DE102022205356A1

DE102022205356A1 - Arrangement, gasket MEA system, fuel cell stack and method for producing an arrangement

Info

Publication number: DE102022205356A1
Application number: DE102022205356.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ringk; Anton Ringel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2023-11-30

Abstract

Anordnung (100) für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels (200), wobei die Anordnung (100) aufweist:- eine plattenförmige Membran (10) mit einer Anodenseite (11), einer der Anodenseite (11) gegenüberliegenden Kathodenseite (12) sowie einer Membran-Außenmantelfläche (13),- ein Gasket (20), insbesondere plattenförmiges Gasket, mit einer ersten Gasketseite (21), einer der ersten Gasketseite (21) gegenüberliegenden zweiten Gasketseite (22), wobei das Gasket (20) eine Öffnung (28) von der ersten Gasketseite (21) zu der zweiten Gasketseite (22) aufweist, wobei das Gasket (20) eine durch die Öffnung (28) gebildete Gasket-Innenmantelfläche (23) aufweist,- einen Verbindungskörper (30a, 30b), wobei zumindest die Membran (10) in der Öffnung (28) des Gaskets (20) angeordnet ist, wobei das Gasket (20) mittels zumindest des Verbindungskörpers (30a, 30b) zumindest abschnittsweise mit der Membran (10) verbunden ist.Arrangement (100) for a fuel cell of a fuel cell stack (200), the arrangement (100) having: - a plate-shaped membrane (10) with an anode side (11), a cathode side (12) opposite the anode side (11) and a membrane - Outer lateral surface (13), - a gasket (20), in particular plate-shaped gasket, with a first gasket side (21), a second gasket side (22) opposite the first gasket side (21), the gasket (20) having an opening (28). the first gasket side (21) to the second gasket side (22), the gasket (20) having a gasket inner jacket surface (23) formed by the opening (28), - a connecting body (30a, 30b), at least the membrane (10) is arranged in the opening (28) of the gasket (20), the gasket (20) being connected at least in sections to the membrane (10) by means of at least the connecting body (30a, 30b).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Gasket-MEA-System, einen Brennstoffzellenstapel sowie Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Anordnung.The invention relates to an arrangement, a gasket MEA system, a fuel cell stack and methods for producing an arrangement according to the invention.

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 each other by means of an ion-conducting electrolyte. The fuel cell converts the energy from a chemical reaction of a fuel with an oxidizer directly into electricity. There are different types of fuel cells.

Ein spezieller Brennstoffzellentyp ist die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM-FC). In einer PEM-FC grenzen an eine Polymerelektrolytmembran (PEM) zwei poröse Elektroden (Anode bzw. Kathode) mit einer Katalysatorschicht an. Weiter umfasst die PEM-FC Gasdiffusionslagen (GDL), welche die Polymerelektrolytmembran (PEM) und die zwei porösen Elektroden mit einer Katalysatorschicht beidseitig begrenzen. Die Polymerelektrolytmembran, die beiden Elektroden mit der Katalysatorschicht und die beiden Gasdiffusionslagen bilden eine sog. Membranelektrodeneinheit (MEA). Bipolarplatten wiederum begrenzen beidseitig die MEA. Ein Brennstoffzellenstapel ist aus abwechselnd übereinander angeordneten MEA und Bipolarplatten aufgebaut. Auf einer Anodenseite einer Bipolarplatte findet eine Verteilung des Brennstoffes, insbesondere Wasserstoff, und auf einer Kathodenseite der Bipolarplatte eine Verteilung des Oxidationsmittels, insbesondere Luft/Sauerstoff, statt.A special type of fuel cell is the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM-FC). In a PEM-FC, two porous electrodes (anode or cathode) with a catalyst layer adjoin a polymer electrolyte membrane (PEM). The PEM-FC also includes gas diffusion layers (GDL), which delimit the polymer electrolyte membrane (PEM) and the two porous electrodes with a catalyst layer on both sides. The polymer electrolyte membrane, the two electrodes with the catalyst layer and the two gas diffusion layers form a so-called membrane electrode unit (MEA). Bipolar plates, in turn, limit 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 on an anode side of a bipolar plate, and the oxidizing agent, in particular air/oxygen, is distributed on a cathode side of the bipolar plate.

Für eine bessere Handhabung sowie zur elektrischen Isolierung kann die PEM zusammen mit den beiden porösen Elektroden zusätzlich zwischen zwei Folien (PEN-Folien) eingefasst werden. Die beiden Folien sind mit einem Klebstoff beschichtet und werden bspw. mittels eines Laminierprozesses zu einem Subgasket zusammengefügt. Nachteiligerweise sind derartige Folien besonderes kostenintensiv. Ferner kann durch den Klebstoff der Folien des Gaskets ein Teil der Aktivfläche einer Brennstoffzelle verdeckt sein. Ferner kann eine derartig ausgebildete MEA einen nicht-funktionalen Luftspalt zwischen einer Gasdiffusionslage der MEA und einer Elektrode der MEA aufweisen.For better handling and electrical insulation, the PEM together with the two porous electrodes can also be enclosed between two foils (PEN foils). The two films are coated with an adhesive and are joined together to form a subgasket, for example using a lamination process. The disadvantage is that such films are particularly expensive. Furthermore, part of the active surface of a fuel cell can be covered by the adhesive of the gasket foils. Furthermore, an MEA designed in this way can have a non-functional air gap between a gas diffusion layer of the MEA and an electrode of the MEA.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Gasket-MEA-System gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8, einen Brennstoffzellenstapel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.The present invention shows an arrangement according to the features of claim 1, a gasket MEA system according to the features of claim 8, a fuel cell stack according to the features of claim 9 and a method according to the features of claim 10.

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 Anordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gasket-MEA-System, dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel und dem erfindungsgemäßen Verfahren 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 emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the arrangement according to the invention naturally also apply in connection with the gasket MEA system according to the invention, the fuel cell stack according to the invention and the method according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is always reciprocal is or can be referred to.

Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Anordnung für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Anordnung eine plattenförmige Membran mit einer Anodenseite, einer der Anodenseite gegenüberliegenden Kathodenseite sowie einer Membran-Außenmantelfläche aufweist. Ferner umfasst die Anordnung ein Gasket, insbesondere plattenförmiges Gasket, mit einer ersten Gasketseite, einer der ersten Gasketseite gegenüberliegenden zweiten Gasketseite, wobei das Gasket eine Öffnung von der ersten Gasketseite zu der zweiten Gasketseite aufweist, und wobei das Gasket eine durch die Öffnung gebildete Gasket-Innenmantelfläche aufweist. Ferner umfasst die Anordnung einen Verbindungskörper. Außerdem ist bei der Anordnung zumindest die Membran in der Öffnung des Gaskets angeordnet, und wobei das Gasket mittels zumindest des Verbindungskörpers zumindest abschnittsweise mit der Membran verbunden, insbesondere stoffschlüssig, verbunden ist.According to a first aspect, the present invention shows an arrangement for a fuel cell of a fuel cell stack, wherein the arrangement has a plate-shaped membrane with an anode side, a cathode side opposite the anode side and a membrane outer surface. Furthermore, the arrangement comprises a gasket, in particular a plate-shaped gasket, with a first gasket side, a second gasket side opposite the first gasket side, the gasket having an opening from the first gasket side to the second gasket side, and wherein the gasket has a gasket formed by the opening. Has inner surface. The arrangement further comprises a connecting body. In addition, in the arrangement, at least the membrane is arranged in the opening of the gasket, and the gasket is connected at least in sections to the membrane, in particular in a materially bonded manner, by means of at least the connecting body.

Die Membran ist insbesondere zumindest in einem Aktivbereich einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels angeordnet.The membrane is in particular arranged at least in an active region of a fuel cell of a fuel cell stack.

Die Membran kann bspw. eine Nanfion-Membran (Nafion™) sein.The membrane can be, for example, a Nanfion membrane (Nafion™).

Insbesondere verbindet die Membran-Außenmantelfläche der plattenförmigen Membran die Anodenseite der plattenförmigen Membran mit der Kathodenseide der plattenförmigen Membran. Die Membran-Außenmantelfläche wird insbesondere durch einen äußeren Rand der Membran gebildet.In particular, the membrane outer surface of the plate-shaped membrane connects the anode side of the plate-shaped membrane with the cathode silk of the plate-shaped membrane. The outer membrane surface is formed in particular by an outer edge of the membrane.

Insbesondere ist das Gasket plattenförmig ausgestaltet. Ferner ist insbesondere die erste Gasketseite der plattenförmigen Gasket eine erste Plattenseite des Gaskets und die zweite Gasketseite der plattenförmigen Gasket ist eine der ersten Plattenseite gegenüberliegende zweite Plattenseite des Gaskets. Das plattenförmige Gasket kann folienartig sein.In particular, the gasket is plate-shaped. Furthermore, in particular the first gasket side of the plate-shaped gasket is a first plate side of the gasket and the second gasket side of the plate-shaped gasket is a second plate side opposite the first plate side Gaskets. The plate-shaped gasket can be film-like.

Das Gasket weist eine Gasket-Innenmantelfläche und eine Gasket-Außenmantelfläche auf. Die Gasket-Innenmantelfläche ist als die Fläche des Gaskets zu verstehen, welche durch die Öffnung in dem Gasket gebildet wird. Insbesondere wird die Gasket-Innenmantelfläche durch einen durch die Öffnung in dem Gasket gebildeten inneren Rand des Gaskets gebildet. Insbesondere verbindet die Gasket-Innenmantelfläche des Gaskets die erste Gasketseite und die der ersten Gasketseite gegenüberliegende zweite Gasketseite. Die Gasket-Außenmantelfläche wird insbesondere durch einen äußeren Rand des Gasket gebildet. Die Öffnung des Gaskets kann auch als ein Durchbruch durch das Gasket verstanden werden.The gasket has a gasket inner surface and a gasket outer surface. The gasket inner surface is to be understood as the surface of the gasket which is formed by the opening in the gasket. In particular, the gasket inner surface is formed by an inner edge of the gasket formed by the opening in the gasket. In particular, the gasket inner lateral surface of the gasket connects the first gasket side and the second gasket side opposite the first gasket side. The gasket outer surface is formed in particular by an outer edge of the gasket. The opening of the gasket can also be understood as a breakthrough through the gasket.

Der in den vorangegangenen Absätzen und folgenden Absätzen verwendete Ausdruck „zumindest abschnittsweise“ kann insbesondere als „zumindest abschnittsweise entlang des inneren Randes des Gaskets und/oder als zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randes der Membran“ verstanden werden.The expression “at least in sections” used in the previous paragraphs and following paragraphs can be understood in particular as “at least in sections along the inner edge of the gasket and/or as at least in sections along the outer edge of the membrane”.

Die Anordnung kann einen oder mehrere Verbindungskörper aufweisen. Details und/oder Merkmale und/oder Vorteile die in den vorangegangenen und/oder nachfolgenden Absätzen zu dem zumindest einen Verbindungskörper erwähnt werden, können auch auf die anderen (weiteren) Verbindungskörper übertragen werden, und umgekehrt.The arrangement can have one or more connecting bodies. Details and/or features and/or advantages that are mentioned in the preceding and/or subsequent paragraphs regarding the at least one connecting body can also be transferred to the other (further) connecting bodies, and vice versa.

Vorteilhaftweise kann mit einer erfindungsgemäßen Anordnung die Anzahl an Komponenten besonders geringgehalten werden. Somit kann die Anordnung aus Membran, Gasket und Verbindungskörper besonders kostengünstig sein. Ferner kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung ein Gasket-MEA-System bereitgestellt werden, bei welchem eine Aktivfläche für das Erzeugen elektrischer Energie nicht durch den Verbindungskörper verdeckt ist. Außerdem kann ein nicht-funktionaler Luftspalt zwischen einer Gasdiffusionslage und einer porösen Elektrode eliminiert werden. Somit kann ein Brennstoffzellenstapel besonders vorteilhaft betrieben werden und besonders günstig hergestellt werden.Advantageously, the number of components can be kept particularly low with an arrangement according to the invention. The arrangement of membrane, gasket and connecting body can therefore be particularly cost-effective. Furthermore, with the arrangement according to the invention, a gasket MEA system can be provided in which an active surface for generating electrical energy is not covered by the connecting body. In addition, a non-functional air gap between a gas diffusion layer and a porous electrode can be eliminated. A fuel cell stack can therefore be operated particularly advantageously and manufactured particularly cheaply.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Anordnung sich die Gasket-Innenmantelfläche des Gaskets und die Membran-Außenmantelfläche der Membran zumindest abschnittsweise einander wenigstens teilweise gegenüberliegen. Somit kann die Anordnung besonders einfach hergestellt werden, geometrisch kompakt ausgebildet sein sowie mechanisch stabil sein. Ferner kann somit Gasketmaterial eingespart werden. Insbesondere können sich die Gasket-Innenmantelfläche des Gaskets und die Membran-Außenmantelfläche der Membran direkt einander gegenüberliegen. Mit anderen Worten kann die Gasket-Innenmantelfläche des Gaskets unversetzt, insbesondere in einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels unversetzt, zu der Membran-Außenmantelfläche der Membran angeordnet sein.It can be advantageous if, in an arrangement according to the invention, the gasket inner surface of the gasket and the membrane outer surface of the membrane are at least partially opposite one another, at least in sections. The arrangement can therefore be manufactured particularly simply, be geometrically compact and be mechanically stable. Furthermore, gasket material can be saved. In particular, the inner gasket surface of the gasket and the membrane outer surface of the membrane can lie directly opposite one another. In other words, the inner surface of the gasket of the gasket can be arranged not offset, in particular not offset in a stacking direction of the fuel cell stack, from the membrane outer surface of the membrane.

Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Anordnung sich die Gasket-Innenmantelfläche und die Membran-Außenmantelfläche zumindest abschnittsweise kontaktieren, wobei insbesondere ein Verbindungskörper zumindest abschnittsweise an der ersten Gasketseite des Gaskets und an der Anodenseite der Membran zum Verbinden, insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, des Gaskets mit der Membran angeordnet ist und/oder wobei insbesondere ein (weiterer) Verbindungskörper zumindest abschnittsweise an der zweiten Gasketseite des Gaskets und an der Kathodenseite der Membran zum Verbinden, insbesondere zum stoffschlüssigen Verbinden, des Gaskets mit der Membran angeordnet ist. Somit kann besonders vorteilhaft Klebstoff eingespart werden und die Anordnung mechanisch besonders stabil sein, sodass ein Handling der Anordnung für das Stapeln der Komponenten eines Brennstoffzellenstapels zu dem Brennstoffzellenstapel besonders präzise erfolgen kann. Vorzugsweise kontaktieren sich die Gasket-Innenmantelfläche und die Membran-Außenmantelfläche entlang des vollständigen, durch die Öffnung in dem Gasket gebildeten inneren Rand des Gaskets. Somit kann die Anordnung mechanisch besonders stabil sein. Mit dem Ausdruck: „sich die Gasket-Innenmantelfläche und die Membran-Außenmantelfläche zumindest abschnittsweise kontaktieren“ soll ausgedrückt werden, dass sich die Gasket-Innenmantelfläche und die Membran-Außenmantelfläche zumindest abschnittsweise direkt kontaktieren. Mit anderen Worten befindet sich insbesondere zumindest abschnittsweise zwischen der Gasket-Innenmantelfläche und der Membran-Außenmantelfläche kein weiterer Körper. Ferner ist insbesondere der zumindest abschnittsweise an der ersten Gasketseite des Gaskets und an der Anodenseite der Membran angeordnete Verbindungskörper plattenförmig bzw. schichtförmig ausgestaltet und/oder ist der zumindest abschnittsweise an der zweiten Gasketseite des Gaskets und an der Kathodenseite der Membran angeordnete (weitere) Verbindungskörper plattenförmig bzw. schichtförmig ausgestaltet. Somit kann die Anordnung besonders einfach ausgestaltet sein.Advantageously, in an arrangement according to the invention, the gasket inner surface and the membrane outer surface can contact each other at least in sections, in particular a connecting body at least in sections on the first gasket side of the gasket and on the anode side of the membrane for connecting, in particular cohesively connecting, the gasket to the membrane is arranged and/or wherein in particular a (further) connecting body is arranged at least in sections on the second gasket side of the gasket and on the cathode side of the membrane for connecting, in particular for cohesively connecting, the gasket to the membrane. This means that adhesive can be saved particularly advantageously and the arrangement can be particularly mechanically stable, so that the arrangement for stacking the components of a fuel cell stack to form the fuel cell stack can be handled particularly precisely. Preferably, the gasket inner surface and the membrane outer surface contact each other along the entire inner edge of the gasket formed by the opening in the gasket. The arrangement can therefore be particularly mechanically stable. The expression: “the gasket inner surface and the membrane outer surface contact each other at least in sections” is intended to express that the gasket inner surface and the membrane outer surface contact each other directly, at least in sections. In other words, in particular, there is no further body, at least in sections, between the gasket inner surface and the membrane outer surface. Furthermore, in particular the connecting body arranged at least in sections on the first gasket side of the gasket and on the anode side of the membrane is plate-shaped or layer-shaped and / or the (further) connecting body arranged at least in sections on the second gasket side of the gasket and on the cathode side of the membrane is plate-shaped or designed in layers. The arrangement can therefore be designed to be particularly simple.

Mit besonderem Vorteil kann bei einer erfindungsgemäßen Anordnung die Gasket-Innenmantelfläche des Gaskets und die Membran-Außenmantelfläche der Membran zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet sein, wobei insbesondere der zumindest eine Verbindungskörper zumindest abschnittsweise zwischen der Gasket-Innenmantelfläche des Gaskets und der Membran-Außenmantelfläche der Membran zum Verbinden, insbesondere zum stoffschlüssigen Verbinden, des Gaskets mit der Membran angeordnet ist. Somit kann eine Verbindung, insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung, zwischen dem Gasket und der Membran besonders sicher hergestellt werden. Vorzugsweise ist zumindest abschnittsweise der zumindest eine Verbindungskörper an der ersten Gasketseite des Gaskets und an der Anodenseite der Membran und an der zweiten Gasketseite des Gaskets und an der Kathodenseite der Membran sowie zwischen der Gasket-Innenmantelfläche des Gaskets und der Membran-Außenmantelfläche der Membran zum Verbinden, insbesondere zum stoffschlüssigen Verbinden, des Gaskets mit der Membran angeordnet. Somit kann die Anordnung besonders einfach hergestellt werden und/oder die Dichtigkeit zwischen Anodenseite und Kathodenseite eines fluiddichten Verbindungskörpers besonders groß sein. Der zumindest eine Verbindungskörper ist insbesondere einstückig ausgebildet bzw. angeordnet, bspw. mittels eines Dispensverfahrens oder eines Jet-Verfahrens. In einem Vertikalschnitt kann der zumindest eine Verbindungskörper H-förmig oder im Wesentlichen H-förmig ausgestaltet sein.With particular advantage, in an arrangement according to the invention, the gasket inner surface of the gasket and the membrane outer surface of the membrane can be spaced apart from one another at least in sections, in particular the at least one connecting body is arranged in sections between the gasket inner surface of the gasket and the membrane outer surface of the membrane for connecting, in particular for cohesively connecting, the gasket to the membrane. A connection, in particular a cohesive connection, can thus be produced particularly securely between the gasket and the membrane. Preferably, at least in sections, the at least one connecting body is on the first gasket side of the gasket and on the anode side of the membrane and on the second gasket side of the gasket and on the cathode side of the membrane and between the gasket inner surface of the gasket and the membrane outer surface of the membrane for connection , in particular for materially connecting, the gasket is arranged with the membrane. The arrangement can therefore be manufactured particularly simply and/or the tightness between the anode side and cathode side of a fluid-tight connecting body can be particularly high. The at least one connecting body is in particular formed or arranged in one piece, for example by means of a dispensing process or a jet process. In a vertical section, the at least one connecting body can be H-shaped or essentially H-shaped.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einer erfindungsgemäßen Anordnung das Gasket einstückig ausgebildet sein, wobei insbesondere die Anordnung nur ein einziges Gasket aufweist. Vorteilhafterweise wird erfindungsgemäß darauf verzichtet eine Membran, insbesondere eine Polymerelektrolytmembran, zusammen mit den beiden porösen Elektroden zwischen zwei Folien (PEN-Folien) einzufassen. Somit kann die Anordnung besonders komponentenreduziert sein und kann damit besonders kostengünstig und einfach ausgestaltet sein. Das Gasket kann ferner einen Kunststoff und/oder Keramik und/oder ein Metall aufweisen. Vorzugsweise ist das Gasket aus Kunststoff. Bspw. kann das Gasket eine PEN-Folie (Polyethylennaphtalat) sein. According to a further preferred embodiment, in an arrangement according to the invention, the gasket can be formed in one piece, in particular the arrangement having only a single gasket. Advantageously, according to the invention, it is not necessary to surround a membrane, in particular a polymer electrolyte membrane, together with the two porous electrodes between two foils (PEN foils). The arrangement can therefore have a particularly reduced number of components and can therefore be designed to be particularly cost-effective and simple. The gasket can also have a plastic and/or ceramic and/or a metal. The gasket is preferably made of plastic. For example, the gasket can be a PEN film (polyethylene naphthalate).

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Anordnung das zumindest eine Verbindungsmittel zumindest abschnittsweise ein Klebstoff ist und/oder dass das zumindest eine Verbindungsmittel zumindest abschnittsweise ein kleberfreies Polymer, insbesondere ein Elastomer ist. Durch das zumindest abschnittsweise Verwenden eines Klebstoffes kann die Anordnung besonders vorteilhaft stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Ferner kann die Anordnung mechanisch besonders stabil sein, sodass eine Dichtigkeit der Anordnung besonders vorteilhaft sein kann und weiter ein Handling der Anordnung für einen Brennstoffzellenstapel besonders vorteilhaft sein kann. Durch das zumindest abschnittsweise Verwenden eines kleberfreien Polymers kann die Anordnung besonders kostengünstig sein, wobei insbesondere durch eine Verpressung des Brennstoffzellenstapels eine Dichtigkeit hergestellt werden kann.It can be advantageous if, in an arrangement according to the invention, the at least one connecting means is at least partially an adhesive and/or that the at least one connecting means is at least partially an adhesive-free polymer, in particular an elastomer. By using an adhesive at least in sections, the arrangement can be particularly advantageously connected to one another in a materially bonded manner. Furthermore, the arrangement can be particularly mechanically stable, so that a tightness of the arrangement can be particularly advantageous and further handling of the arrangement can be particularly advantageous for a fuel cell stack. By using an adhesive-free polymer at least in sections, the arrangement can be particularly cost-effective, with sealing being able to be achieved in particular by pressing the fuel cell stack.

Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der zumindest eine Verbindungskörper fluiddicht oder im Wesentlichen fluiddicht für zumindest eines der Prozessgase der Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels sein und/oder dass der zumindest eine Verbindungskörper elektrisch isolierend ist. Vorzugsweise ist der zumindest eine Verbindungskörper fluiddicht oder im Wesentlichen fluiddicht zumindest für das Oxidationsmittel, bspw. Luft, der Brennstoffzelle sowie fluiddicht oder im Wesentlichen fluiddicht für das Reduktionsmittel, bspw. Wasserstoff, der Brennstoffzelle. Somit kann eine Dichtigkeit der Anordnung sichergestellt werden. Mit anderen Worten kann verhindert werden, dass das Reduktionsmittel und das Oxidationsmittel an einer Verbindungsstelle (über den Verbindungskörper) zueinander gelangen können. Ferner ist vorteilhafterweise zusätzlich der Verbindungskörper elektrisch isolierend. Somit kann ein elektrischer Kurzschluss einer Brennstoffzelle verhindert werden.Advantageously, in an arrangement according to the invention, the at least one connecting body can be fluid-tight or substantially fluid-tight for at least one of the process gases of the fuel cell of the fuel cell stack and/or the at least one connecting body is electrically insulating. Preferably, the at least one connecting body is fluid-tight or essentially fluid-tight at least for the oxidizing agent, for example air, of the fuel cell and fluid-tight or essentially fluid-tight for the reducing agent, for example hydrogen, of the fuel cell. This ensures that the arrangement is tight. In other words, it can be prevented that the reducing agent and the oxidizing agent can get to each other at a connection point (via the connection body). Furthermore, the connecting body is advantageously electrically insulating. This means that an electrical short circuit in a fuel cell can be prevented.

Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Gasket-MEA-System, wobei das Gasket-MEA-System eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung aufweist. Ferner umfasst das Gasket-MEA-System eine an die Anodenseite der Membran der Anordnung angeordnete Anode, wobei die Anode eine der Membran abgewandte Gasdiffusionslagenseite aufweist. Ferner umfasst das Gasket-MEA-System eine an die Kathodenseite der Membran der Anordnung angeordnete Kathode, wobei die Kathode eine der Membran abgewandte Gasdiffusionslagenseite aufweist, Ferner umfasst das Gasket-MEA-System eine zumindest an die Gasdiffusionslagenseite der Anode angeordnete, insbesondere stoffschlüssig angeordnete, erste Gasdiffusionslage. Ferner umfasst das Gasket-MEA-System eine zumindest an die Gasdiffusionslagenseite der Kathode angeordnete, insbesondere stoffschlüssig angeordnete, zweite Gasdiffusionslage. Ferner sind bei dem Gasket-MEA-System die Anordnung mit der Membran und dem Gasket sowie die Anode, die Kathode, die erste Gasdiffusionslage und die zweite Gasdiffusionslage mittels zumindest des zumindest einen Verbindungskörpers der Anordnung zumindest abschnittsweise miteinander verbunden, insbesondere zumindest abschnittsweise stoffschlüssig miteinander verbunden.According to a second aspect, the present invention shows a gasket MEA system, wherein the gasket MEA system has an arrangement designed according to the invention. Furthermore, the gasket MEA system comprises an anode arranged on the anode side of the membrane of the arrangement, the anode having a gas diffusion layer side facing away from the membrane. Furthermore, the gasket MEA system comprises a cathode arranged on the cathode side of the membrane of the arrangement, wherein the cathode has a gas diffusion layer side facing away from the membrane. Furthermore, the gasket MEA system comprises a cathode arranged at least on the gas diffusion layer side of the anode, in particular arranged in a materially bonded manner, first gas diffusion layer. Furthermore, the gasket MEA system comprises a second gas diffusion layer arranged at least on the gas diffusion layer side of the cathode, in particular arranged in a cohesive manner. Furthermore, in the gasket MEA system, the arrangement with the membrane and the gasket as well as the anode, the cathode, the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer are at least partially connected to one another by means of at least the at least one connecting body of the arrangement, in particular at least partially connected to one another in a materially bonded manner .

Der Verbindungskörper weist insbesondere zumindest eine Verbindungskörper-Innenmantelfläche auf. Der zumindest eine Verbindungskörper kann mit der Verbindungskörper-Innenmantelfläche an eine Anoden-Außenmantelfläche der Anode und/oder an die Kathoden-Außenmantelfläche der Kathode angeordnet sein, vorzugsweise direkt angeordnet sein.The connecting body in particular has at least one inner surface of the connecting body. The at least one connecting body can be connected to the inner surface of the connecting body to an anode outer surface of the anode and/or be arranged on the cathode outer surface of the cathode, preferably arranged directly.

Ferner kann der zumindest eine Verbindungskörper eine die erste Gasdiffusionslage kontaktierende erste Gasdiffusionslagenseite und/oder kann der zumindest eine Verbindungskörper bzw. ein weiterer Verbindungskörper eine die zweite Gasdiffusionslage kontaktierende zweite Gasdiffusionslagenseite umfassen. Insbesondere kann die erste Gasdiffusionslage an die Gasdiffusionslagenseite der Anode und an die erste Gasdiffusionslagenseite des Verbindungskörpers angeordnet sein und/oder kann insbesondere die zweite Gasdiffusionslage an die Gasdiffusionslagenseite der Kathode und an die zweite Gasdiffusionslagenseite des Verbindungskörpers bzw. des weiteren Verbindungskörpers angeordnet sein.Furthermore, the at least one connecting body can comprise a first gas diffusion layer side contacting the first gas diffusion layer and/or the at least one connecting body or a further connecting body can comprise a second gas diffusion layer side contacting the second gas diffusion layer. In particular, the first gas diffusion layer can be arranged on the gas diffusion layer side of the anode and on the first gas diffusion layer side of the connecting body and/or in particular the second gas diffusion layer can be arranged on the gas diffusion layer side of the cathode and on the second gas diffusion layer side of the connecting body or the further connecting body.

Insbesondere ist ferner die erste Gasdiffusionslage plattenförmig ausgebildet und/oder die zweite Gasdiffusionslage ist plattenförmig ausgebildet.In particular, the first gas diffusion layer is also designed in the shape of a plate and/or the second gas diffusion layer is designed in the shape of a plate.

Das Gasket-MEA-System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.The gasket MEA system according to the second aspect of the invention therefore has the same advantages as have already been described for the arrangement according to the first aspect of the invention.

Gemäß einem dritten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung einen Brennstoffzellenstapel, wobei der Brennstoffzellenstapel eine erste Separatorplatte und eine zweite Separatorplatte umfasst. Ferner umfasst der Brennstoffzellenstapel eine zwischen der ersten Separatorplatte und der zweiten Separatorplatte angeordnete, erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung oder ein zwischen der ersten Separatorplatte und der zweiten Separatorplatte angeordnete, erfindungsgemäß ausgebildetes Gasket-MEA-System.According to a third aspect, the present invention shows a fuel cell stack, wherein the fuel cell stack comprises a first separator plate and a second separator plate. Furthermore, the fuel cell stack comprises an arrangement designed according to the invention arranged between the first separator plate and the second separator plate or a gasket MEA system designed according to the invention arranged between the first separator plate and the second separator plate.

Insbesondere ist die erste Separatorplatte plattenförmig ausgebildet und/oder die zweite Separatorplatte ist plattenförmig ausgebildet. Die erste Separatorplatte kann auch als erste Bipolarplatte und/oder die zweite Separatorplatte kann auch als zweite Bipolarplatte verstanden werden.In particular, the first separator plate is plate-shaped and/or the second separator plate is plate-shaped. The first separator plate can also be understood as a first bipolar plate and/or the second separator plate can also be understood as a second bipolar plate.

Der Brennstoffzellenstapel gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. dem Gasket-MEA-System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.The fuel cell stack according to the third aspect of the invention therefore has the same advantages as have already been described for the arrangement according to the first aspect of the invention or the gasket MEA system according to the second aspect of the invention.

Gemäß einem vierten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Anordnung, für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei das Verfahren als einen Schritt ein Bereitstellen einer plattenförmigen Membran mit einer Anodenseite, einer der Anodenseite gegenüberliegenden Kathodenseite sowie einer Membran-Außenmantelfläche aufweist. Das Verfahren umfasst als einen weiteren Schritt ein Bereitstellen eines Gaskets, insbesondere eines folienartigen Gaskets, mit einer ersten Gasketseite, einer der ersten Gasketseite gegenüberliegenden zweiten Gasketseite, wobei das Gasket eine Öffnung von der ersten Gasketseite zu der zweiten Gasketseite aufweist, und wobei das Gasket eine durch die Öffnung gebildete Gasket-Innenmantelfläche aufweist. Das Verfahren umfasst ferner als einen weiteren Schritt ein Anordnen zumindest der Membran in der Öffnung des Gaskets. Das Verfahren umfasst außerdem als einen weiteren Schritt ein zumindest abschnittsweises Verbinden, insbesondere ein zumindest abschnittsweises stoffschlüssiges Verbinden, wenigstens des Gaskets mittels zumindest eines Verbindungskörpers mit der in der Öffnung des Gaskets angeordneten Membran.According to a fourth aspect, the present invention shows a method for producing an arrangement, in particular an arrangement according to the invention, for a fuel cell of a fuel cell stack, the method comprising, as one step, providing a plate-shaped membrane with an anode side, a cathode side opposite the anode side and a membrane side. Has outer surface area. The method comprises, as a further step, providing a gasket, in particular a film-like gasket, with a first gasket side, a second gasket side opposite the first gasket side, wherein the gasket has an opening from the first gasket side to the second gasket side, and wherein the gasket has a Gasket inner surface formed by the opening. The method further comprises, as a further step, arranging at least the membrane in the opening of the gasket. The method also includes, as a further step, at least a sectional connection, in particular a at least sectional cohesive connection, of at least the gasket by means of at least one connecting body with the membrane arranged in the opening of the gasket.

Die zuvor und die im Nachfolgenden beschrieben Verfahrensschritte können, sofern technisch sinnvoll, einzeln, zusammen, einfach, mehrfach, zeitlich parallel und/oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.The method steps described above and those described below can, if technically sensible, be carried out individually, together, simply, multiple times, in parallel and/or one after the other in any order.

Das zumindest abschnittsweise stoffschlüssige Verbinden wenigstens des Gaskets mittels zumindest eines Verbindungskörpers mit der in der Öffnung des Gaskets angeordneten Membran ist insbesondere ein Verkleben.The at least partially cohesive connection of at least the gasket by means of at least one connecting body to the membrane arranged in the opening of the gasket is, in particular, bonding.

Insbesondere kann die Membran mit einer bereits an die Anodenseite der Membran der Anordnung angeordneten Anode, wobei die Anode eine der Membran abgewandte Gasdiffusionslagenseite aufweist, und/oder mit einer bereits an die Kathodenseite der Membran der Anordnung angeordneten Kathode, wobei die Kathode eine der Membran abgewandte Gasdiffusionslagenseite aufweist, bereitgestellt werden. Somit kann das Herstellen einer Anordnung mit der Membran, dem Gasket und der Anode und der Kathode besonders einfach erfolgen.In particular, the membrane can have an anode already arranged on the anode side of the membrane of the arrangement, the anode having a gas diffusion layer side facing away from the membrane, and/or with a cathode already arranged on the cathode side of the membrane of the arrangement, the cathode having a gas diffusion layer side facing away from the membrane Gas diffusion layer side can be provided. The production of an arrangement with the membrane, the gasket and the anode and the cathode can therefore be carried out particularly easily.

Ferner können insbesondere eine erste, zumindest an die Gasdiffusionslagenseite der Anode anordenbare erste Gasdiffusionslage bereitgestellt werden und/oder kann eine zweite, zumindest an die Gasdiffusionslagenseite der Kathode anordenbare zweite Gasdiffusionslage bereitgestellt werden. Die erste Gasdiffusionslage kann als Trägermaterial für den zumindest einen Verbindungskörper und/oder die zweite Gasdiffusionslage kann als Trägermaterial für den zumindest einen bzw. einen weiteren Verbindungskörper dienen. Bspw. kann eine erste Gasdiffusionslage bereitgestellt werden und anschließend ein Klebstoff auf eine Oberfläche der ersten Gasdiffusionslage, insbesondere an einem Randbereich der ersten Gasdiffusionslage, angeordnet werden, bspw. mittels eines Dispens-Verfahrens. Furthermore, in particular, a first gas diffusion layer that can be arranged at least on the gas diffusion layer side of the anode can be provided and/or a second second gas diffusion layer that can be arranged at least on the gas diffusion layer side of the cathode can be provided. The first gas diffusion layer can serve as a carrier material for the at least one connecting body and/or the second gas diffusion layer can serve as a carrier material for the at least one or a further connecting body. E.g. A first gas diffusion layer can be provided and an adhesive can then be arranged on a surface of the first gas diffusion layer, in particular on an edge region of the first gas diffusion layer, for example by means of a dispensing method.

Das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. dem MEA-Gasket-System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bzw. dem Brennstoffzellenstapel gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.The method according to the fourth aspect of the invention therefore has the same advantages as those already associated with the arrangement according to the first aspect of the invention or the MEA gasket system according to the second aspect of the invention or the fuel cell stack according to the third aspect of the invention have been described.

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 features and/or advantages arising from the claims, the description or the drawings, including constructive details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both individually and in the 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:

1 eine Anordnung,
2 eine Anordnung,
3 ein Gasket-MEA-System,
4 einen Brennstoffzellenstapel, und
5 ein Verfahren.

It shows schematically:

1 an arrangement,
2 an arrangement,
3 a gasket MEA system,
4 a fuel cell stack, and
5 a procedure.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.In the following figures, identical reference numbers are used for the same technical features of different exemplary embodiments.

1 offenbart in einem Vertikalschnitt einen Teil einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels 200, wobei die Anordnung 100 eine plattenförmige Membran 10 mit einer Anodenseite 11, einer der Anodenseite 11 gegenüberliegenden Kathodenseite 12 sowie einer Membran-Außenmantelfläche 13, umfasst. Ferner umfasst die Anordnung 100 ein einstückig ausgebildetes Gasket 20, insbesondere ein plattenförmiges Gasket 20, mit einer ersten Gasketseite 21, einer der ersten Gasketseite 21 gegenüberliegenden zweiten Gasketseite 22, wobei das Gasket 20 eine Öffnung 28 von der ersten Gasketseite 21 zu der zweiten Gasketseite 22 aufweist, und wobei das Gasket 20 eine durch die Öffnung 28 gebildete Gasket-Innenmantelfläche 23 aufweist. Ferner umfasst die Anordnung 100 einen Verbindungskörper 30a sowie einen weiteren Verbindungskörper 30b. Weiter ist bei der Anordnung 100 zumindest die Membran 10 in der Öffnung 28 des Gaskets 20 angeordnet, wobei das Gasket 20 mittels zumindest des Verbindungskörpers 30a und mittels des weiteren Verbindungskörpers 30b zumindest abschnittsweise mit der Membran 10 verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden. In 1 können sich ferner zusätzlich die Gasket-Innenmantelfläche 23 und die Membran-Außenmantelfläche 13 einander gegenüberliegen. Zusätzlich ist in 1 die Anordnung derart ausgestaltet, dass sich die Gasket-Innenmantelfläche 23 und die Membran-Außenmantelfläche 13 kontaktieren, wobei insbesondere der zumindest eine Verbindungskörper 30a an der ersten Gasketseite 21 des Gaskets 20 und an der Anodenseite 11 der Membran 10 zum Verbinden, insbesondere zum stoffschlüssigen Verbinden, des Gaskets 20 mit der Membran 10 angeordnet ist und wobei insbesondere der weitere Verbindungskörper 30b zumindest abschnittsweise an der zweiten Gasketseite 22 des Gaskets 20 und an der Kathodenseite 12 der Membran 10 zum Verbinden, insbesondere zum stoffschlüssigen Verbinden, des Gaskets 20 mit der Membran 10 angeordnet ist. Ferner kann zusätzlich das zumindest eine Verbindungsmittel 30a sowie das weitere Verbindungsmittel 30b ein Klebstoff sein. Es ist auch denkbar, dass das Verbindungsmittel ein nicht-klebendes Polymer, bspw. Ein Elastomer, ist. Ferner kann zusätzlich der zumindest eine Verbindungskörper 30a und der weitere Verbindungskörper 30b jeweils fluiddicht oder im Wesentlichen fluiddicht für das Oxidationsmittel und das Reduktionsmittel als Prozessgase der Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels 200 sein. Zusätzlich ist vorteilhafterweise der zumindest eine Verbindungskörper 30a und der weitere Verbindungskörper 30b jeweils elektrisch isolierend. 1 discloses in a vertical section a part of an arrangement 100 according to the invention for a fuel cell of a fuel cell stack 200, the arrangement 100 comprising a plate-shaped membrane 10 with an anode side 11, a cathode side 12 opposite the anode side 11 and a membrane outer surface 13. Furthermore, the arrangement 100 comprises a one-piece gasket 20, in particular a plate-shaped gasket 20, with a first gasket side 21, a second gasket side 22 opposite the first gasket side 21, the gasket 20 having an opening 28 from the first gasket side 21 to the second gasket side 22 and wherein the gasket 20 has a gasket inner surface 23 formed by the opening 28. The arrangement 100 further comprises a connecting body 30a and a further connecting body 30b. Furthermore, in the arrangement 100, at least the membrane 10 is arranged in the opening 28 of the gasket 20, the gasket 20 being connected at least in sections to the membrane 10 by means of at least the connecting body 30a and by means of the further connecting body 30b, in particular connected in a materially bonded manner. In 1 The gasket inner surface 23 and the membrane outer surface 13 can also lie opposite one another. Additionally is in 1 the arrangement is designed in such a way that the gasket inner surface 23 and the membrane outer surface 13 contact each other, in particular the at least one connecting body 30a on the first gasket side 21 of the gasket 20 and on the anode side 11 of the membrane 10 for connecting, in particular for cohesively connecting , of the gasket 20 is arranged with the membrane 10 and in particular the further connecting body 30b is arranged at least in sections on the second gasket side 22 of the gasket 20 and on the cathode side 12 of the membrane 10 for connecting, in particular for cohesively connecting, the gasket 20 with the membrane 10 is arranged. Furthermore, the at least one connecting means 30a and the further connecting means 30b can also be an adhesive. It is also conceivable that the connecting agent is a non-adhesive polymer, for example an elastomer. Furthermore, the at least one connecting body 30a and the further connecting body 30b can each be fluid-tight or substantially fluid-tight for the oxidizing agent and the reducing agent as process gases of the fuel cell of the fuel cell stack 200. In addition, the at least one connecting body 30a and the further connecting body 30b are advantageously each electrically insulating.

2 zeigt in einem Vertikalschnitt einen Teil einer Anordnung 100, insbesondere wie sie bereits zu 1 beschrieben worden ist. In 2 sind die Gasket-Innenmantelfläche 23 des Gaskets 20 und die Membran-Außenmantelfläche 13 der Membran 10 zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet, wobei der zumindest eine Verbindungskörper 30a zwischen der Gasket-Innenmantelfläche 23 des Gaskets 20 und der Membran-Außenmantelfläche 13 der Membran 10 zum Verbinden des Gaskets 20 mit der Membran 10 angeordnet ist. Weiter ist der Verbindungskörper 30a auch an der ersten Gasketseite 21 des Gaskets 20 und an der Anodenseite 11 der Membran 10 sowie an der an der zweiten Gasketseite 22 des Gaskets 20 und an der Kathodenseite 12 der Membran 10 angeordnet, insbesondere direkt angeordnet. Mit anderen Worten ist insbesondere eine durchgehende Klebephase denkbar. Der zumindest eine Verbindungskörper 30a weist in dem Vertikalschnitt insbesondere eine H-Form oder im Wesentlichen eine H-Form (liegendes H) auf. 2 shows a vertical section of part of an arrangement 100, in particular as it already is 1 has been described. In 2 the gasket inner surface 23 of the gasket 20 and the membrane outer surface 13 of the membrane 10 are at least partially spaced apart from one another, with the at least one connecting body 30a between the gasket inner surface 23 of the gasket 20 and the membrane outer surface 13 of the membrane 10 for connecting the Gaskets 20 is arranged with the membrane 10. Furthermore, the connecting body 30a is also arranged, in particular arranged directly, on the first gasket side 21 of the gasket 20 and on the anode side 11 of the membrane 10 as well as on the second gasket side 22 of the gasket 20 and on the cathode side 12 of the membrane 10. In other words, a continuous adhesive phase is particularly conceivable. The at least one connecting body 30a points in the vertical section in particular has an H-shape or essentially an H-shape (lying H).

3 offenbart in einem Vertikalschnitt einen Teil eines Gasket-MEA-Systems 150, wobei das Gasket-MEA-System 150 eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung 100,
sowie eine an die Anodenseite 11 der Membran 10 der Anordnung 100 angeordnete Anode 160 umfasst, wobei die Anode 160 eine der Membran 10 abgewandte Gasdiffusionslagenseite 161 aufweist. Ferner umfasst die das Gasket-MEA-System 150 eine an die Kathodenseite 12 der Membran 10 der Anordnung 100 angeordnete Kathode 170, wobei die Kathode 170 eine der Membran 10 abgewandte Gasdiffusionslagenseite 171 aufweist. Außerdem umfasst das Gasket-MEA-System 150 eine zumindest an die Gasdiffusionslagenseite 161 der Anode 160 angeordnete erste Gasdiffusionslage 180. Außerdem umfasst das Gasket-MEA-System 150 eine zumindest an die Gasdiffusionslagenseite 171 der Kathode 170 angeordnete zweite Gasdiffusionslage 190. Außerdem ist bei dem Gasket-MEA-System 150 die Anordnung 100 mit der Membran 10 und dem Gasket 20 sowie die Anode 160, die Kathode 170, die erste Gasdiffusionslage 180 und die zweite Gasdiffusionslage 190 mittels zumindest des zumindest einen Verbindungskörpers 30a der Anordnung 100 zumindest abschnittsweise miteinander verbunden, insbesondere zumindest abschnittsweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Ein derartiger Sandwich-Aufbau ist mechanisch besonderes stabil, was für ein präzises Handling beim Stapeln zum Brennstoffzellenstapel 200 besonders vorteilhaft ist. Ferner steht das Gasket 20 insbesondere seitlich über. 3 discloses in a vertical section a part of a gasket MEA system 150, wherein the gasket MEA system 150 is an arrangement 100 designed according to the invention,
and an anode 160 arranged on the anode side 11 of the membrane 10 of the arrangement 100, the anode 160 having a gas diffusion layer side 161 facing away from the membrane 10. The gasket MEA system 150 further comprises a cathode 170 arranged on the cathode side 12 of the membrane 10 of the arrangement 100, the cathode 170 having a gas diffusion layer side 171 facing away from the membrane 10. In addition, the gasket MEA system 150 includes a first gas diffusion layer 180 arranged at least on the gas diffusion layer side 161 of the anode 160. In addition, the gasket MEA system 150 includes a second gas diffusion layer 190 arranged at least on the gas diffusion layer side 171 of the cathode 170. In addition, in the Gasket MEA system 150, the arrangement 100 with the membrane 10 and the gasket 20 as well as the anode 160, the cathode 170, the first gas diffusion layer 180 and the second gas diffusion layer 190 are connected to one another at least in sections by means of at least the at least one connecting body 30a of the arrangement 100, in particular at least partially connected to one another in a materially bonded manner. Such a sandwich structure is particularly mechanically stable, which is particularly advantageous for precise handling when stacking to form the fuel cell stack 200. Furthermore, the gasket 20 protrudes laterally in particular.

4 offenbart in einem Vertikalschnitt einen Teil eines Brennstoffzellenstapels 200, wobei der Brennstoffzellenstapel 200 eine erste Separatorplatte 210 und eine zweite Separatorplatte 220 umfasst. Außerdem umfasst der Brennstoffzellenstapel 200 ein zwischen der ersten Separatorplatte 210 und der zweiten Separatorplatte 200 angeordnetes, erfindungsgemäß ausgebildetes Gasket-MEA-System 150, wie es bspw. zu 3 beschrieben worden ist. Ferner steht das Gasket 20 insbesondere seitlich über. 4 discloses in a vertical section a part of a fuel cell stack 200, wherein the fuel cell stack 200 comprises a first separator plate 210 and a second separator plate 220. In addition, the fuel cell stack 200 includes a gasket MEA system 150 designed according to the invention, arranged between the first separator plate 210 and the second separator plate 200, as is the case, for example 3 has been described. Furthermore, the gasket 20 protrudes laterally in particular.

5 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung 100 für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels 200. Das Verfahren weist als einen ersten Schritt ein Bereitstellen 300 einer plattenförmigen Membran 10 mit einer Anodenseite 11, einer der Anodenseite 11 gegenüberliegenden Kathodenseite 12 sowie einer Membran-Außenmantelfläche 13 auf. Als einen weiteren Schritt umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines Gaskets 20, insbesondere eines folienartigen Gaskets, mit einer ersten Gasketseite 21, einer der ersten Gasketseite 21 gegenüberliegenden zweiten Gasketseite 22, wobei das Gasket 22 eine Öffnung 28 von der ersten Gasketseite 21 zu der zweiten Gasketseite 22 aufweist, und wobei das Gasket 20 eine durch die Öffnung 28 gebildete Gasket-Innenmantelfläche 23 aufweist. Als einen weiteren Schritt umfasst das Verfahren ein Anordnen 320 zumindest der Membran 10 in der Öffnung 28 des Gaskets 20 oder umgekehrt. Als einen weiteren Schritt umfasst das Verfahren ein zumindest abschnittsweises Verbinden 340, insbesondere umlaufendes Verbinden, wenigstens des Gaskets 20 mittels zumindest eines Verbindungskörpers 30a mit der in der Öffnung 28 des Gaskets 20 angeordneten Membran 10. 5 discloses a method for producing an arrangement 100 for a fuel cell of a fuel cell stack 200. The method has, as a first step, providing 300 a plate-shaped membrane 10 with an anode side 11, a cathode side 12 opposite the anode side 11 and a membrane outer surface 13. As a further step, the method includes providing a gasket 20, in particular a film-like gasket, with a first gasket side 21, a second gasket side 22 opposite the first gasket side 21, the gasket 22 having an opening 28 from the first gasket side 21 to the second gasket side 22, and wherein the gasket 20 has a gasket inner surface 23 formed by the opening 28. As a further step, the method includes arranging 320 at least the membrane 10 in the opening 28 of the gasket 20 or vice versa. As a further step, the method includes at least a sectional connection 340, in particular a circumferential connection, of at least the gasket 20 by means of at least one connecting body 30a with the membrane 10 arranged in the opening 28 of the gasket 20.

Claims

Anordnung (100) für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels (200), wobei die Anordnung (100) aufweist: - eine plattenförmige Membran (10) mit einer Anodenseite (11), einer der Anodenseite (11) gegenüberliegenden Kathodenseite (12) sowie einer Membran-Außenmantelfläche (13), - ein Gasket (20), insbesondere plattenförmiges Gasket, mit einer ersten Gasketseite (21), einer der ersten Gasketseite (21) gegenüberliegenden zweiten Gasketseite (22), wobei das Gasket (20) eine Öffnung (28) von der ersten Gasketseite (21) zu der zweiten Gasketseite (22) aufweist, wobei das Gasket (20) eine durch die Öffnung (28) gebildete Gasket-Innenmantelfläche (23) aufweist, - einen Verbindungskörper (30a, 30b), wobei zumindest die Membran (10) in der Öffnung (28) des Gaskets (20) angeordnet ist, wobei das Gasket (20) mittels zumindest des Verbindungskörpers (30a, 30b) zumindest abschnittsweise mit der Membran (10) verbunden ist.Arrangement (100) for a fuel cell of a fuel cell stack (200), the arrangement (100) having: - a plate-shaped membrane (10) with an anode side (11), a cathode side (12) opposite the anode side (11) and an outer membrane surface (13), - a gasket (20), in particular a plate-shaped gasket, with a first gasket side (21), a second gasket side (22) opposite the first gasket side (21), the gasket (20) having an opening (28) from the first gasket side (21 ) to the second gasket side (22), the gasket (20) having an inner gasket surface (23) formed by the opening (28), - a connecting body (30a, 30b), at least the membrane (10) being arranged in the opening (28) of the gasket (20), the gasket (20) being at least partially connected to the membrane by means of at least the connecting body (30a, 30b). (10) is connected.

Anordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gasket-Innenmantelfläche (23) und die Membran-Außenmantelfläche (13) zumindest abschnittsweise einander wenigstens teilweise gegenüberliegen.Arrangement (100) according to Claim 1 , characterized in that the gasket inner surface (23) and the membrane outer surface (13) are at least partially opposite one another, at least in sections.

Anordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gasket-Innenmantelfläche (23) und die Membran-Außenmantelfläche (13) zumindest abschnittsweise kontaktieren, wobei insbesondere ein Verbindungskörper (30a, 30b) zumindest abschnittsweise an der ersten Gasketseite (21) des Gaskets (20) und an der Anodenseite (11) der Membran (10) zum Verbinden des Gaskets (20) mit der Membran (10) angeordnet ist und/oder wobei insbesondere ein (weiterer) Verbindungskörper (30a, 30b) zumindest abschnittsweise an der zweiten Gasketseite (22) des Gaskets (20) und an der Kathodenseite (12) der Membran (10) zum Verbinden des Gaskets (20) mit der Membran (10) angeordnet ist.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the gasket inner surface (23) and the membrane outer surface (13) contact each other at least in sections, in particular a connecting body (30a, 30b) at least in sections on the first gasket side (100) 21) of the gasket (20) and on the anode side (11) of the membrane (10) for connecting the gasket (20) to the membrane (10) is arranged and / or in particular one (further) connecting body (30a, 30b) at least in sections on the second gasket side (22) of the gasket (20) and on the cathode side (12) of the membrane (10) to the connection which of the gasket (20) is arranged with the membrane (10).

Anordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasket-Innenmantelfläche (23) des Gaskets (20) und die Membran-Außenmantelfläche (13) der Membran (10) zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet sind, wobei insbesondere der zumindest eine Verbindungskörper (30a, 30b) zumindest abschnittsweise zwischen der Gasket-Innenmantelfläche (23) des Gaskets (20) und der Membran-Außenmantelfläche (13) der Membran (10) zum Verbinden des Gaskets (20) mit der Membran (10) angeordnet ist.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the gasket inner surface (23) of the gasket (20) and the membrane outer surface (13) of the membrane (10) are spaced apart from one another at least in sections, in particular the at least one Connecting body (30a, 30b) is arranged at least in sections between the gasket inner surface (23) of the gasket (20) and the membrane outer surface (13) of the membrane (10) for connecting the gasket (20) to the membrane (10).

Anordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasket (20) einstückig ausgebildet ist, wobei insbesondere die Anordnung (100) nur ein einziges Gasket (20) aufweist.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the gasket (20) is formed in one piece, in particular the arrangement (100) having only a single gasket (20).

Anordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungsmittel (30a, 30b) zumindest abschnittsweise ein Klebstoff ist und/oder dass das zumindest eine Verbindungsmittel (30a, 30b) zumindest abschnittsweise ein kleberfreies Polymer, insbesondere ein Elastomer ist.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one connecting means (30a, 30b) is at least partially an adhesive and / or that the at least one connecting means (30a, 30b) is at least partially an adhesive-free polymer, in particular an elastomer is.

Anordnung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verbindungskörper (30a, 30b) fluiddicht oder im Wesentlichen fluiddicht für zumindest eines der Prozessgase der Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels (200) ist und/oder dass der zumindest eine Verbindungskörper (30a, 30b) elektrisch isolierend ist.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one connecting body (30a, 30b) is fluid-tight or substantially fluid-tight for at least one of the process gases of the fuel cell of the fuel cell stack (200) and/or that the at least one connecting body ( 30a, 30b) is electrically insulating.

Gasket-MEA-System (150), wobei das Gasket-MEA-System (150) aufweist: - eine nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildete Anordnung (100), - eine an die Anodenseite (11) der Membran (10) der Anordnung (100) angeordnete Anode (160), wobei die Anode (160) eine der Membran (10) abgewandte Gasdiffusionslagenseite (161) aufweist, - eine an die Kathodenseite (12) der Membran (10) der Anordnung (100) angeordnete Kathode (170), wobei die Kathode (170) eine der Membran (10) abgewandte Gasdiffusionslagenseite (171) aufweist, - eine zumindest an die Gasdiffusionslagenseite (161) der Anode (160) angeordnete erste Gasdiffusionslage (180), - eine zumindest an die Gasdiffusionslagenseite (171) der Kathode (170) angeordnete zweite Gasdiffusionslage (190), wobei die Anordnung (100) mit der Membran (10) und dem Gasket (20) sowie die Anode (160), die Kathode (170), die erste Gasdiffusionslage (180) und die zweite Gasdiffusionslage (190) mittels zumindest des zumindest einen Verbindungskörpers (30a, 30b) der Anordnung (100) zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sind.Gasket MEA system (150), the gasket MEA system (150) comprising: - an arrangement (100) designed according to one of the preceding claims, - an anode (160) arranged on the anode side (11) of the membrane (10) of the arrangement (100), the anode (160) having a gas diffusion layer side (161) facing away from the membrane (10), - a cathode (170) arranged on the cathode side (12) of the membrane (10) of the arrangement (100), the cathode (170) having a gas diffusion layer side (171) facing away from the membrane (10), - a first gas diffusion layer (180) arranged at least on the gas diffusion layer side (161) of the anode (160), - a second gas diffusion layer (190) arranged at least on the gas diffusion layer side (171) of the cathode (170), the arrangement (100) with the membrane (10) and the gasket (20) as well as the anode (160), the cathode (170 ), the first gas diffusion layer (180) and the second gas diffusion layer (190) are connected to one another at least in sections by means of at least the at least one connecting body (30a, 30b) of the arrangement (100).

Brennstoffzellenstapel (200), wobei der Brennstoffzellenstapel (200) aufweist: - eine erste Separatorplatte (210) und eine zweite Separatorplatte (220), - eine zwischen der ersten Separatorplatte (210) und der zweiten Separatorplatte (220) angeordnete, nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildete Anordnung (100) oder ein zwischen der ersten Separatorplatte (210) und der zweiten Separatorplatte (200) angeordnete, nach Anspruch 8 ausgebildetes Gasket-MEA-System (150).Fuel cell stack (200), wherein the fuel cell stack (200) has: - a first separator plate (210) and a second separator plate (220), - one arranged between the first separator plate (210) and the second separator plate (220), according to one of Claims 1 until 7 trained arrangement (100) or one arranged between the first separator plate (210) and the second separator plate (200). Claim 8 trained gasket MEA system (150).

Verfahren zum Herstellen einer Anordnung (100) für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels (200), wobei das Verfahren aufweist: - Bereitstellen (300) einer plattenförmigen Membran (10) mit einer Anodenseite (11), einer der Anodenseite (11) gegenüberliegenden Kathodenseite (12) sowie einer Membran-Außenmantelfläche (13), - Bereitstellen (310) eines Gaskets (20), insbesondere eines folienartigen Gaskets, mit einer ersten Gasketseite (21), einer der ersten Gasketseite (21) gegenüberliegenden zweiten Gasketseite (22), wobei das Gasket (22) eine Öffnung (28) von der ersten Gasketseite (21) zu der zweiten Gasketseite (22) aufweist, und wobei das Gasket (20) eine durch die Öffnung (28) gebildete Gasket-Innenmantelfläche (23) aufweist, - Anordnen (320) zumindest der Membran (10) in der Öffnung (28) des Gaskets (20), - zumindest abschnittsweises Verbinden (340) wenigstens des Gaskets (20) mittels zumindest eines Verbindungskörpers (30a, 30b) mit der in der Öffnung (28) des Gaskets (20) angeordneten Membran (10).Method for producing an arrangement (100) for a fuel cell of a fuel cell stack (200), the method comprising: - Providing (300) a plate-shaped membrane (10) with an anode side (11), a cathode side (12) opposite the anode side (11) and an outer membrane surface (13), - Providing (310) a gasket (20), in particular a film-like gasket, with a first gasket side (21), a second gasket side (22) opposite the first gasket side (21), the gasket (22) having an opening (28). the first gasket side (21) to the second gasket side (22), and wherein the gasket (20) has a gasket inner surface (23) formed by the opening (28), - Arranging (320) at least the membrane (10) in the opening (28) of the gasket (20), - at least partially connecting (340) at least the gasket (20) by means of at least one connecting body (30a, 30b) with the membrane (10) arranged in the opening (28) of the gasket (20).