DE102010054305A1 - Fuel cell stack e.g. polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell stack has gas diffusion layers fixed on adjacent bipolar plate and formed with stabilization layers - Google Patents

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Abstract

The fuel cell stack comprises several fuel cells (B1-Bn) comprising membrane-electrode assembly and gas diffusion layers (4.1) provided on both sides of membrane-electrode assembly. A bipolar plate (1) is arranged between adjacent fuel cells (B1,B2). The gas diffusion layers are fixed on the adjacent bipolar plate. The gas diffusion layers are formed with the stabilization layers (4.1.1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, der mehrere Brennstoffzellen umfasst, wobei die jeweilige Brennstoffzelle eine Membran-Elektroden-Einheit sowie beidseitig dieser jeweils eine Gasdiffusionsschicht umfasst und wobei zwischen benachbarten Brennstoffzellen eine Bipolarplatte angeordnet ist.The invention relates to a fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells, wherein the respective fuel cell comprises a membrane-electrode unit and on both sides of each of these a gas diffusion layer and wherein between adjacent fuel cells, a bipolar plate is arranged.

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie in elektrische Energie um. Im Allgemeinen besteht eine Brennstoffzelle aus einer Membran-Elektroden-Einheit, welche insbesondere eine protonenleitfähige Membran, als Elektroden in Form von Gasdiffusionselektroden eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Membran zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist.Fuel cells convert chemical energy into electrical energy. In general, a fuel cell consists of a membrane-electrode unit, which in particular has a proton-conductive membrane, as electrodes in the form of gas diffusion electrodes an anode and a cathode, wherein the membrane between the anode and the cathode is arranged.

Die Membran-Elektroden-Einheit ist zwischen zwei Bipolarplatten angeordnet. Die Bipolarplatten dienen dabei dem Verteilen von Reaktionsstoffen für die Brennstoffzelle wie Brennstoff und Oxidator über die Membran-Elektroden-Einheit und dem Abführen der Reaktionsstoffe in hierfür vorgesehenen, jeweils zu der Membran-Elektroden-Einheit hin offenen Kanälen, der Abfuhr der Reaktionswärme über ein in separaten Kühlmittelkanälen geführtes Kühlmittel sowie der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Anode und Kathode.The membrane-electrode unit is arranged between two bipolar plates. The bipolar plates serve to distribute reactants for the fuel cell such as fuel and oxidizer via the membrane-electrode assembly and the removal of the reactants in each provided to the membrane-electrode unit open channels, the removal of the heat of reaction via a in separate coolant channels guided coolant and the establishment of an electrical connection between the anode and cathode.

Als Reaktionsstoffe werden ein Brennstoffmittel und ein Oxidationsmittel eingesetzt. Üblicherweise werden gasförmige Reaktionsstoffe, kurz Reaktionsgase eingesetzt, z. B. werden der Anode über die Bipolarplatte Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltenes Gas (z. B. Reformatgas) als Brennstoffmittel zugeführt.The reactants used are a fuel agent and an oxidizing agent. Usually gaseous reactants, short reaction gases are used, for. For example, hydrogen or a hydrogen-containing gas (eg, reformate gas) are supplied to the anode via the bipolar plate as fuel.

An der Anode wird der Wasserstoff katalytisch oxidiert: H2 → 2H++ 2e– At the anode, the hydrogen is catalytically oxidized: H 2 → 2H + + 2e -

Die freiwerdenden Elektronen werden dabei über einen elektrischen Verbraucher (z. B. eine Glühlampe) abgeführt. Die Protonen wandern über die Membran zur Kathode.The released electrons are dissipated via an electrical consumer (eg an incandescent lamp). The protons migrate across the membrane to the cathode.

Der Kathode wird über die Bipolarplatte Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltenes Gas (z. B. Luft) als Oxidationsmittel zugeführt. Die Protonen, die über die Membran zur Kathode gewandert sind, werden dann z. B. mit dem Sauerstoff zu Wasser umgesetzt. Die dafür notwendigen Elektronen werden über den Verbraucher zugeführt: ½O2 + 2H+ + 2e–* → H2O.The cathode is supplied via the bipolar plate oxygen or an oxygen-containing gas (eg., Air) as the oxidizing agent. The protons, which have migrated across the membrane to the cathode, are then z. B. reacted with the oxygen to water. The necessary electrons are supplied via the consumer: ½O 2 + 2H + + 2e - * → H 2 O.

Unter Reaktionsstoffen werden alle an der elektrochemischen Reaktion beteiligten Stoffe verstanden, einschließlich der Reaktionsprodukte, wie z. B. Wasser oder Restbrenngas.Reactants are all substances involved in the electrochemical reaction understood, including the reaction products such. As water or residual fuel gas.

Der Transport der Reaktionsstoffe von den Bipolarplatten zu der Anode und der Kathode der Membran-Elektroden-Einheit erfolgt über Gasdiffusionsschichten, welche poröse und elektrisch leitende Strukturen aufweisen. Im Allgemeinen sind dazu eine Gasdiffusionsschicht an der Anode und eine Gasdiffusionsschicht an der Kathode an der jeweils der Bipolarplatte zugewandten Seite angeordnet.The transport of the reactants from the bipolar plates to the anode and the cathode of the membrane-electrode assembly via gas diffusion layers having porous and electrically conductive structures. In general, a gas diffusion layer is arranged on the anode and a gas diffusion layer on the cathode on the side facing the bipolar plate.

Die US 2008/0050639 A1 offenbart eine bipolare Gasdiffusionselektrodenvorrichtung für Brennstoffzellen, umfassend eine Gasdiffusionselektrode mit einer Anode und eine Gasdiffusionselektrode mit einer Kathode, welche jeweils eine aktive Oberfläche und eine jeweils der aktiven Oberfläche gegenüberliegende inaktive Oberfläche aufweisen. Die Gasdiffusionsschicht der Gasdiffusionselektrode ist hier jeweils in der Anode und in der Kathode fest integriert. Die Gasdiffusionselektrode mit der Anode weist einen elektrisch isolierenden Rahmen auf, welcher die aktive Oberfläche der Gasdiffusionselektrode umlaufend umgibt, und einen inneren Rahmen, welcher die inaktive Oberfläche der Gasdiffusionselektrode umlaufend umgibt. Die Gasdiffusionselektrode mit der Kathode weist analog zur Gasdiffusionselektrode mit der Anode einen elektrisch isolierenden Rahmen und einen inneren Rahmen auf.The US 2008/0050639 A1 discloses a fuel cell bipolar gas diffusion electrode apparatus comprising a gas diffusion electrode having an anode and a gas diffusion electrode having a cathode each having an active surface and an inactive surface opposite to the active surface, respectively. The gas diffusion layer of the gas diffusion electrode is firmly integrated here in each case in the anode and in the cathode. The gas diffusion electrode with the anode has an electrically insulating frame, which surrounds the active surface of the gas diffusion electrode circumferentially, and an inner frame, which surrounds the inactive surface of the gas diffusion electrode circumferentially. The gas diffusion electrode with the cathode has, analogously to the gas diffusion electrode with the anode, an electrically insulating frame and an inner frame.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Brennstoffzellenstapel anzugeben, welcher einfach herstellbar ist, insbesondere dessen Montage vereinfacht ist.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved fuel cell stack, which is easy to manufacture, in particular its installation is simplified.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Brennstoffzellenstapel mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved by a fuel cell stack with the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Brennstoffzellenstapel umfasst mehrere, insbesondere parallel zueinander angeordnete Brennstoffzellen, wobei die jeweilige Brennstoffzelle eine Membran-Elektroden-Einheit sowie beidseitig dieser jeweils eine Gasdiffusionsschicht umfasst. Zwischen benachbarten Brennstoffzellen ist eine Bipolarplatte angeordnet. Erfindungsgemäß ist mindestens eine der Gasdiffusionsschichten an der angrenzenden Bipolarplatte fixiert.A fuel cell stack comprises a plurality of fuel cells arranged in particular parallel to each other, wherein the respective fuel cell comprises a membrane-electrode unit as well as a respective gas diffusion layer on both sides thereof. Between adjacent fuel cells, a bipolar plate is arranged. According to the invention, at least one of the gas diffusion layers is fixed to the adjacent bipolar plate.

Damit ist in einfacher Art und Weise sichergestellt, dass bei einem solchen Brennstoffzellenstapel eine Verteilung der Reaktionsgase in einer aus Gasdiffusionsschicht und Bipolarplatte gebildeten Einheit erfolgt. Die Gasdiffusionsschicht besteht im Allgemeinen aus einer Stabilisierungsschicht und einer mikroporösen Schicht. Die Gasdiffusionsschicht ist bevorzugt mit der Stabilisierungsschicht auf der angrenzenden Bipolarplatte fixiert. Damit lässt sich eine gute Haltbarkeit erzielen, was zu einer Reduzierung von Ausschusskosten führt.This ensures in a simple manner that in such a fuel cell stack, a distribution of the reaction gases takes place in a unit formed from gas diffusion layer and bipolar plate. The gas diffusion layer generally consists of a stabilization layer and a microporous layer. The gas diffusion layer is preferably fixed to the stabilizing layer on the adjacent bipolar plate. This can be a good durability, which leads to a reduction of scrap costs.

Darüber hinaus ermöglicht ein solch aufgebauter Brennstoffzellenstapel, die Funktionen der einzelnen Komponenten einer jeden Brennstoffzelle optimal zu überprüfen. So kann beispielsweise der Elektrolyt in der Membran-Elektroden-Einheit einer jeden Brennstoffzelle auf seine Qualitätskriterien hin verbessert überprüft werden.In addition, such a constructed fuel cell stack allows to optimally check the functions of the individual components of each fuel cell. For example, the electrolyte in the membrane-electrode unit of each fuel cell can be checked for its quality criteria.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1, 2A schematisch einen Teil eines Brennstoffzellenstapels in Seitenansicht mit einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle mit einer einseitig geklebten Gasdiffusionsschicht, 1 . 2A schematically shows a part of a fuel cell stack in side view with a bipolar plate of a fuel cell with a gas diffusion layer glued on one side,

2B schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 1 mit beidseitig geklebten Gasdiffusionsschichten, 2 B schematically a side view of the bipolar plate according to 1 with gas diffusion layers glued on both sides,

3A schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 1 mit einer einseitig geklemmten Gasdiffusionsschicht, 3A schematically a side view of the bipolar plate according to 1 with a gas diffusion layer clamped on one side,

3B schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 1 mit beidseitig geklemmten Gasdiffusionsschichten, 3B schematically a side view of the bipolar plate according to 1 with gas diffusion layers clamped on both sides,

4A schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 1 mit einer einseitig geklebten Gasdiffusionsschicht und einer einseitig geklebten Membran-Elektroden-Einheit, 4A schematically a side view of the bipolar plate according to 1 with a gas diffusion layer glued on one side and a membrane electrode unit glued on one side,

4B schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 4A mit beidseitig geklebten Gasdiffusionsschichten, 4B schematically a side view of the bipolar plate according to 4A with gas diffusion layers glued on both sides,

4C schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 4B mit einem hinausragenden Elektrolyten, 4C schematically a side view of the bipolar plate according to 4B with a protruding electrolyte,

5A schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 4B mit einem Dichtkörper, 5A schematically a side view of the bipolar plate according to 4B with a sealing body,

5B schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 4C mit einem Dichtkörper, 5B schematically a side view of the bipolar plate according to 4C with a sealing body,

6A schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 5A mit einem Verstärkungskörper, und 6A schematically a side view of the bipolar plate according to 5A with a reinforcing body, and

6B schematisch eine Seitenansicht der Bipolarplatte gemäß 5B mit einem Verstärkungskörper. 6B schematically a side view of the bipolar plate according to 5B with a reinforcing body.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Die 1A und 2B zeigen schematisch teilweise einen aus mehreren, planparallel gestapelten Brennstoffzellen B1 bis Bn gebildeten Brennstoffzellenstapel ST.The 1A and 2 B schematically show partially a fuel cell stack ST formed from a plurality of plano-parallel stacked fuel cells B1 to Bn.

Bei der Brennstoffzelle B1 bis Bn kann es sich insbesondere um eine sogenannte PEM-Brennstoffzelle handeln (mit PEM = Polymer-Elektrolyt-Membran). Zwischen einander angrenzenden Brennstoffzellen B1 bis Bn ist eine Bipolarplatte 1 angeordnet. Die jeweilige Bipolarplatte 1 weist zur Gasführung Kanalstrukturen 2 auf.The fuel cell B1 to Bn may in particular be a so-called PEM fuel cell (with PEM = polymer electrolyte membrane). Between adjacent fuel cells B1 to Bn is a bipolar plate 1 arranged. The respective bipolar plate 1 has channel structures for gas conduction 2 on.

Die jeweilige Brennstoffzelle B1 bis Bn umfasst jeweils eine Membran-Elektroden-Einheit 3 mit üblicherweise zwei Elektroden 3.1, 3.2, im Folgenden als Anode 3.1 und als Kathode 3.2 bezeichnet, und einen dazwischen angeordneten Elektrolyt 3.3, beispielsweise eine Polymer-Elektrolytmembran, auf.The respective fuel cell B1 to Bn each comprise a membrane-electrode unit 3 usually with two electrodes 3.1 . 3.2 , hereinafter referred to as anode 3.1 and as a cathode 3.2 referred to, and an interposed electrolyte 3.3 , For example, a polymer electrolyte membrane, on.

Beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit 3 ist jeweils in Richtung der angrenzenden Bipolarplatte 1 eine Gasdiffusionsschicht 4 angeordnet, wobei die zwischen der Anode 3.1 und der angrenzenden Bipolarplatte 1 angeordnete Gasdiffusionsschicht 4 als anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 bezeichnet wird und die zwischen der Kathode 3.2 und der angrenzenden Bipolarplatte 1 angeordnete Gasdiffusionsschicht 4 als kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 bezeichnet wird.Both sides of the membrane-electrode unit 3 is respectively in the direction of the adjacent bipolar plate 1 a gas diffusion layer 4 arranged, with the between the anode 3.1 and the adjacent bipolar plate 1 arranged gas diffusion layer 4 as an anode-side gas diffusion layer 4.1 is called and between the cathode 3.2 and the adjacent bipolar plate 1 arranged gas diffusion layer 4 as a cathode-side gas diffusion layer 4.2 referred to as.

Sowohl die Anode 3.1 als auch die Kathode 3.2 weisen eine katalytisch aktive Oberfläche und eine inaktive Oberfläche auf, wobei die katalytischen Oberflächen der Anode 3.1 und der Kathode 3.2 jeweils dem Elektrolyten 3.3, die inaktive Oberfläche der Anode 3.1 der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 und die inaktive Oberfläche der Kathode 3.2 der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 zugewandt sind.Both the anode 3.1 as well as the cathode 3.2 have a catalytically active surface and an inactive surface, the catalytic surfaces of the anode 3.1 and the cathode 3.2 each to the electrolyte 3.3 , the inactive surface of the anode 3.1 the anode-side gas diffusion layer 4.1 and the inactive surface of the cathode 3.2 the cathode-side gas diffusion layer 4.2 are facing.

Die Bipolarplatten 1 dienen in herkömmlicher Weise dem Verteilen von Reaktionsstoffen für die Brennstoffzelle B1 bis Bn, dem Abführen der Reaktionsstoffe, der Abfuhr von Reaktionswärme sowie der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Anode 3.1 und der Kathode 3.2.The bipolar plates 1 are used in a conventional manner, the distribution of reactants for the fuel cell B1 to Bn, the discharge of the reactants, the removal of heat of reaction and the establishment of an electrical connection between the anode 3.1 and the cathode 3.2 ,

Die Bipolarplatten 1 sind bevorzugt aus jeweils zwei planparallel zueinander angeordneten Platten 1.1, 1.2 gebildet, wobei die Platten 1.1, 1.2 aus einem Metall sind und beispielsweise dünne Metallbleche sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich eine Bipolarplatte 1 bzw. die entsprechenden Platten 1.1, 1.2 aus jeglichem anderen leitfähigen Material auszugestalten, beispielsweise zumindest teilweise aus Graphit oder Kohlenstoff.The bipolar plates 1 are preferably made of two each plane-parallel plates 1.1 . 1.2 formed, with the plates 1.1 . 1.2 are of a metal and are, for example, thin metal sheets. Alternatively, however, it is also possible a bipolar plate 1 or the corresponding plates 1.1 . 1.2 from any other conductive material, for example at least partially made of graphite or carbon.

Die Platte 1.2 ist dabei der Anode 3.1 der einen Brennstoffzelle B2 zugewandt, im Folgenden anodenseitige Platte 1.2 genannt, und die Platte 1.1 ist der Kathode 3.2 der angrenzenden Brennstoffzelle B1 zugewandt, im Folgenden kathodenseitige Platte 1.1 genannt. The plate 1.2 is the anode 3.1 the one fuel cell B2 facing, hereinafter anode-side plate 1.2 called, and the plate 1.1 is the cathode 3.2 the adjacent fuel cell B1 facing, hereinafter cathode-side plate 1.1 called.

Die jeweilige Bipolarplatte 1 ist somit Bestandteil benachbarter Brennstoffzellen B1 bis Bn, beispielsweise Bestandteil der Brennstoffzelle B1 als auch Bestandteil der Brennstoffzelle B2.The respective bipolar plate 1 is thus part of adjacent fuel cells B1 to Bn, for example, part of the fuel cell B1 as well as part of the fuel cell B2.

Endseitig des Brennstoffzellenstapels ST ist die betreffende Bipolarplatte 1 als eine Monopolarplatte ausgebildet.End of the fuel cell stack ST is the relevant bipolar plate 1 formed as a monopolar plate.

Vorzugsweise weisen die Platten 1.1, 1.2 einer jeden Bipolarplatte 1 korrespondierende Profile auf, mittels welchen die Kanalstruktur 2 mit einer Anzahl von Kanälen K gebildet wird, welche durch Stege S voneinander getrennt werden, welche zur Außenseite, d. h. zur jeweils zugehörigen Gasdiffusionsschicht 4.1, 4.2, ein Strömungsfeld mit den Kanälen K bilden.Preferably, the plates have 1.1 . 1.2 each bipolar plate 1 corresponding profiles, by means of which the channel structure 2 is formed with a number of channels K, which are separated from one another by webs S, which to the outside, ie the respective associated gas diffusion layer 4.1 . 4.2 form a flow field with the channels K.

Dabei weisen die Kanäle K in einem ersten Bereich der Bipolarplatte 1, welcher in der Längsausrichtung der Bipolarplatte 1 mit den Maßen der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 korrespondiert, besonders bevorzugt jeweils eine weitgehend gleiche Kanalbreite und die Stege S jeweils eine weitgehend gleiche Stegbreite auf. Hierdurch ist zwischen den benachbarten Kanälen K kein Druckunterschied gegeben. Alternativ dazu kann eine Variation der Kanalbreite und somit der Stegbreite lokal und entlang des jeweiligen Kanals K vorgegeben und eingestellt werden. Alternativ können Stegbreiten und Kanalbreiten variieren.In this case, the channels K in a first region of the bipolar plate 1 , which in the longitudinal orientation of the bipolar plate 1 with the dimensions of the anode-side gas diffusion layer 4.1 corresponds, in each case preferably a substantially equal channel width and the webs S each have a substantially same web width. As a result, between the adjacent channels K no pressure difference is given. Alternatively, a variation of the channel width and thus the land width can be specified and set locally and along the respective channel K. Alternatively, web widths and channel widths can vary.

Der jeweiligen Brennstoffzelle B1 bis Bn wird ein Reaktionsstoff in flüssiger oder gasförmiger Form, z. B. Sauerstoff als Oxidator oder Wasserstoff als Brennstoff, über einen nicht dargestellten Eingangskanal in den zugehörigen Bipolarplatten 1 zugeführt, durch die Kanäle K in einem parallelen und/oder serpentinförmigen Strömungsfluss und quer zu diesem Strömungsfluss über die Stege S in einer Ausgleichsströmung zu einem nicht dargestellten Ausgangskanal geführt.The respective fuel cell B1 to Bn is a reactant in liquid or gaseous form, for. As oxygen as oxidizer or hydrogen as fuel, via an input channel, not shown, in the associated bipolar plates 1 fed, passed through the channels K in a parallel and / or serpentine flow and transverse to this flow over the webs S in a compensating flow to an output channel, not shown.

Im Betrieb der Brennstoffzellen B1 bis Bn des Brennstoffzellenstapels ST werden die Kanäle K der jeweiligen Bipolarplatte 1 von einem Reaktionsstoff durchströmt, z. B. die Kanäle K der anodenseitigen Platte 1.2 der Bipolarplatte 1 von einem Oxidator, beispielsweise Sauerstoff, und die kathodenseitige Platte 1.1 der Bipolarplatte 1 von einem Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff. Die Reaktionsstoffe werden dann über die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 und die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 zur Anode 3.1 beziehungsweise zur Kathode 3.2 transportiert.During operation of the fuel cells B1 to Bn of the fuel cell stack ST, the channels K of the respective bipolar plate become 1 flows through a reactant, z. B. the channels K of the anode-side plate 1.2 the bipolar plate 1 from an oxidizer, for example oxygen, and the cathode-side plate 1.1 the bipolar plate 1 from a fuel, such as hydrogen. The reactants are then passed over the anode-side gas diffusion layer 4.1 and the cathode-side gas diffusion layer 4.2 to the anode 3.1 or to the cathode 3.2 transported.

Neben dem Transport der Reaktionsstoffe von den Bipolarplatten 1 zur Anode 3.1 beziehungsweise zur Kathode 3.2 dienen beispielsweise die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 dem Ableiten der bei der Katalyse des Wasserstoffs frei werdenden Elektronen an der Anode 3.1 zu einem elektrischen Verbraucher, beispielsweise eine Glühlampe, und die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 dem Ableiten des bei der Katalyse des Sauerstoffs entstehenden Wassers an der Kathode 3.2.In addition to the transport of the reactants from the bipolar plates 1 to the anode 3.1 or to the cathode 3.2 serve, for example, the anode-side gas diffusion layer 4.1 deriving the electrons released during the catalysis of the hydrogen at the anode 3.1 to an electrical load, such as an incandescent lamp, and the cathode-side gas diffusion layer 4.2 the dissipation of the water formed during the catalysis of the oxygen at the cathode 3.2 ,

Die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 ist bevorzugt aus einem porösen Kohlenstoffpapier, -gewebe oder -vlies gebildet und umfasst darüber hinaus eine Stabilisierungsschicht 4.1.1 und eine mikroporöse Schicht 4.1.2. Die Stabilisierungsschicht 4.1.1 ist beispielsweise aus Kohlefasern und die mikroporöse Schicht 4.1.2 aus Kohlepartikel.The anode-side gas diffusion layer 4.1 is preferably formed of a porous carbon paper, fabric or nonwoven and further comprises a stabilizing layer 4.1.1 and a microporous layer 4.1.2 , The stabilization layer 4.1.1 is for example made of carbon fibers and the microporous layer 4.1.2 from carbon particles.

Die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 ist an der Bipolarplatte 1 fixiert, insbesondere kraft-, form- und/oder stoffschlüssig. Dabei bildet die Bipolarplatte 1 mit der fixierten Gasdiffusionsschicht 4.1 eine Baueinheit. Zweckmäßigerweise ist die Gasdiffusionsschicht 4.1 mit der Stabilisierungsschicht 4.1.1 an der Bipolarplatte 1 fixiert, insbesondere an der anodenseitigen Platte 1.2 der Bipolarplatte 1.The anode-side gas diffusion layer 4.1 is at the bipolar plate 1 fixed, in particular force, form and / or material fit. This forms the bipolar plate 1 with the fixed gas diffusion layer 4.1 a structural unit. Conveniently, the gas diffusion layer 4.1 with the stabilizing layer 4.1.1 at the bipolar plate 1 fixed, in particular on the anode-side plate 1.2 the bipolar plate 1 ,

Analog dazu ist die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 an der kathodenseitigen Platte 1.1 der Bipolarplatte 1 fixiert. Durch die Fixierung zumindest einer der Gasdiffusionsschichten 4.1 und/oder 4.2 an der jeweils angrenzenden Bipolarplatte 1 wird eine hohe Haltbarkeit und Positionsgenauigkeit im Vergleich zu einer Fixierung der Gasdiffusionsschichten 4.1 mit der mikroporösen Schicht 4.1.2 auf der Anode 3.1 bzw. Kathode 3.2 erzielt.Analogous to this is the cathode-side gas diffusion layer 4.2 on the cathode-side plate 1.1 the bipolar plate 1 fixed. By fixing at least one of the gas diffusion layers 4.1 and or 4.2 at the respective adjacent bipolar plate 1 becomes high durability and positional accuracy compared to fixing the gas diffusion layers 4.1 with the microporous layer 4.1.2 on the anode 3.1 or cathode 3.2 achieved.

Die Fixierung der Gasdiffusionsschichten 4.1 und/oder 4.2 an der jeweils angrenzenden Bipolarplatte 1 erfolgt bei einer stoffschlüssigen Verbindung vorzugsweise mittels eines festen, flüssigen, pastösen oder schmelzbaren Klebers. Dabei wird der Kleber sowohl auf der zur Gasdiffusionsschicht 4.1 oder 4.2 gerichteten Oberflächenseite der Bipolarplatte 1 als auch auf der zur Bipolarplatte 1 gerichteten Oberflächenseite der Gasdiffusionsschicht 4.1 oder 4.2 aufgetragen.The fixation of the gas diffusion layers 4.1 and or 4.2 at the respective adjacent bipolar plate 1 takes place in a cohesive connection preferably by means of a solid, liquid, pasty or meltable adhesive. In this case, the adhesive is on both the gas diffusion layer 4.1 or 4.2 directed surface side of the bipolar plate 1 as well as on the bipolar plate 1 directed surface side of the gas diffusion layer 4.1 or 4.2 applied.

Insbesondere wird der Kleber an einer ersten Klebestelle 5.1 und an einer zweiten Klebestelle 5.2, welche sich jeweils endseitig zwischen der Bipolarplatte 1 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 befinden, appliziert. Alternativ ist es auch möglich andere vorteilhafte Klebestellen als die zuvor bezeichneten oder weitere zusätzliche Klebestellen vorzusehen oder sogar eine vollständige oder nahezu vollständige umfängliche Verklebung vorzusehen.In particular, the adhesive is at a first splice 5.1 and at a second splice 5.2 , which in each case end between the bipolar plate 1 and the anode-side gas diffusion layer 4.1 are applied. Alternatively, it is also possible other advantageous splices than the previously designated or additional additional splices or even provide complete or almost complete circumferential bonding.

Analog dazu verhält es sich mit der Fixierung der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 an der kathodenseitigen Bipolarplatte 1.The same applies to the fixing of the cathode-side gas diffusion layer 4.2 on the cathode-side bipolar plate 1 ,

Als Kleber können Hot-Melt Kleber, UV-Kleber, Zwei-Komponenten-Kleber und/oder sonstige entsprechende Kleber und/oder sonstige Werkstoffkombinationen verwendet werden. Für die Klebestellen können ein gemeinsamer Kleber und/oder verschiedene Kleber verwendet werden. Weiterhin können sich die Kleber an den jeweiligen Klebestellen 5.1, 5.2 voneinander unterscheiden.Hot melt adhesives, UV adhesives, two-component adhesives and / or other suitable adhesives and / or other material combinations may be used as adhesives. For the splices, a common adhesive and / or different adhesives can be used. Furthermore, the adhesive to the respective splices 5.1 . 5.2 differ from each other.

Die Applikation des Klebers kann mittels Spritzen, Düse, Stempeldüse, Rakeln, Siebdruck, Gravurwalzen und/oder Tamponklischee erfolgen.The application of the adhesive can be effected by means of syringes, nozzles, stamping dies, doctor blades, screen printing, gravure rolls and / or tampon clichés.

Vorzugsweise können bei der Applikation des Klebers entsprechende Reaktionen an den Klebestellen 5.1, 5.2 erfolgen, beispielsweise Polymerisieren, Härten und/oder dergleichen.Preferably, in the application of the adhesive corresponding reactions at the splices 5.1 . 5.2 carried out, for example, polymerization, curing and / or the like.

Die Trocknung des Klebers erfolgt über ein entsprechendes Trocknungsverfahren, beispielsweise mittels Infrarotlicht, UV-Licht, elektrische, induktive und/oder konvektive Trocknungsverfahren. Die Trocknungsverfahren können entweder einzeln oder auch in Kombination erfolgen. Alternativ dazu können zusätzliche Kühlzonen an den Klebestellen 5.1, 5.2 eingesetzt werden.The drying of the adhesive takes place via a corresponding drying method, for example by means of infrared light, UV light, electrical, inductive and / or convective drying methods. The drying processes can be done either individually or in combination. Alternatively, additional cooling zones may be applied to the splices 5.1 . 5.2 be used.

Die Fixierung der Gasdiffusionsschichten 4.1, 4.2 jeweils auf einer der Bipolarplatten 1 hat gegenüber der Fixierung der Gasdiffusionsschichten 4.1, 4.2 jeweils auf der Anode 3.1 beziehungsweise auf der Kathode 3.2 den Vorteil, dass alle Funktionen der Verteilung der Reaktionsstoffe in der jeweiligen Brennstoffzelle B1 bis Bn in einem Bauteil integriert sind. Damit lassen sich Funktionen und/oder Störungen hinsichtlich der Verteilung der Reaktionsstoffe besser überprüfen. Ebenso wird durch die gute Anbindung und hohe Positionsgenauigkeit der Gasdiffusionsschichten 4.1, 4.2 jeweils zu der entsprechenden Bipolarplatte ein optimaler Gasstrom durch die Kanäle ermöglicht und ein Blow By, d. h. ein unkontrolliertes Auströmen von Reaktionsgasen, von ungenutzten Reaktionsgasen vermindert und damit die Leistungsausbeute und der Wirkungsgrad erhöht. Weiterhin wird eine bessere Haltbarkeit erzielt, da die Gasdiffusionsschichten 4.1, 4.2 jeweils mit der Stabilisierungsschicht 4.1.1 an der entsprechenden Bipolarplatte 1 fixiert sind. Die bessere Haltbarkeit führt zudem zu geringeren Ausschussraten.The fixation of the gas diffusion layers 4.1 . 4.2 each on one of the bipolar plates 1 has opposite the fixation of the gas diffusion layers 4.1 . 4.2 each on the anode 3.1 or on the cathode 3.2 the advantage that all functions of the distribution of the reactants in the respective fuel cell B1 to Bn are integrated in one component. This makes it possible to better check functions and / or disturbances with regard to the distribution of the reactants. Likewise, due to the good connection and high position accuracy of the gas diffusion layers 4.1 . 4.2 in each case to the corresponding bipolar plate allows an optimal gas flow through the channels and a blow-by, ie an uncontrolled discharge of reaction gases, of unused reaction gases is reduced and thus increases the power output and efficiency. Furthermore, a better durability is achieved because the gas diffusion layers 4.1 . 4.2 each with the stabilizing layer 4.1.1 at the corresponding bipolar plate 1 are fixed. The better durability also leads to lower reject rates.

2B zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1 und B2 gemäß 2A mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 der Brennstoffzelle B2 und der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 der Brennstoffzelle B1. 2 B shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1 and B2 according to 2A with the anode-side gas diffusion layer 4.1 the fuel cell B2 and the cathode-side gas diffusion layer 4.2 the fuel cell B1.

Die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 der Brennstoffzelle B2 und die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 der Brennstoffzelle B1 sind dabei wie bereits in 2A beschrieben an der Bipolarplatte 1 fixiert.The anode-side gas diffusion layer 4.1 the fuel cell B2 and the cathode-side gas diffusion layer 4.2 The fuel cell B1 are as already in 2A described on the bipolar plate 1 fixed.

Dabei ist die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 analog zur anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 wie bereits beschrieben in 2A mit einer Stabilisierungsschicht 4.2.1 an der kathodenseitigen Platte 1.1 der Bipolarplatte 1 über weitere Klebestellen 5.3, 5.4 fixiert.In this case, the cathode-side gas diffusion layer 4.2 analogous to the anode-side gas diffusion layer 4.1 as already described in 2A with a stabilizing layer 4.2.1 on the cathode-side plate 1.1 the bipolar plate 1 about more splices 5.3 . 5.4 fixed.

Eine mikroporöse Schicht 4.2.2 der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 ist der Kathode 4.2 der Brennstoffzelle B1 zugewandt.A microporous layer 4.2.2 the cathode-side gas diffusion layer 4.2 is the cathode 4.2 facing the fuel cell B1.

3 zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 gemäß 1A mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 in Seitenansicht. 3 shows the bipolar plate 1 the fuel cell B1, B2 according to 1A with the anode-side gas diffusion layer 4.1 in side view.

Die Fixierung der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 an der Platte 1.2 der Bipolarplatte 1 erfolgt dabei mittels Klemmschluss.The fixation of the anode-side gas diffusion layer 4.1 at the plate 1.2 the bipolar plate 1 takes place by means of a terminal connection.

Dazu weist die Platte 1.2 innerhalb eines Kanals K der Bipolarplatte 1 eine stufenförmige, in Richtung der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 verlaufende Kante auf, wodurch die Kanalbreite des Kanals K in eine Richtung zunimmt. Die stufenförmige Kante der Platte 1.2 korrespondiert dabei mit den Abmessungen einer Endkante der Stabilisierungsschicht 4.1.1 der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1. Die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 wird somit an einer endseitig an der Bipolarplatte 1 angeordneten Klemmstelle 6 mittels Klemmschluss an der Bipolarplatte 1 fixiert.This is indicated by the plate 1.2 within a channel K of the bipolar plate 1 a step-shaped, in the direction of the anode-side gas diffusion layer 4.1 extending edge, whereby the channel width of the channel K increases in one direction. The step-shaped edge of the plate 1.2 corresponds to the dimensions of an end edge of the stabilizing layer 4.1.1 the anode-side gas diffusion layer 4.1 , The anode-side gas diffusion layer 4.1 is thus at one end to the bipolar plate 1 arranged nip 6 by means of clamping on the bipolar plate 1 fixed.

Damit ist eine kraftschlüssige Fixierung der Gasdiffusionsschichten 4.1, 4.2 an der Bipolarplatte 1 ohne Verwendung eines zusätzlichen Werkstoffs, wie beispielsweise Kleber, und ohne Durchführung von weiteren Arbeitsschritten, wie beispielsweise Trocknungsverfahren, möglich.This is a frictional fixation of the gas diffusion layers 4.1 . 4.2 at the bipolar plate 1 without the use of an additional material, such as adhesive, and without performing further steps, such as drying process, possible.

Analog dazu kann es sich mit der Fixierung der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 an der kathodenseitigen Platte 1.1 der Bipolarplatte 1 verhalten.Analogously, it can be with the fixation of the cathode-side gas diffusion layer 4.2 on the cathode-side plate 1.1 the bipolar plate 1 behavior.

4A zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 und der Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B1. 4A shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1, B2 with the cathode-side gas diffusion layer 4.2 and the membrane-electrode assembly 3 the fuel cell B1.

Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 ist analog zu 2B über die Klebestellen 5.3 und 5.4 an der Platte 1.1 der Bipolarplatte 1 fixiert. The cathode-side gas diffusion layer 4.2 is analogous to 2 B over the splices 5.3 and 5.4 at the plate 1.1 the bipolar plate 1 fixed.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Platte 1.1 innerhalb des Kanals K der Bipolarplatte 1 eine schräg stufenförmige, in Richtung der Membran-Elektroden-Einheit 3 verlaufende Kante auf.In this embodiment, the plate 1.1 within the channel K of the bipolar plate 1 an obliquely stepped, in the direction of the membrane-electrode unit 3 extending edge on.

Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 ist dabei mit ihrer Endkante auf einem konstant verlaufenden Abschnitt des ursprünglich serpentinförmigen Kanals K über die Klebestelle 4.2 und über die Klebestelle 4.1 an der Platte 1.1 fixiert.The cathode-side gas diffusion layer 4.2 is with its end edge on a constant running portion of the original serpentine channel K on the splice 4.2 and about the splice 4.1 at the plate 1.1 fixed.

Auf der mikroporösen Schicht 4.2.2 der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 liegt die Membran-Elektroden-Einheit 3 an.On the microporous layer 4.2.2 the cathode-side gas diffusion layer 4.2 lies the membrane-electrode unit 3 at.

Die Membran-Elektroden-Einheit 3 umfasst die Anode 3.1, die Kathode 3.2 und den dazwischen liegenden Elektrolyten 3.3.The membrane-electrode unit 3 includes the anode 3.1 , the cathode 3.2 and the intervening electrolyte 3.3 ,

Die Anode 3.1 und die Kathode 3.2 weisen jeweils eine katalytisch aktive Oberfläche auf, welche beispielsweise aus platinbeschichteten Ruß besteht und jeweils mit ihren aktiven Oberflächen in direktem Kontakt mit dem Elektrolyten 3.3 stehen.The anode 3.1 and the cathode 3.2 each have a catalytically active surface, which consists for example of platinum-coated carbon black and in each case with their active surfaces in direct contact with the electrolyte 3.3 stand.

Die Anode 3.1 besteht vorzugsweise aus einem Metall mit positiv elektrischer Ladung und die Kathode 3.2 aus einem Metall mit negativ elektrischer Ladung.The anode 3.1 preferably consists of a metal with positive electrical charge and the cathode 3.2 made of a metal with negative electrical charge.

Dadurch kann der über die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.1 der Brennstoffzelle B1 zugeführte Wasserstoff an der Anode 3.1 katalytisch oxidieren. Die dabei entstehenden Protonen werden dann über den Elektrolyten 3.3, welcher nur für Protonen durchlässig ist, zur Kathode 3.2 transportiert. An der Kathode 3.2 werden dann die Protonen mit Sauerstoff, welcher der Kathode 3.2 über die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 zugeführt wird, zu Wasser umgesetzt.This allows the over the anode-side gas diffusion layer 4.1 the fuel cell B1 supplied hydrogen at the anode 3.1 oxidize catalytically. The resulting protons will then pass through the electrolyte 3.3 , which is permeable only to protons, to the cathode 3.2 transported. At the cathode 3.2 Then the protons with oxygen, which is the cathode 3.2 via the cathode-side gas diffusion layer 4.2 is fed, converted to water.

Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 4.2 liegt dabei mit ihrer mikroporösen Schicht 4.2.2 direkt an der inaktiven Oberfläche der Kathode 3.2 an.The cathode-side gas diffusion layer 4.2 lies with her microporous layer 4.2.2 directly on the inactive surface of the cathode 3.2 at.

Die Maße der Kathode 3.2 und damit auch die Maße der Membran-Elektroden-Einheit 3 sind bezogen auf ihre Längsausrichtung größer als die der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 3.2.The dimensions of the cathode 3.2 and thus also the dimensions of the membrane-electrode unit 3 are greater in terms of their longitudinal orientation than the cathode-side gas diffusion layer 3.2 ,

Die Membran-Elektroden-Einheit 3 ist vorzugsweise mit der Kathode 3.2 über eine endseitig an der Bipolarplatte angeordnete Klebestelle 5.5 an der Bipolarplatte fixiert.The membrane-electrode unit 3 is preferably with the cathode 3.2 via a terminal arranged on the bipolar plate splice 5.5 fixed to the bipolar plate.

Die Fixierung erfolgt wie bereits in 2A beschrieben.The fixation takes place as already in 2A described.

4B zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 und der Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B1 gemäß 4A in Kombination mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 gemäß 2A. 4B shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1, B2 with the cathode-side gas diffusion layer 4.2 and the membrane-electrode assembly 3 the fuel cell B1 according to 4A in combination with the anode-side gas diffusion layer 4.1 according to 2A ,

4C zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 und der Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B1 in Kombination mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 gemäß 4B. 4C shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1, B2 with the cathode-side gas diffusion layer 4.2 and the membrane-electrode assembly 3 the fuel cell B1 in combination with the anode-side gas diffusion layer 4.1 according to 4B ,

In dem in dieser 4C dargestellten Ausführungsbeispiel korrespondieren die Maße der Anode 3.1 und der Kathode 3.2 bezogen auf ihre Längsausrichtung mit den Maßen der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2. Der Elektrolyt 3.3. dagegen ist hinsichtlich seiner Längsausrichtung derart verlängert, dass er einseitig über einen Randbereich der Anode 3.1 und der Kathode 3.2 hinausragt. Der hinausragende Teil des Elektrolyten 3.3 ist über eine endseitig an der Bipolarplatte 1 angeordneten Klebestelle 5.6 im zweiten konstant verlaufenden Abschnitt des Kanals K an der Platte 1.2 fixiert.In that in this 4C illustrated embodiment correspond to the dimensions of the anode 3.1 and the cathode 3.2 based on their longitudinal orientation with the dimensions of the cathode-side gas diffusion layer 4.2 , The electrolyte 3.3 , on the other hand, with regard to its longitudinal orientation, it is extended such that it is cantilevered over an edge region of the anode 3.1 and the cathode 3.2 protrudes. The protruding part of the electrolyte 3.3 is on one end of the bipolar plate 1 arranged splice 5.6 in the second constant section of the channel K on the plate 1.2 fixed.

Die Fixierung erfolgt wie bereits in 2A beschrieben.The fixation takes place as already in 2A described.

5A zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 und der Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B1 in Kombination mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 gemäß 4B. 5A shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1, B2 with the cathode-side gas diffusion layer 4.2 and the membrane-electrode assembly 3 the fuel cell B1 in combination with the anode-side gas diffusion layer 4.1 according to 4B ,

An der Platte 1.1 der Bipolarplatte 1 ist ein Dichtkörper 7 angeordnet. Der Dichtkörper 7 ist vorzugsweise stoffschlüssig mit einem zweiten konstant verlaufenden Abschnitt des Kanals K der Bipolarplatte 1 in Richtung der Brennstoffzelle B2 verbunden und dient der Abdichtung der Bipolarplatte 1 gegen die Membran-Elektrodeneinheit 3 oder einzelner Bestandteile der Membran-Elektroden-Einheit 3, wie beispielsweise dem Elektrolyten 3.3 zur Verhinderung von möglich auftretenden Leckagen.At the plate 1.1 the bipolar plate 1 is a sealing body 7 arranged. The sealing body 7 is preferably cohesively with a second constant-extending portion of the channel K of the bipolar plate 1 connected in the direction of the fuel cell B2 and serves to seal the bipolar plate 1 against the membrane electrode unit 3 or individual components of the membrane-electrode assembly 3 , such as the electrolyte 3.3 to prevent possible leaks.

Der Dichtkörper 7 kann flüssig oder fest, vorzugsweise elastisch deformierbar, ausgebildet sein und besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise einem weichen Polymer oder einem Elastomer.The sealing body 7 may be liquid or solid, preferably elastically deformable, formed and consists of an electrically insulating material, such as a soft polymer or an elastomer.

Analog dazu kann die Platte 1.1 der Bipolarplatte 1 mit einem nicht dargestellten Dichtkörper versehen sein, um gegen die Membran-Elektrodeneinheit 3 der Brennstoffzelle B1 oder einzelner Bestandteile der Membran-Elektroden-Einheit 3, wie beispielsweise dem Elektrolyten 3.3, abzudichten.Similarly, the plate 1.1 the bipolar plate 1 be provided with a sealing body, not shown, in order to bear against the membrane electrode unit 3 the fuel cell B1 or individual components of the membrane electrode assembly 3 , such as the electrolyte 3.3 to seal.

Alternativ dazu können die Membran-Elektroden-Einheiten 3 und/oder die Gasdiffusionsschichten 4.1, 4.2 und/oder die Elektrolyte 3.3 einer jeden Brennstoffzelle B1, B2 jeweils mit einem Rahmen verstärkt werden, um den Dichtkörper 7 besser zu kontaktieren und damit gegebenenfalls die Abdichtung zu optimieren.Alternatively, the membrane electrode assemblies 3 and / or the gas diffusion layers 4.1 . 4.2 and / or the electrolytes 3.3 each fuel cell B1, B2 are each reinforced with a frame to the sealing body 7 better to contact and thus possibly to optimize the seal.

5B zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 und der Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B1 in Kombination mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 der Brennstoffzelle B2 gemäß 4C und mit dem Dichtkörper 7 gemäß 5A. 5B shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1, B2 with the cathode-side gas diffusion layer 4.2 and the membrane-electrode assembly 3 the fuel cell B1 in combination with the anode-side gas diffusion layer 4.1 the fuel cell B2 according to 4C and with the sealing body 7 according to 5A ,

6A zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 und der Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B1 in Kombination mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1 und dem Dichtkörper 7 gemäß 5A. 6A shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1, B2 with the cathode-side gas diffusion layer 4.2 and the membrane-electrode assembly 3 the fuel cell B1 in combination with the anode-side gas diffusion layer 4.1 and the sealing body 7 according to 5A ,

Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Membran-Elektroden-Einheit 3 weist diese an der Anode 3.1 der Bipolarplatte 1 endseitig einen Verstärkungskörper 8 auf.To increase the mechanical stability of the membrane-electrode assembly 3 has this at the anode 3.1 the bipolar plate 1 a reinforcing body at the end 8th on.

Der Verstärkungskörper 8 kann durch Werkstoffauftrag und/oder Imprägnieren und/oder Werkstoffänderung erfolgen.The reinforcing body 8th can be done by material application and / or impregnation and / or material change.

Alternativ dazu kann der Verstärkungskörper 8 in Form eines zusätzlichen Bauteils, welches vorzugsweise aus dem gleichen Material wie beispielsweise die Anode 3.1 besteht, auf der Membran-Elektroden-Einheit 3 fixiert, insbesondere geklebt werden.Alternatively, the reinforcing body 8th in the form of an additional component, which is preferably made of the same material as for example the anode 3.1 exists on the membrane electrode assembly 3 fixed, in particular glued.

Die Maße des Verstärkungskörpers 8 müssen dabei hinsichtlich seiner Längsausrichtung nicht mit den Maßen der Membran-Elektroden-Einheit 3 korrespondieren. Beispielsweise ist es möglich, dass der Verstärkungskörper 8 über die Membran-Elektroden-Einheit 3 hinausragt.The dimensions of the reinforcing body 8th do not have to do with the dimensions of the membrane-electrode unit in terms of its longitudinal orientation 3 correspond. For example, it is possible that the reinforcing body 8th via the membrane-electrode unit 3 protrudes.

Weiterhin ist es möglich, einen weiteren Verstärkungskörper 8 an der Anode 3.2 zu fixieren. Die Verstärkungskörper 8 untereinander können dabei unterschiedlich hinsichtlich ihrer Form und Maße ausgebildet sein.Furthermore, it is possible to use a further reinforcing body 8th at the anode 3.2 to fix. The reinforcing bodies 8th with each other can be designed differently in terms of their shape and dimensions.

Analog dazu kann die Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B2 einen Verstärkungskörper 8 aufweisen (nicht dargestellt).Analogously, the membrane electrode unit 3 the fuel cell B2 a reinforcing body 8th have (not shown).

6B zeigt die Bipolarplatte 1 der Brennstoffzellen B1, B2 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.2 und der Membran-Elektroden-Einheit 3 der Brennstoffzelle B1 in Kombination mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 4.1, dem Dichtkörper 7 gemäß 5B und dem Verstärkungskörper 8 gemäß 6A. 6B shows the bipolar plate 1 the fuel cells B1, B2 with the cathode-side gas diffusion layer 4.2 and the membrane-electrode assembly 3 the fuel cell B1 in combination with the anode-side gas diffusion layer 4.1 , the sealing body 7 according to 5B and the reinforcing body 8th according to 6A ,

Der Dichtkörper 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf dem Elektrolyten 3.3 fixiert. Die Fixierung des Verstärkungskörpers 8 auf dem Elektrolyten 3.3 erfolgt analog zu der in 6A beschriebenen Fixierung des Verstärkungskörpers 8 auf der Anode 3.1 der Membran-Elektroden-Einheit 3.The sealing body 8th is in this embodiment on the electrolyte 3.3 fixed. The fixation of the reinforcing body 8th on the electrolyte 3.3 takes place analogously to the in 6A described fixation of the reinforcing body 8th on the anode 3.1 the membrane-electrode unit 3 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bipolarplattebipolar
1.1, 1.21.1, 1.2
Plattenplates
22
Kanalstrukturchannel structure
33
Membran-Elektroden-EinheitMembrane-electrode assembly
3.13.1
Anodeanode
3.23.2
Kathodecathode
3.33.3
Elektrolytelectrolyte
4.14.1
anodenseitige Gasdiffusionsschichtanode-side gas diffusion layer
4.1.14.1.1
Stabilisierungsschichtstabilizing layer
4.1.24.1.2
mikroporöse Schichtmicroporous layer
4.24.2
kathodenseitige Gasdiffusionsschichtcathode-side gas diffusion layer
4.2.14.2.1
Stabilisierungsschichtstabilizing layer
4.2.2.4.2.2.
mikroporöse Schichtmicroporous layer
5.1 bis 5.65.1 to 5.6
Klebestellensplices
66
Klemmstellennip
77
Dichtkörpersealing body
88th
Verstärkungskörperreinforcing body
B1 bis BnB1 to Bn
Brennstoffzellefuel cell
KK
Kanälechannels
SS
StegeStege
STST
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2008/0050639 A1 [0010] US 2008/0050639 A1 [0010]

Claims (6)

Brennstoffzellenstapel (ST), umfassend mehrere Brennstoffzellen (B1 bis Bn), wobei die jeweilige Brennstoffzelle (B1 bis Bn) eine Membran-Elektroden-Einheit (3) sowie beidseitig dieser jeweils eine Gasdiffusionsschicht (4.1, 4.2) umfasst und wobei zwischen benachbarten Brennstoffzellen (B1, B2) eine Bipolarplatte (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Gasdiffusionsschichten (4.1, 4.2) an der angrenzenden Bipolarplatte (1) fixiert ist.A fuel cell stack (ST) comprising a plurality of fuel cells (B1 to Bn), wherein the respective fuel cell (B1 to Bn) comprises a membrane electrode assembly ( 3 ) as well as a gas diffusion layer on both sides ( 4.1 . 4.2 ) and wherein between adjacent fuel cells (B1, B2) a bipolar plate ( 1 ), characterized in that at least one of the gas diffusion layers ( 4.1 . 4.2 ) on the adjacent bipolar plate ( 1 ) is fixed. Brennstoffzellenstapel (ST) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gasdiffusionsschichten (4.1, 4.2) an der jeweils angrenzenden Bipolarplatte (4) fixiert sind.Fuel cell stack (ST) according to claim 1, characterized in that both gas diffusion layers ( 4.1 . 4.2 ) on the respectively adjacent bipolar plate ( 4 ) are fixed. Brennstoffzellenstapel (ST) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsschicht (4.1, 4.2) mit deren Stabilisierungsschicht (4.1.1, 4.2.1) auf der Bipolarplatte (1) fixiert ist.Fuel cell stack (ST) according to claim 1 or 2, characterized in that the gas diffusion layer ( 4.1 . 4.2 ) with its stabilizing layer ( 4.1.1 . 4.2.1 ) on the bipolar plate ( 1 ) is fixed. Brennstoffzellenstapel (ST) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsschicht (4.1, 4.2) form-, stoff- und/oder kraftschlüssig an der angrenzenden Bipolarplatte (1) fixiert ist.Fuel cell stack (ST) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas diffusion layer ( 4.1 . 4.2 ) positively, materially and / or non-positively connected to the adjacent bipolar plate ( 1 ) is fixed. Brennstoffzellenstapel (ST) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Bipolarplatten (1) mindestens einen Dichtkörper (7) aufweist.Fuel cell stack (ST) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the bipolar plates ( 1 ) at least one sealing body ( 7 ) having. Brennstoffzellenstapel (ST) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-Elektroden-Einheit (3) zumindest einen Verstärkungskörper (8) aufweist.Fuel cell stack (ST) according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane electrode assembly ( 3 ) at least one reinforcing body ( 8th ) having.
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