WO2024175356A1 - Membran-elektroden-anordnung für eine elektrochemische zelle sowie elektrochemische zelle - Google Patents

Membran-elektroden-anordnung für eine elektrochemische zelle sowie elektrochemische zelle Download PDF

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WO2024175356A1
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Jochen Wessner
Thomas Wagner
Li Wang
Tobias Schuler
Fabian Visschers
Frederik Hug
Walter Goorts
Harald Bauer
Annika UTZ
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Membrane electrode assembly for an electrochemical cell and electrochemical cell
  • the invention relates to a membrane electrode arrangement for an electrochemical cell, in particular for a fuel cell or an electrolysis cell. Furthermore, the invention relates to an electrochemical cell with a membrane electrode arrangement according to the invention.
  • electrolyzer In practice, a large number of electrochemical cells are connected to form a cell stack, in particular a fuel cell stack or an electrolyzer.
  • the preferred area of application is therefore fuel cell stacks and/or electrolyzers.
  • the electrolyzer can in particular be a PEM or an AEM electrolyzer for producing hydrogen or a CO2 electrolyzer.
  • Electrochemical cells have a multi-layered or multi-ply structure.
  • the central layer forms a membrane, which is usually coated on both sides with a catalytically active material to form an anode and a cathode.
  • On both the anode and cathode sides of the membrane there is a transport layer through which the respective reaction medium is fed to the membrane.
  • the membrane is usually enclosed in at least one edge area that protrudes beyond the transport layers by a frame structure that serves to support the membrane and can also function as a seal.
  • the frame structure which usually consists of two frame parts, is also called a gasket or subgasket.
  • the present invention is concerned with the task of increasing the robustness and thus the service life of the membrane. As a result, the service life of the electrochemical cell comprising the membrane should be increased.
  • the membrane electrode arrangement with the features of claim 1 is proposed.
  • Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.
  • an electrochemical cell with a membrane electrode arrangement according to the invention is proposed.
  • a membrane electrode arrangement is proposed for an electrochemical cell, in particular for a fuel cell or an electrolysis cell, comprising a membrane which is arranged between two transport layers and in at least one edge region between two frame parts of a frame.
  • the transport layer and the frame part on at least one side have a common connection region over which the membrane extends.
  • the transport layer and the frame part in at least one connection region, preferably in an anode-side connection region, each have a flattened, beveled, rounded and/or arcuate edge geometry on their side facing the membrane to form a relief space for the membrane.
  • the relief space allows the membrane to deform.
  • the membrane is pressed into the relief space against the flattened, bevelled, rounded and/or curved edge geometries.
  • the relief space is therefore preferably on the side of the membrane formed on which the lower pressure prevails. This is usually the anode side.
  • the flattened, beveled, rounded and/or curved edge geometries that form the relief space prevent the formation of sharp edges and thus damage to the membrane.
  • the robustness of the membrane increases accordingly, which has a positive effect on the service life of the membrane. At the same time, the service life of the electrochemical cell increases.
  • the relief space has a width B and a height H.
  • the width B is greater than the height H, preferably 1.1 to 10 times greater than the height H, furthermore preferably 1.5 to 9.5 times greater than the height H.
  • the specified size ratio of the width B to the height H enables an obtuse-angled transition of a flattened and/or bevelled edge geometry into the surface of the transport layer and/or the frame part that is in contact with the membrane. The more obtuse the angle in the transition area, the lower the risk of damage to the membrane if it is pressed against it. With a rounded and/or curved edge geometry, the transition area can even be designed to be completely edge-free.
  • the membrane preferably has a thickness D and the height H of the relief space corresponds to up to 100%, preferably up to 75%, further preferably up to 50%, of the thickness D.
  • the height H of the relief space is therefore not greater than the thickness D of the membrane. In this way, the maximum deformation of the membrane is kept within limits and adapted to the respective membrane thickness. The load on the membrane caused by the deformation is therefore correspondingly low, which further increases the robustness of the membrane.
  • the relief space is preferably arranged asymmetrically in relation to the connection area, so that the edge geometries of the transport layer and the frame part delimiting the relief space have different widths a, b.
  • This is particularly advantageous if the two frame parts of the frame are designed with different widths, so that one connection area, preferably the anode-side connection area, is arranged offset outwards relative to the other connection area.
  • the pressure acting on the membrane, which presses the membrane against the flattened, beveled, rounded and/or curved edge geometries, is therefore greater in the area of the transport layer than in the area of the frame part.
  • the larger width a of the edge geometry of the transport layer can be used to create a larger contact surface for the membrane, which also transitions into the surface of the transport layer that is adjacent to the membrane at as obtuse an angle as possible or even without edges.
  • At least one of the two edge geometries has the shape of a partial ellipse that runs from a secondary vertex SN to a main vertex SH, with the secondary vertex SN being arranged on the membrane and the main vertex SH in the connection area.
  • the partially elliptical edge geometry represents a special form of an arc-shaped edge geometry that enables completely angle-free transitions. If the partial ellipse is also oriented so that the secondary vertex SN is located on the membrane, a relief space can be created in a simple manner, the width B of which is greater than its height H.
  • the two edge geometries are preferably essentially mirrored. This means that both edge geometries have essentially the same shape. If the two edge geometries are not exactly mirrored, they can differ in particular with regard to their widths a, b.
  • the frame parts of the frame can also have different widths x, y.
  • the connection areas formed on both sides of the membrane between the respective transport layer and the respective frame part are then arranged offset from one another in the plane of the membrane.
  • a connection area preferably the anode-side connection area
  • the frame part arranged on the other side of the membrane, preferably the cathode-side frame part so that the membrane is less stressed in this area.
  • the width x of the anode-side frame part is preferably smaller than the width y of the cathode-side frame part.
  • the frame parts of the frame form sealing surfaces that lie directly against the membrane. The frame can then also be used to seal the membrane-electrode arrangement.
  • the membrane and/or the transport layers are coated with a catalytically active material.
  • the membrane can be coated on one or both sides. If one side is uncoated, a transport layer coated with a catalytically active material is preferably present at least on this side. Preferably, both sides of the membrane are coated with a catalytically active material, so that coating the transport layers with a catalytically active material is not necessary.
  • an electrochemical cell in particular a fuel cell or an electrolysis cell, with a membrane electrode arrangement according to the invention is proposed.
  • the increased robustness of the membrane electrode arrangement according to the invention has a positive effect on the robustness of the electrochemical cell, so that it has a longer service life.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal section through a first membrane electrode arrangement according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic longitudinal section through a second membrane electrode arrangement according to the invention
  • Fig. 3 a partial ellipse extending from a secondary vertex SN to a primary vertex SH.
  • Figure 1 shows a membrane electrode arrangement 1 with a membrane 2, which is arranged between two transport layers 3, 4 and in an edge region 5 between two frame parts 6.1, 6.2 of a frame 6.
  • the upper frame part 6.2 which in this case is the cathode-side frame part 6.2, has a width y that is greater than a width x of the lower frame part 6.1 or the anode-side frame part 6.1.
  • connection areas 7, 8 are formed between the transport layers 3, 4 and the frame parts 6.1, 6.2, which are arranged offset from one another in the plane of the membrane 2.
  • the upper frame part 6.2 thus covers the connection area 7 between the lower frame part 6.1 and the lower transport layer 3.
  • connection area 7 Since there is generally a higher pressure on the cathode side than on the anode side, a force acts on the membrane 2, pressing the membrane 2 against the lower connection area 7. Since the connection area 7 is offset outwards, the force does not act directly on the membrane 2 in the connection area 7, so that the pressure load in the connection area 7 is reduced.
  • the lower transport layer 3 and the lower frame part 6.1 each have an edge geometry 9, 10 in the connection area 7 on their side facing the membrane 2, which is flattened or beveled in each case, so that a relief space 11 is formed.
  • the relief space 11 enables the membrane 2 to be deformed under pressure.
  • the membrane 2 is pressed against the flattened or beveled edge geometries 9, 10. Since these each merge at an obtuse angle into the surface of the transport layer 3 or the frame part 6.1 that rests on the membrane 2, sharp edges are avoided that could damage the membrane 2.
  • the relief space 11 has a width B and a height H, where the width B corresponds to a multiple of the height H.
  • the height H is also slightly smaller than a thickness D of the membrane 2.
  • the two edge geometries 9, 10 also have different widths a, b, where the width a of the edge geometry 9 of the transport layer 3 is greater than the width b of the edge geometry 10 of the frame part 6.1, since in the area of the transport layer 3 the pressure applied to the membrane 2 is greater than in the area of the frame part 6.1.
  • the edge geometries 9, 10 can also be curved.
  • a curved course in the form of a partial ellipse is selected, with the edge geometries 9, 10 each extending from a secondary vertex SNI, SN2 adjacent to the membrane 2 TO a Main vertex SHI, SH2, which is arranged in the connection area 7.
  • the transition of the edge geometries 9, 10 into the respective surface adjacent to the membrane 2 is thus completely edge-free.
  • Figure 3 shows an example of a partial ellipse with a secondary vertex SN and a main vertex SH ZU.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Membran-Elektroden-Anordnung (1) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Brennstoffzelle oder eine Elektrolysezelle, aufweisend eine Membran (2), die zwischen zwei Transportlagen (3, 4) und in zumindest einem Randbereich (5) zwischen zwei Rahmenteilen (6.1, 6.2) eines Rahmens (6) angeordnet ist, wobei die Transportlage (3, 4) und das Rahmenteil (6.1, 6.2) zumindest einer Seite einen gemeinsamen Anschlussbereich (7, 8) aufweisen, über den sich die Membran (2) hinweg erstreckt. Erfindungsgemäß weisen in zumindest einem Anschlussbereich (7, 8), vorzugsweise in einem anodenseitigen Anschlussbereich (7), die Transportlage (3) und das Rahmenteil (6.1) auf ihrer der Membran (2) zugewandten Seite jeweils eine abgeflachte, abgeschrägte, abgerundete und/oder bogenförmig verlaufende Kantengeometrie (9, 10) zur Ausbildung eines Entlastungsraums (11) für die Membran (2) auf. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrochemische Zelle mit einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung (1).

Description

Beschreibung
Titel:
Membran-Elektroden-Anordnung für eine elektrochemische Zelle sowie elektrochemische Zelle
Die Erfindung betrifft eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Brennstoffzelle oder eine Elektrolysezelle. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine elektrochemische Zelle mit einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung.
In der Praxis werden eine Vielzahl elektrochemischer Zellen zu einem Zellstapel, insbesondere einem Brennstoffzellenstapel oder einem Elektrolyseur, verbunden. Bevorzugter Anwendungsbereich sind daher Brennstoffzellenstapel und/oder Elektrolyseure. Bei dem Elektrolyseur kann es sich insbesondere um einen PEM- oder einen AEM-Elektrolyseur zur Herstellung von Wasserstoff oder um einen CO2- Elektrolyseur handeln.
Stand der Technik
Elektrochemische Zellen weisen einen mehrschichtigen bzw. mehrlagigen Aufbau auf. Die zentrale Lage bildet eine Membran aus, die zur Ausbildung einer Anode und einer Kathode üblicherweise beidseits mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist. Sowohl anoden- als auch kathodenseitig liegt an der Membran jeweils eine Transportlage an, über die der Membran das jeweilige Reaktionsmedium zugeführt wird. Üblicherweise ist die Membran in zumindest einem über die Transportlagen überstehenden Randbereich von einer Rahmenstruktur eingefasst, die der Stützung der Membran dient und zugleich als Dichtung fungieren kann. Die Rahmenstruktur, die üblicherweise aus zwei Rahmenteilen besteht, wird auch Gasket oder Subgasket genannt.
Im Betrieb einer elektrochemischen Zelle herrschen anoden- und kathodenseitig unterschiedliche Drücke. In der Regel herrscht kathodenseitig ein höherer Druck als anodenseitig. Dies führt zu einer Druckbelastung der Membran senkrecht zur Membranebene, die zur Folge hat, dass die Membran auf der Seite mit dem geringeren Druck, in der Regel auf der Anodenseite, gegen die Transportlage und das angrenzende Rahmenteil gedrückt wird. Die Kanten der Transportlage und des Rahmenteils können auf diese Weise zu einer Beschädigung der Membran führen.
Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, die Robustheit und damit die Lebensdauer der Membran zu steigern. Im Ergebnis soll so die Lebensdauer der die Membran aufweisenden elektrochemischen Zelle gesteigert werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Membran-Elektroden-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird eine elektrochemische Zelle mit einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden- Anordnung vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Vorgeschlagen wird eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Brennstoffzelle oder eine Elektrolysezelle, aufweisend eine Membran, die zwischen zwei Transportlagen und in zumindest einem Randbereich zwischen zwei Rahmenteilen eines Rahmens angeordnet ist. Die Transportlage und das Rahmenteil zumindest einer Seite weisen einen gemeinsamen Anschlussbereich auf, über den sich die Membran hinweg erstreckt. Erfindungsgemäß weisen in zumindest einem Anschlussbereich, vorzugsweise in einem anodenseitigen Anschlussbereich, die Transportlage und das Rahmenteil auf ihrer der Membran zugewandten Seite jeweils eine abgeflachte, abgeschrägte, abgerundete und/oder bogenförmig verlaufende Kantengeometrie zur Ausbildung eines Entlastungsraums für die Membran auf.
Herrschen beidseits der Membran unterschiedliche Drücke, ermöglicht der Entlastungsraum eine Verformung der Membran. Hierbei wird die Membran in den Entlastungsraum gegen die abgeflachten, angeschrägten, abgerundeten und/oder bogenförmig verlaufenden Kantengeometrien gedrückt. Der Entlastungsraum ist demzufolge bevorzugt auf der Seite der Membran ausgebildet, auf welcher der geringere Druck herrscht Dies ist in der Regel die Anodenseite. Die den Entlastungsraum ausbildenden abgeflachten, angeschrägten, abgerundeten und/oder bogenförmig verlaufenden Kantengeometrien verhindern die Ausbildung scharfer Kanten und damit eine Beschädigung der Membran. Entsprechend steigt die Robustheit der Membran, was sich positiv auf die Lebensdauer der Membran auswirkt. Zugleich steigt die Lebensdauer der elektrochemischen Zelle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Entlastungsraum eine Breite B und eine Höhe H auf. Die Breite B ist dabei größer als die Höhe H, vorzugsweise 1 ,1 - bis 10-mal größer als die Höhe H, weiterhin vorzugsweise 1 ,5- bis 9,5-mal größer als die Höhe H. Das angegebene Größenverhältnis der Breite B zur Höhe H ermöglicht einen stumpfwinkligen Übergang einer abgeflachten und/oder angeschrägten Kantengeometrie in die jeweils an der Membran anliegende Oberfläche der Transportlage und/oder des Rahmenteils. Je stumpfer der Winkel im Übergangsbereich ist, desto geringer ist das Risiko einer Beschädigung der Membran, wenn diese dagegen gedrückt wird. Bei einer abgerundeten und/oder bogenförmig verlaufenden Kantengeometrie kann der Übergangsbereich sogar völlig kantenfrei ausgebildet werden.
Ferner bevorzugt weist die Membran eine Dicke D auf und die Höhe H des Entlastungsraums entspricht bis zu 100%, vorzugsweise bis zu 75%, weiterhin vorzugsweise bis zu 50%, der Dicke D. Die Höhe H des Entlastungsraum ist demnach nicht größer als die die Dicke D der Membran. Auf diese Weise wird die maximale Verformung der Membran in Grenzen gehalten sowie an die jeweilige Membrandicke angepasst. Die durch die Verformung hervorgerufene Belastung der Membran ist demnach entsprechend gering, wodurch die Robustheit der Membran weiter steigt.
Des Weiteren bevorzugt ist der Entlastungsraum asymmetrisch in Bezug auf den Anschlussbereich angeordnet, so dass die den Entlastungsraum begrenzenden Kantengeometrien der Transportlage und des Rahmenteils unterschiedlich große Breiten a, b aufweisen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die beiden Rahmenteile des Rahmens unterschiedlich breit ausgebildet sind, so dass ein Anschlussbereich, vorzugsweise der anodenseitige Anschlussbereich, gegenüber dem anderen Anschlussbereich nach außen versetzt angeordnet ist. Der auf die Membran wirkende Druck, der die Membran gegen die abgeflachte, abgeschrägten, abgerundeten und/oder bogenförmig verlaufenden Kantengeometrien drückt, ist somit im Bereich der Transportlage größer als im Bereich des Rahmenteils. Über die größere Breite a der Kantengeometrie der Transportlage kann zum Einen eine größere Anlagefläche für die Membran geschaffen werden, die zum Anderen möglichst stumpfwinklig oder sogar kantenfrei in die an der Membran anliegende Fläche der Transportlage übergeht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eine der beiden Kantengeometrien die Form einer Teilellipse auf, die von einem Nebenscheitelpunkt SN ZU einem Hauptscheitelpunkt SH verläuft, wobei der Nebenscheitelpunkt SN an der Membran und der Hauptscheitelpunkt SH im Anschlussbereich angeordnet ist. Die teilelliptische Kantengeometrie stellt eine Sonderform einer bogenförmig verlaufenden Kantengeometrie dar, die völlig winkelfreie Übergänge ermöglicht. Ist die Teilellipse zudem so orientiert, dass der Nebenscheitelpunkt SN an der Membran zu liegen kommt, kann in einfacher Weise ein Entlastungsraum geschaffen werden, dessen Breite B größer als seine Höhe H ist.
Des Weiteren bevorzugt sind die beiden Kantengeometrien im Wesentlichen gespiegelt. Das heißt, dass beide Kantengeometrien im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen. Sofern die beiden Kantengeometrien nicht exakt gespiegelt sind, können sie sich insbesondere hinsichtlich ihrer Breiten a, b unterscheiden.
Wie bereits erwähnt können auch die Rahmenteile des Rahmens unterschiedliche Breiten x, y aufweisen. Die beidseits der Membran ausgebildeten Anschlussbereiche zwischen der jeweiligen Transportlage und dem jeweiligen Rahmenteil sind dann in der Ebene der Membran versetzt zueinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass ein Anschlussbereich, vorzugsweise der anodenseitige Anschlussbereich, durch das auf der anderen Seite der Membran angeordnete Rahmenteil, vorzugsweise das kathodenseitige Rahmenteil, überdeckt wird, so dass in diesem Bereich die Membran weniger stark belastet ist. Auch diese Maßnahme trägt somit zur Robustheitssteigerung der Membran bei. Hieraus folgt, dass vorzugsweise die Breite x des anodenseitigen Rahmenteils kleiner als die Breite y des kathodenseitigen Rahmenteils ist. Vorteilhafterweise bilden die Rahmenteile des Rahmens Dichtflächen aus, die unmittelbar an der Membran anliegen. Der Rahmen kann dann zugleich zur Abdichtung der Membran-Elektroden-Anordnung genutzt werden.
Bevorzugt ist bzw. sind die Membran und/oder die Transportlagen mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet. Die Membran kann sowohl ein- als auch beidseitig beschichtet sein. Sofern eine Seite unbeschichtet ist, liegt vorzugsweise zumindest an dieser Seite eine mit einem katalytisch aktiven Material beschichtete Transportlage an. Vorzugsweise sind beide Seiten der Membran mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet, so dass eine Beschichtung der Transportlagen mit einem katalytisch aktiven Material entfallen kann.
Darüber hinaus wird eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle oder eine Elektrolysezelle, mit einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung vorgeschlagen. Die gesteigerte Robustheit der erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung wirkt sich positiv auf die Robustheit der elektrochemischen Zelle aus, so dass diese eine längere Lebensdauer aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Anordnung,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Anordnung und
Fig. 3 eine Teilellipse, die sich von einem Nebenscheitelpunkt SN bis zu einem Hauptscheitelpunkt SH erstreckt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der Figur 1 ist eine Membran-Elektroden-Anordnung 1 mit einer Membran 2 zu entnehmen, die zwischen zwei Transportlagen 3, 4 und in einem Randbereich 5 zwischen zwei Rahmenteilen 6.1 , 6.2 eines Rahmens 6 angeordnet ist. Das obere Rahmenteil 6.2, wobei es sich vorliegend um das kathodenseitige Rahmenteil 6.2 handelt, weist eine Breite y auf, die größer als eine Breite x des unteren Rahmenteils 6.1 bzw. des anodenseitigen Rahmenteils 6.1 ist. Das heißt, dass zwischen den Transportlagen 3, 4 und den Rahmenteilen 6.1 , 6.2 Anschlussbereiche 7, 8 ausgebildet werden, die in der Ebene der Membran 2 versetzt zueinander angeordnet sind. Das obere Rahmenteil 6.2 deckt somit den Anschlussbereich 7 zwischen dem unteren Rahmenteil 6.1 und der unteren Transportlage 3 ab. Da kathodenseitig in der Regel ein höherer Druck als anodenseitig herrscht, wirkt auf die Membran 2 eine Kraft, welche die Membran 2 gegen den unteren Anschlussbereich 7 drückt. Da der Anschlussbereich 7 nach außen versetzt ist, wirkt die Kraft nicht unmittelbar im Anschlussbereich 7 auf die Membran 2, so dass die Druckbelastung im Anschlussbereich 7 verringert ist.
Zur weiteren Entlastung der Membran 2 weisen die untere Transportlage 3 und das untere Rahmenteil 6.1 jeweils auf ihrer der Membran 2 zugewandten Seite eine Kantengeometrie 9, 10 im Anschlussbereich 7 auf, die jeweils abgeflacht bzw. abgeschrägt ist, so dass ein Entlastungsraum 11 ausgebildet wird. Der Entlastungsraum 11 ermöglicht eine Verformung der Membran 2 unter Druckbelastung. Die Membran 2 wird dabei gegen die abgeflachten bzw. abgeschrägten Kantengeometrien 9, 10 gedrückt. Da diese jeweils über einen stumpfen Winkel in die an der Membran 2 anliegende Fläche der Transportlage 3 bzw. des Rahmenteils 6.1 übergehen, werden scharfe Kanten vermieden, die zu einer Beschädigung der Membran 2 führen könnten.
Der Entlastungsraum 11 weist vorliegend eine Breite B und eine Höhe H auf, wobei die Breite B einem Vielfachen der Höhe H entspricht. Die Höhe H ist zudem geringfügig kleiner als eine Dicke D der Membran 2. Die beiden Kantengeometrien 9, 10 weisen zudem unterschiedliche Breiten a, b auf, wobei die Breite a der Kantengeometrie 9 der Transportlage 3 größer als die Breite b der Kantengeometrie 10 des Rahmenteils 6.1 ist, da im Bereich der Transportlage 3 der an der Membran 2 anliegende Druck größer als im Bereich des Rahmenteils 6.1 ist.
Wie beispielhaft in der Figur 2 dargestellt, können die Kantengeometrien 9, 10 auch bogenförmig verlaufen. In der Figur 2 ist ein bogenförmiger Verlauf in Form einer Teilellipse gewählt, wobei sich die Kantengeometrien 9, 10 jeweils von einem an der Membran 2 anliegenden Nebenscheitelpunkt SNI, SN2 ZU einem Hauptscheitelpunkt SHI, SH2 erstrecken, der jeweils im Anschlussbereich 7 angeordnet ist. Der Übergang der Kantengeometrien 9, 10 in die jeweilige an der Membran 2 anliegende Fläche erfolgt somit völlig kantenfrei. Der Figur 3 ist beispielhaft eine Teilellipse mit einem Nebenscheitelpunkt SN und einem Hauptscheitelpunkt SH ZU entnehmen.

Claims

Ansprüche
1 . Membran-Elektroden-Anordnung (1) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Brennstoffzelle oder eine Elektrolysezelle, aufweisend eine Membran (2), die zwischen zwei Transportlagen (3, 4) und in zumindest einem Randbereich (5) zwischen zwei Rahmenteilen (6.1 , 6.2) eines Rahmens (6) angeordnet ist, wobei die Transportlage (3, 4) und das Rahmenteil (6.1 , 6.2) zumindest einer Seite einen gemeinsamen Anschlussbereich (7, 8) aufweisen, über den sich die Membran (2) hinweg erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Anschlussbereich (7, 8), vorzugsweise in einem anodenseitigen Anschlussbereich (7), die Transportlage (3) und das Rahmenteil (6.1) auf ihrer der Membran (2) zugewandten Seite jeweils eine abgeflachte, abgeschrägte, abgerundete und/oder bogenförmig verlaufende Kantengeometrie (9, 10) zur Ausbildung eines Entlastungsraums (11) für die Membran (2) aufweisen.
2. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsraum (11) eine Breite (B) und eine Höhe (H) aufweist, wobei die Breite (B) größer als die Höhe (H), vorzugsweise 1 ,1 - bis 10-mal größer als die Höhe (H), weiterhin vorzugsweise 1 ,5- bis 9,5-mal größer als die Höhe (H) ist.
3. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) eine Dicke (D) aufweist und die Höhe (H) des Entlastungsraums (11) bis zu 100%, vorzugsweise bis zu 75%, weiterhin vorzugsweise bis zu 50%, der Dicke (D) entspricht.
4. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsraum (11) asymmetrisch in Bezug auf den Anschlussbereich (7) angeordnet ist, so dass die den Entlastungsraum (11) begrenzenden Kantengeometrien (9, 10) der Transportlage (3) und des Rahmenteils (6.1) unterschiedlich große Breiten (a, b) aufweisen.
5. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Kantengeometrien (9, 10) die Form einer Teilellipse aufweist, die von einem Nebenscheitelpunkt (SN) ZU einem Hauptscheitelpunkt (SH) verläuft, wobei der Nebenscheitelpunkt (SN) an der Membran und der Hauptscheitelpunkt (SH) im Anschlussbereich (7) angeordnet ist.
6. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kantengeometrien (9, 10) im Wesentlichen gespiegelt sind.
7. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenteile (6.1 , 6.2) des Rahmens (6) unterschiedliche Breiten (x, y) aufweisen, wobei vorzugsweise die Breite (x) des anodenseitigen Rahmenteils (6.1) kleiner als die Breite (y) des kathodenseitigen Rahmenteils (6.2) ist.
8. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenteile (6.1 , 6.2) des Rahmens (6) Dichtflächen (12) ausbilden, die unmittelbar an der Membran (2) anliegen.
9. Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2), vorzugsweise beidseitig, und/oder die Transportlagen (3, 4) mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist bzw. sind.
10. Elektrochemische Zelle, insbesondere Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle, mit einer Membran-Elektroden-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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