilweise stoffschlüssig angeordnet ist. System (200) mit einer Zwischenlage (1) und einer Membran- Elektroden- Einheit (50), wobei die Zwischenlage (1) eine Zwischenlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ist, wobei in der rahmenartigen Einfassöffnung (32a) der Zwischenlage (1) eine Membran- Elektroden- Einheit (50) eingefasst ist. - polymers. Intermediate layer (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first material (W1) of the first body (10) is made of PEN and the second material (W2) of the second body (20) is made of aluminum, stainless steel, tritan, Nopla, PET or ceramic is formed. Intermediate layer (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first body (10) is arranged at least partially integrally on the second body (20). System (200) with an intermediate layer (1) and a membrane-electrode unit (50), wherein the intermediate layer (1) is an intermediate layer (1) according to one of the preceding claims, wherein the frame-like border opening (32a) of the intermediate layer ( 1) a membrane-electrode unit (50) is enclosed.
- 19 - Brennstoffzelle (100) eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Brennstoffzelle (100) eine Anodenplatte (110a, 110b) zum Führen eines Brennstoff-aufweisenden Fluids (Fl) und eine der Anodenplatte (110a, 110b) gegenüberliegende Kathodenplatte (120a, 120b) zum Führen eines- 19 - Fuel cell (100) of a fuel cell stack, the fuel cell (100) having an anode plate (110a, 110b) for conducting a fuel-containing fluid (Fl) and a cathode plate (120a, 120b) opposite the anode plate (110a, 110b) for lead one
Oxidationsmittel-aufweisenden Fluids (F2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anodenplatte (110a, 110b) und der Kathodenplatte (120a, 120b) zumindest teilweise eine Zwischenlage (1) nach einem Anspruch 1 bis 10 angeordnet ist, oder dass zwischen derFluids (F2) containing oxidizing agents, characterized in that between the anode plate (110a, 110b) and the cathode plate (120a, 120b) an intermediate layer (1) according to one of Claims 1 to 10 is at least partially arranged, or that between the
Anodenplatte (110a, 110b) und der Kathodenplatte (120a, 120b) ein System (200) aus einer Zwischenlage (1) und einer Membran- Elektroden- Einheit (50) nach Anspruch 11 angeordnet ist. anode plate (110a, 110b) and the cathode plate (120a, 120b), a system (200) made up of an intermediate layer (1) and a membrane-electrode unit (50) according to claim 11 is arranged.
PCT/EP2021/082079 2020-12-16 2021-11-18 Intermediate layer for a fuel cell, system comprising an intermediate layer and a membrane-electrode unit, and fuel cell WO2022128304A1 (en)

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