WO2011141308A1 - Brennstoffzellenstapel und verfahren zum herstellen eines brennstoffzellenstapels - Google Patents

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WO2011141308A1
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cell stack
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thermoplastic
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Thomas Zeller
Christian Koerber
Bernhard Brüne
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Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell stack, which
  • the invention relates to a method for producing a fuel cell stack.
  • Known fuel cell stacks usually comprise several
  • Fuel cells stacked along a stacking axis Each have at least one membrane electrode unit, which is enclosed on both sides of media-guide units, which the supply and distribution of the media (fuel gas, usually hydrogen, oxidant, usually air, and coolant) and the removal of gaseous reaction products (water vapor) and, in the case of superstoichiometric operation, also the reaction educts (air,
  • a fuel cell stack forms a single fuel cell with a membrane-electrode assembly enclosed by two media guide units.
  • Fuel cell stacks include a variety of components that must be interconnected and sealed. Regardless of the type of construction, the connection points represent a special challenge during operation, because their functionality is functional and safety-relevant and they are subject to considerable thermal, mechanical, electrical and chemical loads. It is known for sealing individual components of the
  • the fuel cell stack according to US 2001/0001052 A1 has sealing rings made of a thermoplastic material.
  • the sealing rings made of thermoplastic material have the task of separating layers between individual components of the
  • Fuel cell stack edge seal to the outside and at the same time to glue the components together.
  • the individual components of the fuel cell stack are thus by means of the sealing ring only at the edges, ie to the outside, but not inside the
  • the object is achieved by a
  • an adhesive layer consisting of thermoplastic or two-component or multi-component adhesive, which extends essentially over the entire stacked cross section, serves for
  • Fuel cell stack is the thermoplastic or the two- or multi-component adhesive at least on that side surface one of the components applied, which faces the other component in the stacked state.
  • the stack cross-section of the fuel cell stack can vary along the stack axis.
  • the stacking cross-section is along the stacking axis
  • the fuel cell stack is z. B. of a housing and other peripheral elements, such as. Process gas lines, power connections, etc., surrounded.
  • the stacked cross-section of the fuel cell stack does not comprise the housing and the peripheral elements.
  • the adhesive layer of thermoplastic or two-component or multi-component adhesive extends over the entire, at the
  • junction prevailing stack cross section d. H. essentially, all are along the stacking axis at the junction
  • Multi-component adhesives existing adhesive layer with each other
  • thermoplastic adhesive or consisting of two- or multi-component adhesive layer covers relatively large areas of the stack cross-section throughout.
  • thermoplastic or of two- or multi-component adhesives
  • existing adhesive layer may well have recesses, holes, etc. If, for example, at least one of the components on the side surface, which faces the other component, a Has recess or the like, is in this area optionally on the thermoplastic or two- or
  • the erfindungsffleße thermoplastic serves
  • Adhesive layer as a leveling layer for manufacturing tolerances of the other components, since the thermoplastic material can be added regardless of the manufacturing process at any time by heating in a plastic state, corrections z. B. regarding.
  • the respective plastic components are applied separately to the facing components and then activated under contact and optionally pressure. Since the chemical reaction that takes place between the components of the two-component or multi-component adhesive and leads to sticking together of the components takes a certain amount of time, the components do not stick together immediately, but only together after a certain time. In this way, the adhesive layer consisting of two-component or multi-component adhesive adjusts itself to the shape of the respective components even in the plastic state and thus compensates for manufacturing tolerances without it having to be heated.
  • the invention has the advantage that such a fuel cell stack can be produced inexpensively and in large quantities without a loss of quality in terms of sealing and
  • Adhesive properties must be accepted.
  • the use of flexible components can be avoided in this way,
  • thermoplastic resin Furthermore, it is through the use of a thermoplastic resin
  • the adhesive layer consisting of the thermoplastic or two- or multi-component adhesives are provided with recesses through which at least one extends along the Stacking axis extending through the adhesive layer therethrough
  • the functional cavity is through the
  • thermoplastic or of two- or multi-component adhesives
  • the functional cavity can be used in particular for
  • a compact construction of a media-guide unit of a fuel cell stack according to the invention which is characterized by a high density, results from the fact that the media-guide unit has a plurality of successive along the stack axis components, each by means of an adhesive layer of thermoplastic material or Two-component or multi-component are connected to each other, wherein the thermoplastic adhesive or consisting of two-component or multi-component adhesive layers extend substantially over the entire stack cross-section.
  • the components of the media-guide unit are connected to one another by means of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consisting of two-component or multicomponent calenders, with recesses or openings of the thermoplastic adhesive layers consist
  • a channel structure is formed, and wherein the channel structure at least between the
  • thermoplastic or of two- or multi-component adhesive
  • Components formed thin surface are Components formed thin surface.
  • the first component formed thin surface.
  • Thin-surface components in particular sheets, can be easily processed by mechanical, such as punching, or thermal processes, such as. Laser cutting. Machining methods such as milling, drilling or molding by injection molding can be largely avoided.
  • the thin-walled components are made of metal, that is, the components are formed in particular as sheets.
  • Aluminum sheet are made.
  • An advantage of aluminum sheet for use in the fuel cell stack are its low density, high electrical and thermal conductivity and its corrosion resistance through the passivatable surface.
  • aluminum is easily machinable and thermally workable.
  • planar components are also at least largely flat or flat designed, d. H. they have at least largely no from the component level above forming, spacers, etc. on.
  • the components may also be soldered together and otherwise connected and sealed together.
  • the channel structure can be inside the compactly constructed media guide unit to be distinctly fiiigran and designed with a high degree of freedom with regard to geometric design.
  • the process gases, or the cooling medium, of the membrane-electrode unit are preferably added to or removed from the latter.
  • the supply and removal of the process gases can be easily by means of such a structure by separate input or
  • thin-surface components in particular sheets, which are formed to one, preferably to both, the main axes of the stack cross-section largely mirror-symmetrical.
  • the components are preferably by means of adhesive layers consisting of two-component or multi-component adhesives
  • thermoplastic or from two- or multi-component screed
  • Channel structures can be easily, inexpensively and efficiently produced by means of thermoplastic or two- or
  • the fuel cell stack can preferably be formed as a stack of individual cells, wherein at least two of these individual lines are connected to each other by an existing of thermoplastic or two- or multi-component glue adhesive layer which extends substantially over the entire cross section of the individual cells.
  • a single cell consists of a membrane-electrode unit and media-guide units, in particular of the construction described above. It is also possible to provide the membrane-electrode unit with its own frame and the media-guide units without a fixed connection, such. an adhesive layer, to
  • thermoplastic adhesive layer may be used in the case of a thermoplastic bond
  • Fuel cell stack mitteis a new thermoplastic
  • Adhesive layer to be reconnected and sealed are the individual
  • Fuel cells designed as PEM fuel cells are designed as PEM fuel cells.
  • the media-guide units located between the membrane-electrode assemblies are constructed so that they respectively face on both sides on like operating sides of the membrane-electrode assemblies, ie, either the anode sides or the cathode sides of the membrane -Electrode units / adjacent.
  • This stacking sequence has the advantage of providing a gas barrier between that portion of the media guide unit that supplies one of the two adjacent membrane electrode assembly and that portion of the media guide assembly that houses the other membrane electrode assembly supplied, can be waived.
  • the current in this arrangement is preferably not passed through the media guide units, but over those
  • Membrane electrode unit stand, derived. In this way, the formation of electrochemical cells is avoided and the use of Bioplarplatten can be completely dispensed with.
  • Each of the membrane-electrode units can be switched separately, resulting in a wide range of possibilities of interconnecting individual tents, blocks of single cells or sub-stacks. So is also a parallel connection of the single cells or blocks of
  • thermopiastic plastic used has a crystalline behavior, which has the advantage that the thermopiastic plastic used
  • thermoplastic material can be both a completely crystalline plastic and also a plastic with a predominantly crystalline structure, which is, for example, 60% crystalline.
  • thermoplastic adhesive layer or the thermoplastic thermoplastic thermoplastic
  • thermoplastic or the two- or
  • Mehrkomponentenkieber is preferably formed acid resistant. Since phosphoric acid is frequently used in high-temperature PE fuel cells within the membrane electrode units, and Nafion is frequently used as the electrode in low-temperature fuel cells, the thermoplastic or the two-component or multi-component valve thus retains its properties
  • thermoplastic for example, perfluoroalkoxyalkane (PFA), fluorinated ethylene-propylenes (FEP) such as FEP-Norton®, aromatic polymers such as PEEK TM or polyfluorocarbon coating such as FEP or PFA provided polyimides such as Kapton®, Norton®,
  • the thermoplastic or the two- or multi-component adhesive has an operating temperature between -40 ° C and 200 ° C.
  • the fuel cell stack can be operated over a wide temperature range, both the operation of a low-temperature fuel cell stack (NT-PEM) and a high-temperature fuel cell stack (HT-PEM) is possible in this way.
  • N-PEM low-temperature fuel cell stack
  • HT-PEM high-temperature fuel cell stack
  • At least one component is first attached to the side surface to be joined to the thermoplastic
  • thermoplastic or the two- or multi-component adhesive coated and then recesses introduced into the device can be applied in a simple manner to the (still) continuous side surface of the component.
  • first recesses, openings, recesses, etc. in at least one
  • thermoplastic or a two- or
  • Multi-component adhesive coated Since both the handling of flexible components can be avoided in this way and the waste can be disposed of sorted, brings such a method
  • thermoplastic material or of the two-component or multi-component adhesive takes place in particular selectively, ie only on the areas of the side surface of the components, which are subsequently also connected to another component.
  • this is done by dipping, extrusion, screen printing, screen printing with rotating screens or a hotmelt process.
  • a further aspect of the invention is to provide a mechanical installation for carrying out a method according to the invention for producing a fuel cell stack.
  • Fig. L the structure of a fuel cell assembly with a
  • Fuel cell stack and 2 shows a section through a section of the fuel cell stack of Figure 1
  • Fig. 1 shows the structure of a Brennstoffzelienaggregats 1 z. B. for mobile use.
  • the fuel cell unit 1 has a fuel cell stack 2 and a housing 3 surrounding the fuel cell stack 2.
  • the housing 3 includes not shown and
  • the fuel cell stack 2 has a plurality of membrane electrode assemblies 5 consecutive along a stacking axis 4, each having an anode side 6 and a cathode side 7.
  • Membrane electrode units 5 a media guide unit 8 and 9 is arranged in each case.
  • a media guide unit 8 and 9 is arranged in each case.
  • Fuel cell stack 2 formed much narrower.
  • Two different types of media guide units 8 and 9 are provided.
  • the combustion gas in particular hydrogen
  • the cathode sides 7 of the membrane-electrode units 5 is supplied.
  • a hydrogen medium guide unit 8 is therefore arranged in each case between two membrane electrode Einhetten 5, the cathode sides 7 of the hydrogen medium guide unit 8 are facing.
  • the oxygen-media-guide units 9 (except for the two outer ones) are each surrounded by two membrane-electrode units 5 whose anode sides 6 face the oxygen-medium-guide unit 9.
  • the media-guiding units 8, 9 are also used for the removal of reaction gases, in particular water vapor, as well as excess starting gases. Furthermore, a coolant may circulate through the media guide units 8, 9.
  • the fuel cell stack 2 has a substantially uniform, along the stacking axis 4, rectangular stacking cross-section, which is generally designated by the reference numeral 10 in FIG.
  • the stack cross-section 10 may span a rectangular area of 200 mm x 240 mm, but other cross-sectional shapes and sizes may be advantageous depending on the use and installation situation of the fuel cell assembly 1.
  • Fig. 2 shows an exemplary section of the fuel cell stack 2 in a view of a parallel to the stacking axis 4 extending
  • Fuel cell stack in Figure 1 is indicated by a dashed frame 11, the aspect ratios of the frame accordingly due to the distorted representation of the fuel cell stack 2 in Fig. 1 is not the actual conditions and differ from the
  • an oxygen-media-guide unit 9, a membrane-electrode unit 5 and a (in Figure 2 from bottom to top) Hydrogen edien guide unit 8 only partially shown.
  • the media-guide units 8, 9 shown adjoin a membrane-electrode unit 5, etc., again along the stacking axis 4.
  • the membrane electrode unit 5 has a frame-shaped spacer plate 14 with a relatively large, central recess 15.
  • the sealing rings 16 are followed by two gas diffusion layers 17. In FIG. 2, only a small edge section is in each case
  • Gas diffusion layers 17 shown. The gas diffusion layers 17
  • Recess 15 of the frame-shaped spacer 14. include between them the reaction zone of the membrane electrode assembly 5 (not shown), which is a membrane, for. B. a proton exchange membrane, and catalyst layers.
  • FIG. 2 shows a boundary 18 arranged between the two gas diffusion layers 17 and the two sealing rings 16, which surrounds the reaction zone of the membrane electrode unit 5 in a circumferential manner.
  • the membrane-electrode unit 5 has a potential-separating layer 20 arranged along the stacking axis 4 between the frame-shaped spacer bend 14 and the oxygen-medium-guide unit 9.
  • the potential separation layer 20 is congruent with the
  • the frame-shaped spacer plate 14 is formed. It consists of one electrically insulating material and is used for electrical isolation between the spacer plate 14 and the oxygen-media-guide unit 9.
  • the potential separation layer 20 is formed of a thermoplastic material layer, which is also designed as an adhesive layer.
  • the potential separation layer 20 z. B. have an adhesive coated plastic film. The potential separation layer 20 can also be inserted without adhesive connection in the appropriate place.
  • the oxygen-media guide unit 9 includes in this case
  • the first thin-surface and planar structural plates 22 preferably made of aluminum.
  • Oxygen Media Guide Unit 9 also less or more
  • the structural plates 22 each extend over the entire stacked cross-section 10 and are flat or flat over the entire stacking cross-section 10. They have two different thicknesses, z. B, 0.75 mm and 0.25 mm, on.
  • the structural plates 22 lie flat against one another along the stacking axis 4. They are connected to each other by means of thermoplastic adhesive layers 23, which extend substantially over the entire stack cross-section 10. Consequently, in each case only the thermoplastic adhesive layer 23 is provided between two successive structural plates 22. An exception is only the connection point between the third and fourth structural plate 22 shown in FIG. 2 from below. Between these structural plates 22, a further potential-separating layer 24 is arranged, which is constructed analogously to the potential-separating layer 20. Due to the potential separation layer 24 is a potential separation between the upper and lower portion of the oxygen-medium guide unit 9.
  • the electric potential in the upper portion of the oxygen-medium guide unit 9 by the potential at the Cathode side 7 of the membrane electrode assembly 5 shown in FIG. 2 determined.
  • the potential in the lower portion of the oxygen-medium guide unit 9 is determined by the cathode side 7 of that membrane-electrode unit 5 adjoining the other side of the oxygen-medium guide unit 9 (not shown).
  • thermoplastic adhesive layers 23 consist of a
  • thermoplastic material which is thermally and electrically insulating and acid-resistant.
  • thermoplastic material which is thermally and electrically insulating and acid-resistant.
  • thermoplastic adhesive layers 23 over a wide range
  • thermoplastic adhesive layers 23 may be made of an electrically conductive thermoplastic.
  • the use of an electrically conductive thermoplastic has the advantage that the current-conducting surface is increased and capacitor effects are avoided. It is thus prevented that build up potentials between the planes defined by the structural plates 22, which can lead to electrolysis esters.
  • thermoplastic used has crystalline behavior, ie the glass transition temperature can be neglected due to the predominantly crystalline structure of the thermoplastic material in terms of its functionality.
  • Thermoplastic material can be used reliably in a temperature range between -40 ° C and 200 ° C.
  • the thermoplastic is a perfluoroalkoxyalkane (PFA), a fluorinated ethylene-propylene (FEP), an aromatic polymer, or a polyfluorocarbon coating such as FEP or PFA
  • Polyimides such as Kapton®, Norton®, StablEdge®, Talmide® or UL®.
  • the structural plates 22 have a plurality of recesses 25, in particular apertures or passage openings.
  • Thermoplastic Kiebe Anlagenen 23 have partially corresponding recesses 26 and holes. Through the recesses 25, a filigree channel structure 27 is formed in the interior of the oxygen-media-guide unit 9, which is sealed in and out by the thermoplastic adhesive layers 23,
  • thermoplastic adhesive layer 23 has at this point a
  • the functional cavity 30 is circumferentially sealed between the structural bends 22 and transversely to the stacking axis 4.
  • the functional cavity 30 forms a portion of a longitudinal channel 33 of the channel structure 27 of the oxygen-media-guiding unit 9.
  • a transverse channel 34 ie a channel which runs perpendicular to the stacking axis 4, is formed z, B. by a narrow, elongated recess 25 on the second in Figure 2 from below structural plate 22, which extends in the sectional plane of Fig. 2.
  • Channel structure 27 many communicating longitudinal 33 and transverse channels 34. A portion of the channels 33, 34 serves for the supply of
  • the reaction gas to be supplied flows,
  • channels 33, 34 Another part of the channels 33, 34 serves to remove formed water vapor and unreacted reaction gases.
  • the structural plates 22 serving as electrode covering plates have a multiplicity of outflow openings, not shown, through which the water vapor and excess reaction gas from the membrane-electrode units 5 can be carried out.
  • part of the channels 33, 34 serve to circulate a coolant.
  • the hydrogen media guide unit 8 is constructed analogously to the oxygen media guide unit 9. It includes in this
  • Embodiment also seven structural plates 22, which are connected by means of thermoplastic adhesive layers 23, which extend substantially over the entire stack cross section 10.
  • a Filigree channel structure 27 is also formed according to the channel structure 27 of the oxygen-medium guide unit 9 inside the hydrogen-medium guide unit 8 by a plurality of recesses 25 in the structural plates 22.
  • Two structural plates 22 serving as electrode cover sheets are provided with inlet openings 35 and outflow openings (not shown).
  • the hydrogen-media-guide unit 8 also has a potential separation layer 24.
  • the structural plates 22 of both media-guiding units 8, 9 are largely mirror-symmetrical to the main axes of the stack cross-section 10. Therefore, the channel structures 27 are the
  • Media guide units 8, 9 also designed mirror-symmetrically to the main axes of the stack cross-section 10.
  • the symmetrical design of the channel structures 27 advantageously results in a uniform thermal, mechanical and electrical load distribution across the stack cross-section 10.
  • a mechanical manufacturing tool costs are reduced.
  • the current generated in the reaction zone of the membrane electrode assembly 5 is discharged at least via the pattern plates 22, the electrode cover plates, directly adjacent to the membrane electrode assembly 5. Is there electrical contact between
  • the current can also be additionally or exclusively dissipated via this other level or levels, resulting in a reduction of the internal resistance.
  • each of the membrane electrode assemblies 5 can be interconnected individually. Therefore no current has to flow off via the media guide unit 8, 9, so that no electrochemical potential can form between the individual levels and so the risk of corrosion is minimized.
  • the fuel cell stack 2 is essentially two
  • the fuel cell stack 2 is made up of a plurality of individual cells 37 a.
  • the successive use is made of a plurality of individual cells 37 a.
  • Single cells 37 each have a common structural plate 22, z, B.
  • the structural sheets 22 are first provided with Ausneh rules 25. Subsequently, the thermoplastic adhesive and sealant is selectively applied to at least one side surface of one of the structural sheets 22 to be joined together.
  • the application of the adhesive and sealant can, for example, be effected by extrusion, lamination, dipping or screen printing or as a hotmelt. Such a procedure is possible because of the thermoplastic as adhesive and sealant repeatedly and without quality and performance losses, for example. Can be activated by heating, Ie mlich the first order and later baking, while he after the
  • Manufacturing a fuel cell stack 2 provides one below described transfer line. At a first station of the transfer line raw sheets are separated from a coli and directed, then the raw sheets are mechanically or at a second station
  • the structural sheets 22 are then selectively coated on at least one side surface by means of lamination, dipping, screen printing or extrusion with thermoplastics. Finally, the coated ones
  • Structured sheets 22 are fed to a stacking device in which they are bonded together under pressure and, for example, inductively introduced process heat.
  • the form of the stacking device ensures that the components produced are plane-parallel

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Abstract

Ein Brennstoffzellenstapel (2) wird beschrieben, welcher mehrere, entlang einer Stapelachse (4) aufeinander folgende Membran-Elektroden-Einheiten (5) sowie entlang der Stapelachse (4) zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten (5) angeordnete Medien-Führungs-Einheiten (8, 9) aufweist. Zumindest zwei, entlang der Stapelachse (4) aufeinanderfolgende Bauelemente (22) des Brennstoffzellenstapels (2) sind mittels einer aus thermoplastischem Kunststoff oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkleber bestehenden Klebeschicht (23), die sich im Wesentlichen über den gesamten Stapelquerschnitt erstreckt, miteinander verbunden. Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Brennstoffzellenstapels (2) beschrieben.

Description

Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Herstellen eines
Brenn stof f ze 11 e n sta pel s
Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, welcher
zumindest zwei, entlang einer Stapelachse aufeinander folgende Medien- Führungs-Einheiten sowie eine entlang der Stapelachse zwischen den Medien-Führungs-Einheiten angeordnete Membran-Elektroden-Einheit aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels.
Bekannte Brennstoffzellenstapel umfassen üblicherweise mehrere
Brennstoffzellen, die entlang einer Stapelachse gestapelt sind. Die einzelnen Brennstoffzellen weisen jeweils zumindest eine Membran- Elektroden-Einheit auf, die beiderseits von Medien-Führungs-Einheiten eingefasst ist, welche der Zufuhr und Verteilung der Medien (Brenngas, meist Wasserstoff, Oxidationsmittel, meist Luft, sowie Kühlmittel) sowie der Abfuhr der gasförmigen Reaktionsprodukte (Wasserdampf) und bei überstöchiometrischem Betrieb auch der Reaktionsedukte (Luft,
Wasserstoff) sowie der Reaktionswärme durch ein Kühlmittel dienen. Insbesondere weisen herkömmliche Medien-Führungs-Einheiten zu diesem Zweck Bipolarplatten auf, durch welche die Prozessgase diffundieren können und zugleich der erzeugte Strom schließen kann. Im einfachsten Fall bildet ein Brennstoffzeilenstapel eine einzelne Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Einheit eingefasst von zwei Medien-Führungs- Einheiten.
Brennstoffzellenstapel weisen eine Vielzahl von Bauelementen auf, die miteinander verbunden und abgedichtet werden müssen. Unabhängig von der bauformspezifischen Ausführung stellen die Verbindungsstellen im Betrieb eine besondere Herausforderung dar, weil ihre Funktionalität funktions- und sicherheitsrelevant ist und sie erheblichen thermischen, mechanischen, elektrischen und chemischen Lasten unterliegen. Es ist bekannt, zum Abdichten einzelner Komponenten des
Brennstoffzellenstapels kompressible, biegeschlaffe Bauteile zu verwenden oder den Brennstoffzellenstapel insgesamt zu vergießen. Die Handhabung biegeschlaffer Bauteile in (teil-) automatisierten Produktionsprozessen hat jedoch eine Reihe von produktionstechnischen Nachteilen zur Folge.
Ebenfalls bekannt ist es, einzelne Komponenten des Brennstoffzellenstapels thermisch durch Löten oder Schweißen miteinander zu verbinden, wobei je nach konkreter Ausführung die Schweißnaht nicht nur der Verbindung, sondern auch der Abdichtung dienen kann.
In der US 2001/0001052 AI wird ein Brennstoffzellenstapel der eingangs genannten Art beschrieben. Er ist aus mehreren Membran-Elektroden- Einheiten sowie zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten
angeordneten Trennplatten aufgebaut, die der Versorgung der Membran- Elektroden-Einheiten mit den Prozessgasen sowie der Zirkulation eines Kühlmediums dienen. Dabei handelt es sich um ein System von PEM- (proton exchange membrane) Brennstoffzellen. Der Brennstoffzellenstapel gemäß der US 2001/0001052 AI weist aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehende Dichtungsringe auf. Die Dichtungsringe aus thermoplastischem Kunststoff haben die Aufgabe, Trennschichten zwischen einzelnen Komponenten des
Brennstoffzellenstapels, randseitig nach außen abzudichten und zugleich die Komponenten miteinander zu verkleben. Die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenstapels werden mittels des Dichtungsrings folglich nur an den Rändern, also nach außen, aber nicht im Inneren des
Brennstoffzellenstapels abgedichtet und miteinander verklebt.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels dergestalt weiterzubilden, dass sich ein Brennstoffzellenstapel ergibt, der eine funktionssichere und einfach herzustellende Bauelement-Verbindung aufweist.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch einen
Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels mit den
Merkmalen von Anspruch 15.
Im Sinne der Erfindung dient eine aus thermoplastischem Kunststoff oder Zwei- oder Mehrkomponentenkleber bestehende Klebeschicht, die sich im Wesentlichen über den gesamten Stapelquerschnitt erstreckt, zum
Verbinden von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Bauelementen des Brennstoffzellenstapels. Beim erfindungsgemäßen Herstellen des
Brennstoffzellenstapels wird der thermoplastische Kunststoff oder der Zwei- oder Mehrkomponentenkleber zumindest auf diejenige Seitenfläche eines der Bauelemente aufgetragen, die im gestapelten Zustand dem anderen Bauelement zugewandt ist.
Generell kann der Stapelquerschnitt des Brennstoffzellenstapels entlang der Stapelachse variieren. Bei einfachen und kompakten Stapel- Konstruktionen ist der Stapelquerschnitt entlang der Stapelachse
weitgehend einheitlich ausgebildet. Beispielsweise ist der
Stapelquerschnitt rechteckig oder quadratisch. Der Brennstoffzellenstapei ist z. B. von einem Gehäuse und weiteren Peripherie-Elementen, wie bspw. Prozessgasleitungen, Stromanschlüsse usw., umgeben. Im Sinne der Erfindung umfasst der Stapelquerschnitt des Brennstoffzellenstapels das Gehäuse und die Peripherie-Elemente nicht.
Die Klebeschicht aus thermoplastischem Kunststoff oder Zwei- oder Mehrkomponentenkleber erstreckt sich über den gesamten, an der
Verbindungsstelle herrschenden Stapelquerschnitt, d. h. im Wesentlichen sind sämtliche entlang der Stapelachse an der Verbindungstelle
gegenüberstehende bzw. aneinander angrenzende Flächenabschnitte der Bauelemente mittels der thermoplastischen oder aus Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber bestehenden Klebeschicht miteinander
verbunden. Insbesondere handelt es sich bei den miteinander
verbundenen Bauelementen um großflächig aufeinander liegende bzw. aneinander angrenzende Bauelemente, so dass die thermoplastische oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkleber bestehende Klebeschicht relativ große Bereiche des Stapelquerschnitts durchgehend abdeckt. Die
thermoplastische oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkleber
bestehende Klebeschicht kann jedoch durchaus Aussparungen, Löcher usw. aufweisen. Wenn beispielsweise zumindest eines der Bauelemente an der Seitenfläche, welche dem anderen Bauelement zugewandt ist, eine Ausnehmung oder ähnliches aufweist, wird in diesem Bereich gegebenenfalls auf die thermoplastische oder aus Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber bestehende Klebeschicht verzichtet.
Aufgrund der Erfindung sind die Bauelemente mit einem einzigen Dichtbzw. Kiebemateriaf miteinander verbunden und abgedichtet, so dass der Brennstoffzeilenstapel an der Trennschicht der beiden Bauelemente sowohl in den Randbereichen als auch im Inneren, d. h. über den gesamten Stapelquerschnitt hinweg, abgedichtet ist.
Vorteilhafterweise dient die erfindungsmäße thermoplastische
Klebeschicht auch als Ausgleichsschicht für Fertigungstoleranzen der übrigen Bauelemente, Da der thermoplastische Kunststoff unabhängig vom Herstellungsprozess jederzeit durch Erwärmen in einen plastischen Zustand versetzt werden kann, können Korrekturen z. B. bzgl. der
Relativstellung der miteinander verbundenen Komponenten jederzeit durchgeführt werden. Da sich die flexibel anpassbare, thermoplastische Schicht über den gesamten Stapelquerschnitt erstreckt, bleibt eine hohe Dichtigkeit und Festigkeit der Verbindungsstelle auch bei größeren
Änderungen der Relativstellung der mittels der Klebeschicht miteinander verbundenen Komponenten über den gesamten Stapelquerschnitt hinweg gewährleistet. Wird für die Klebeschicht ein Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber verwendet, werden dessen jeweils plastischen Komponenten separat auf die einander zugewandten Bauelemente aufgetragen und dann unter Kontakt und gegebenenfalls Druck aktiviert. Da die chemische Reaktion, die zwischen den Komponenten des Zweioder Mehrkomponentenklebers stattfindet und die zum Zusammenkleben der Bauelemente führt, eine gewisse Zeit braucht, kleben die Bauelemente nicht unmittelbar, sondern erst nach einer bestimmten Zeit zusammen. Auf diese Weise passt sich die aus Zwei- oder ehrkomporsentenkieber bestehende Klebeschicht noch im plastischen Zustand an die Form der jeweiligen Bauteile an und gleicht so Fertigungstoleranzen aus, ohne dass sie erwärmt werden muss.
Im Übrigen hat die Erfindung den Vorteil, dass ein solcher Brennstoffzellenstapel kostengünstig und in großer Stückzahl hergestellt werden kann, ohne dass ein Qualitätsverlust in Hinblick auf die Dicht- und
Klebeeigenschaften in Kauf genommen werden muss. Der Einsatz biegeschlaffer Bauteile kann auf diese Weise vermieden werden,
Des Weiteren ist es durch den Einsatz eines thermoplastischen
Kunststoffes möglich, die Dicht- bzw. Klebeflächen mehrfach
aufzuschmelzen und die einzelnen Komponenten auf diese Weise reversibel voneinander zu trennen und anschließend wieder
zusammenzufügen. Das ist nicht nur in Hinblick auf erweiterte
Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Fertigung von Vorteil, sondern insbesondere auch bei einem Ausfall einer einzelnen Komponente eines solchen Brennstoffzellenstapels. Auf diese Weise ist es möglich,
instandhaltungsgerechte und recyclingfreundliche Brennstoffzellenstapel auf hochproduktive und kostengünstige Weise herzustellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen 2 bis 14 sowie den Ansprüchen 16 und 18.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, sind die mittels der thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkleber bestehenden Klebeschicht miteinander verbundenen Bauelemente mit Ausnehmungen versehen, durch welche sich zumindest ein entlang der Stapelachse durch die Klebeschicht hindurch erstreckender
Funktionshohlraum ergibt. Der Funktionshohlraum ist durch die
thermoplastische oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkleber
bestehende Klebeschicht zumindest zwischen den Bauelementen und quer zur Stapelachse umfänglich abgedichtet. Durch diese Maßnahme ergibt sich in einfach herzustellender Weise ein zuverlässig abgedichteter
Funktionshohlraum. Der Funktionshohlraum kann insbesondere zum
Medien-Transport dienen. Andere Einsatzmöglichkeiten sind aber ebenfalls denkbar.
Ein kompakter Aufbau einer Medien-Führungs-Einheit eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels, die sich durch eine hohe Dichtigkeit auszeichnet, ergibt sich, indem die Medien-Führungs-Einheit mehrere, entlang der Stapelachse aufeinander folgende Bauelemente aufweist, die jeweils mittels einer Klebeschicht aus thermoplastischem Kunststoff oder Zwei- oder Mehrkomponentenkieber miteinander verbunden sind, wobei sich die thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkieber bestehenden Klebeschichten im Wesentlichen jeweils über den gesamten Stapelquerschnitt erstrecken.
Insbesondere sind die Bauelemente der Medien-Führungs-Einheit mittels der thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkieber bestehenden Klebeschichten flächig aufeinanderliegend miteinander verbunden, wobei durch Ausnehmungen bzw. Durchbrüche der
Bauelemente im Inneren der Medien-Führungs-Einheit eine Kanalstruktur gebildet ist, und wobei die Kanalstruktur zumindest zwischen den
Bauelementen und quer zur Stapelachse durch die thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkieber bestehenden Klebeschichten abgedichtet ist. Kanäle der sich auf diese Weise ergebenden Kanalstruktur können flexibel durch die Medien-Führungs-Einheit geführt werden, ohne dass sich
Einbußen in Bezug auf die Dichtigkeit der Kanäle ergeben.
Im Falle einer alternativen Erfindungsbauart weisen mittels einer
thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkleber
bestehenden Klebeschicht miteinander verbundene Bauelemente einer Medien-Führungs-Einheit Umformungen auf, durch welche im Inneren der Medien-Führungs-Einheit eine Kanalstruktur gebildet ist. Beispielhaft zu nennen sind Prägungen oder sickenförmige Umformungen, durch welche sich strukturierte Bauelemente ergeben.
Im Falle einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die
Bauelemente dünnflächig ausgebildet. Beispielsweise können die
Bauelemente als Platten, Folien oder ähnliche Materialschichten
ausgebildet sein.
Dünnflächige Bauelemente, insbesondere Bleche, können leicht durch mechanische, wie bspw. Stanzen, oder thermische Verfahren, wie bspw. Laserschneiden, bearbeitet werden. Bearbeitungsmethoden wie Fräsen, Bohren oder Formgebung durch Spritzguss können weitgehend vermieden werden.
Eine kostengünstige und fertigungstechnisch vorteilhafte Variante ergibt sich, wenn die dünnflächigen Bauelemente aus Metall bestehen, d. h. die Bauelemente insbesondere als Bleche ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Bauelemente oder zumindest ein Teil der Bauelemente aus
Aluminiumblech gefertigt sind . Vorteilhaft an Aluminiumblech für den Einsatz in dem Brennstoffzellenstapel sind dessen niedrige Dichte, hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie dessen Korrosionsbeständigkeit durch die passivierbare Oberfläche. Darüber hinaus ist Aluminium problemlos mechnisch und thermisch bearbeitbar.
Vorzugsweise sind die flächigen Bauelemente außerdem zumindest weitgehend eben bzw. flach ausgestaltet, d. h. sie weisen zumindest weitgehend keine aus der Bauelement-Ebene vorstehenden Umformen, Abstandselemente usw. auf.
Gemäß einem eigenständigen Aspekt der Erfindung ergibt sich ein
Brennstoffzelienstapel mit einer besonders kompakt bauenden Medien- Führungs-Einheit, indem die Medien-Führungs-Einheit mehrere
dünnflächige und ebene Bauelemente, insbesondere Bleche, aufweist, die entlang der Stapeiachse flächig aufeinander liegen, d . h. ohne
Abstandshalter oder Ähnlichem aufeinander gestapelt sind. Im Inneren der Medien-Führungs-Einheit ist eine Kanalstruktur durch Ausnehmungen der Bauelemente ausgebildet. Dieser Erfindungsaspekt ist auch ohne den Einsatz von thermoplastischem Kunststoff oder Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber zum Verkleben der Bauelemente eigenständig vorteilhaft. Beispielsweise können die Bauelemente auch miteinander verlötet und auf andere Weise miteinander verbunden und abgedichtet sein.
Dank eines derartigen Aufbaus einer Medien-Führungs-Einheit kann die Kanalstruktur im Inneren der kompakt bauenden Medien-Führungs-Einheit ausgesprochen fiiigran und mit hohem Freiheitsgrad hinsichtlich der geometrischen Gestaltung ausgebildet sein. Durch die Kanäle der filigranen Kanalstruktur werden vorzugsweise die Prozessgase, bzw. das Kühlmedium der Membran-Elektroden-Einheit zu- bzw. von dieser abgeführt. Die Zu- bzw. Abfuhr der Prozessgase kann mit Hilfe eines solchen Aufbaus auf einfache Weise durch getrennte Ein- bzw.
Ausströmkanäle erfolgen. Weiter ist es durch einen solchen Aufbau möglich, die Prozessgase auf einfache Weise an mehreren Stellen der Membran-Elektroden-Einheit dergestalt zuzuführen, dass auch eine große Fläche gleichmäßig mit Gas versorgt werden kann, verarmte Zonen in der Reaktionsfläche vermieden und Stromspitzen weitgehend verhindert werden können. Hohe Reaktionskonzentrationen werden ebenfalls vermieden, so dass eine gleichmäßige Nutzung der Katalysatorpartikel über die gesamte Reaktionsfläche möglich ist. Auch ermöglicht ein solcher Aufbau einen geringeren Gasüberschuß an Reaktionsedukten und damit einen fast stöchiometrischen Betrieb des Brennstoffzellenstapels. Durch eine solche Ausgestaltung der Kühlmitteikanäle ist es weiter möglich, den Brennstoffzellenstapel gleichmäßig zu kühlen.
Fertigungstechnische Vorteile ergeben sich, wenn eine Medien-Führungs- Einheit mehrere, entlang der Stapelachse aufeinanderfolgende,
dünnflächige Bauelemente, insbesondere Bleche, aufweist, die zu einer, vorzugsweise zu beiden, der Hauptachsen des Stapelquerschnitts weitgehend spiegeisymmetrisch ausgebildet sind. Auf diese Weise ergibt sich im Bereich der spiegelsymmetrisch ausgebildeten Bauelemente auch eine spiegelsymmetrisch aufgebaute Kanalstruktur mit einer gleichmäßig thermischen, mechanischen und elektrischen Lastverteilung über den Stapelquerschnitt hinweg. Vorzugsweise sind die Bauelemente mittels thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkleber bestehenden Klebeschichten
verbunden, so dass die Kanäle der Kanalstruktur im Inneren der Medien- Führungs-Einhett gegeneinander und nach außen durch die
thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkieber
bestehenden Kiebeschichten abgedichtet sind. Dank dieses Aufbaus der Medien-Führungs-Einheit können filigrane Hohlraumstrukturen bzw.
Kanalstrukturen einfach, kostengünstig und effizient herstellt werden, die mittels der thermoplastischen oder aus Zwei- oder
Mehrkomponentenkieber bestehenden Kiebeschichten funktionssicher abgedichtet sind.
Der Brennstoffzeiienstapel kann vorzugsweise als Stapel von Einzelzellen ausgebildet sein, wobei mindestens zwei dieser Einzelzeilen durch eine aus thermoplastischem Kunststoff oder Zwei- oder Mehrkomponentenkieber bestehende Klebeschicht miteinander verbunden werden, welche sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Einzelzellen erstreckt. Eine Einzelzelie besteht dabei aus einer Membran-Elektroden-Einheit sowie Medien-Führungs-Einheiten, insbesondere der vorstehend beschriebenen Konstruktion. Dabei ist es ebenfalls möglich, die Membran-Elektroden- Einheit mit einem eigenen Rahmen zu versehen und die Medien-Führungs- Einheiten ohne feste Verbindung, wie z.B. einer Klebeschicht, zur
Membran-Elektroden-Einheit anzuordnen. Soll eine der Einzelzellen aus dem Brennstoffzeiienstapel entfernt werden, so kann im Falle einer thermoplastischen Verklebung die thermoplastische Klebeschicht
aufgeschmolzen, die Einzelzelie entfernt und der Rest des
Brennstoffzellenstapels mitteis einer neuen thermoplastischen
Klebeschicht wieder verbunden und abgedichtet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen
Brennstoffzellen als PEM-Brennstoffzellen ausgeführt.
Vorzugsweise sind die Medien-Führungs-Einheiten, die sich zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten befinden, so aufgebaut, dass sie jeweils zu beiden Seiten an gleichartige Betriebsseiten der Membran-Elektroden- Einheiten, d. h. entweder an die Anodenseiten oder an die Kathodenseiten der Membran-Elektroden-Einheiten/ angrenzen. Diese Stapelfolge hat den Vorteil, dass auf eine Gasbarriere zwischen demjenigen Abschnitt der Medien-Führungs-Einheit, der eine der beiden angrenzenden Membran- ESektroden-Einheit versorgt, und demjenigen Abschnitt der Medien- Führungs-Einheit, der die andere Membran-Elektroden-Einheit versorgt, verzichtet werden kann.
Im Übrigen wird der Strom bei dieser Anordnung vorzugsweise nicht durch die Medien-Führungs-Einheiten geleitet, sondern über diejenigen
Bauelemente, die in unmittelbar, stromfeitendem Kontakt mit der
Membran-Elektroden-Einheit stehen, abgeleitet. Auf diese Weise wird die Bildung elektrochemischer Zellen vermieden und auf die Verwendung von Bioplarplatten kann vollständig verzichtet werden.
Jede der Membran-Elektroden-Einheiten kann separat geschaltet werden, so dass sich eine große Bandbreite von Möglichkeiten der Verschaltung einzelner Zelten, Blöcken von Einzelzellen oder Teilstapeln ergibt. So ist auch eine parallele Verschaltung der Einzelzellen oder Blöcken von
Einzelzellen möglich, was insbesondere bei einem Ausfall einer Zelle von Vorteil ist. Vorzugsweise weist der verwendete, thermopiastische Kunststoff ein kristallines Verhalten auf, was den Vorteil hat, dass die
Glasübergangstemperatur keinen Einfluss auf das Verhalten des
Kunststoffes bei verschiedenen Temperaturen hat. Dabei kann es sich bei dem thermoplastischen Kunststoff sowohl um einen vollständig kristallinen Kunststoff, als auch um einen Kunststoff mit überwiegend kristalliner Struktur, der bspw. zu 60% kristallin ist, handeln.
Die thermoplastische Klebeschicht bzw. die thermoplastischen
Kiebeschichten, welche sich im Wesentlichen über den gesamten
Stapelquerschnitt erstrecken, ermöglichen durch geeignete Wahl der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit des verwendeten Kunststoffs ein optimales Einsteilen der elektrischen und thermischen Eigenschaften innerhalb des Brennstoffzellenstapels.
Der thermoplastische Kunststoff bzw. der Zwei- oder
Mehrkomponentenkieber ist bevorzugt säurebeständig ausgebildet. Da in Hochtemperatur-PE -Brennstoffzellen innerhalb der Membran-Elektroden- Einheiten häufig Phosphorsäure, in Nieder-Temperatur-Brennstoffzellen häufig Nafion als Elektrode eingesetzt wird, behält der thermoplastische Kunststoff bzw. der Zwei- oder Mehrkomponentenkieber so seine
dichtenden sowie verklebenden Eigenschaften, auch wenn er mit chemisch aktiven Substanzen in Kontakt kommen sollte.
In weiteren, bevorzugten Ausführungsformen besteht der
thermoplastische Kunststoff beispielsweise aus Perfluoralkoxyalkan (PFA), fluorierten Ethylen-Propylenen (FEP) wie FEP-Norton®, aromatischen Polymeren wie PEEK™ oder aus mit einer Polyfluorcarbon-Beschichtung wie FEP oder PFA versehenen Poiyimiden wie Kapton®, Norton®,
StablEdge®, Taimide® oder UL®,
Vorzugsweise weist der thermoplastische Kunststoff bzw. der Zwei- oder Mehrkomponentenkleber eine Einsatztemperatur zwischen -40°C und 200°C auf. Auf diese Weise kann der Brennstoffzellenstapel über einen weiten Temperaturbereich hinweg betrieben werden, Sowohl der Betrieb eines Niedertemperatur-Brennstoffzellenstapels (NT-PEM) als auch eines Hochtemperaturbrennstoffzellenstapels (HT-PEM) ist auf diese Weise möglich.
Im Falle einer Erfindungsvariante wird zumindest ein Bauelement zunächst an der zu verbindenden Seitenfläche mit dem thermoplastischen
Kunststoff bzw. dem Zwei- oder Mehrkomponentenkleber beschichtet und anschließend Ausnehmungen in das Bauelement eingebracht. Der thermoplastische Kunststoff bzw. der Zwei- oder Mehrkomponentenkleber kann in einfacher Weise auf die (noch) durchgängige Seitenfläche des Bauelementes aufgetragen werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zunächst Ausnehmungen, Durchbrüche, Aussparungen usw, in zumindest ein
Bauelement eingebracht und das Bauelement erst anschließend mit einem thermoplastischen Kunststoff bzw. einem Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber beschichtet. Da auf diese Weise sowohl die Handhabung biegeschlaffer Bauteile vermieden als auch der Verschnitt sortenrein entsorgt werden kann, bringt ein solches Verfahren
insbesondere in (teil-)automatisierten Produktionsprozessen eine Reihe von Vorteilen mit sich. Die Auftragung des thermoplastischen Kunststoffes bzw, des Zwei- oder Mehrkomponentenklebers erfolgt insbesondere selektiv, d. h. nur auf den Bereichen der Seitenfläche der Bauelemente, die anschließend auch mit einem anderen Bauelement verbunden werden.
In der Praxis bewährt hat sich ein Auftragen des thermoplastischen
Kunststoffs bzw. des Zwei- oder Mehrkomponentenklebers durch
Laminieren, Bei anderen vorteilhaften Verfahrensvarianten geschieht dies durch Tauchen, Extrusion, Siebdruck, Siebdruck mit rotierenden Sieben oder ein Hotmelt-Verfahren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine maschinelle Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Brennstoffzelienstapels bereitzustellen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale können für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. l: den Aufbau eines Brennstoffzellenaggregats mit einem
Brennstoffzellenstapei und Fig. 2: einen Schnitt durch einen Ausschnitt des Brennstoffzellenstapels aus Figur 1 ,
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Brennstoffzelienaggregats 1 z. B. für den mobilen Einsatzbereich. Das Brennstoffzellenaggregat 1 weist einen Brennstoffzellenstapel 2 und ein den Brennstoffzellenstapel 2 umgebendes Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 umfasst nicht gezeigte Zu- und
Abführleitungen für die Prozessgase, Stromanschlüsse usw..
Der Brennstoffzellenstapel 2 weist mehrere, entlang einer Stapeiachse 4 aufeinanderfolgende Membran-Elektroden-Einheiten 5 auf, die jeweils eine Anodenseite 6 und eine Kathodenseite 7 besitzen. Zwischen den
Membran-Elektroden-Einheiten 5 ist jeweils eine Medien-Führungs-Einheit 8 und 9 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die
Größenverhältnisse des Brennstoffzellenstapels 2 in Fig. 1 nicht
maßstabgetreu gezeigt. Die Membran-Elektroden-Einheiten 5 und die Medien-Führungs-Einheiten 8, 9 sind im Vergleich zur Breite des
Brennstoffzellenstapels 2 wesentlich schmaler ausgebildet.
Es sind zwei verschiedene Arten von Medien-Führungs-Einheiten 8 und 9 vorgesehen. Mittels den Wasserstoff-Medien-Führungs-Einheit 8 wird das Verbrennungsgas, insbesondere Wasserstoff, den Kathodenseiten 7 der Membran-Eiektroden-Einheiten 5 zugeführt. Eine Wasserstoff-Medien- Führungs-Einheit 8 ist daher jeweils zwischen zwei Membran-Elektroden- Einhetten 5 angeordnet, deren Kathodenseiten 7 der Wasserstoff-Medien- Führungs-Einheit 8 zugewandt sind.
Mittels den Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheiten 9 wird das
Oxidationsgas, insbesondere verdichtete Umgebungsluft, den Anodenseiten 6 der Membran-Eiektroden-Einheiten 5 zugeführt. Dementsprechend sind die Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheiten 9 (außer den beiden außenliegenden) jeweils von zwei Membran- Elektroden-Einheiten 5 eingefasst, deren Anodenseiten 6 der Sauerstoff- Medien-Führungs-Einheit 9 zugewandt sind. Die Medien-Führungs- Einheiten 8, 9 dienen außerdem zum Abtransport von Reaktionsgasen, insbesondere Wasserdampf, sowie von überschüssigen Ausgangsgasen. Des Weiteren kann ein Kühlmittel durch die Medien-Führungs-Einheiten 8, 9 zirkulieren.
Der Brennstoffzellenstapel 2 weist einen entlang der Stapelachse 4 weitgehend einheitlichen, rechteckigen Stapelquerschnitt auf, der in Fig. 1 insgesamt mit den Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Beispielweise kann der Stapelquerschnitt 10 eine Rechtecksfläche von 200 mm x 240 mm überspannen, Andere Querschnittsformen und -großen können aber je nach Verwendung und Einbausituation des Brennstoffzellenaggregats 1 vorteilhaft sein.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Ausschnitt des Brennstoffzellen stapeis 2 in einer Ansicht auf eine parallel zur Stapelachse 4 verlaufende
Schnittebene. Die Lage des gezeigten Ausschnittes innerhalb des
Brennstoffzellenstapels in Figur 1 ist durch einen gestrichelten Rahmen 11 angedeutet, Die Seitenverhältnisse des Rahmens entsprechend aufgrund der verzerrten Darstellung des Brennstoffzelienstapels 2 in Fig. 1 nicht den tatsächlichen Verhältnissen und unterscheiden sich von den
Seitenverhältnissen gemäß Figur 2.
Im Wesentlichen sind (in Figur 2 von unten nach oben) eine Sauerstoff- Medien-Führungs-Einheit 9, eine Membran-Elektroden-Einheit 5 sowie eine Wasserstoff- edien-Führungs-Einheit 8 jeweils nur ausschnittsweise gezeigt. An die gezeigten Medien-Führungs-Einheiten 8, 9 grenzt entlang der Stapelachse 4 jeweils wieder eine Membran-Elektroden-Einheit 5 usw. an.
Gemäß Fig. 2 weist die Membran-Eiektroden-Einheit 5 ein rahmenförmiges Distanzblech 14 mit einer relativ großen, mittigen Ausnehmung 15 auf. In der Ausnehmung 15 des rahmenförmigen Distanzbiechs 14, d. h. in Figur 2 ausgehend von dem gezeigten Abschnitt des Distanzblechs 14 nach links, sind zwei bspw. aus Viton bestehende Dichtungsringe 16
vorgesehen. Auf die Dichtungsringe 16 folgen zwei Gasdiffusionsschichten 17. In Fig. 2 ist jeweils nur ein kleiner Randabschnitt der
Gasdiffusionsschichten 17 gezeigt. Die Gasdiffusionsschichten 17
erstrecken sich jedoch über einen großen Abschnitt der mittigen
Ausnehmung 15 des rahmenförmigen Distanzstückes 14. Sie schließen zwischen sich die Reaktionszone der Membran-Elektroden-Einheit 5 (nicht gezeigt) ein, welche eine Membran, z. B. eine Protonen-Austausch- Membran, und Katalysatorschichten aufweist.
Außerdem ist in Figur 2 eine zwischen den beiden Gasdiffusionsschichten 17 und den beiden Dichtungsringen 16 angeordnete Berandung 18 dargestellt, welche die Reaktionszone der Membran-Elektroden-Einheit 5 umfänglich umgibt.
Des Weiteren weist die Membran-Elektroden-Einheit 5 eine entlang der Stapelachse 4 zwischen dem rahmenförmigen Distanzbiech 14 und der Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheit 9 angeordnete Potentialtrennschicht 20 auf. Die Potentialtrennschicht 20 ist deckungsgleich zum
rahmenförmigen Distanzblech 14 ausgebildet. Sie besteht aus einem elektrisch isolierenden Material und dient zur Potentialtrennung zwischen dem Distanzblech 14 und der Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheit 9. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Potentialtrennschicht 20 von einer thermoplastischen Materialschicht gebildet, die zugleich als Klebeschicht ausgeführt ist. Alternativ kann die Potentialtrennschicht 20 z. B. eine klebend beschichtete Kunststofffolie aufweisen. Die Potentialtrennschicht 20 kann auch ohne Klebeverbindung an entsprechender Stelle eingelegt werden.
Die Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheit 9 umfasst in diesem
Ausführungsbeispiel sieben dünnflächige und ebene Strukturbleche 22, vorzugsweise aus Aluminium. Bei alternativen Bauarten kann die
Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheit 9 auch weniger oder mehr
Strukturbleche 22 aufweisen. Die Strukturbleche 22 erstrecken sich jeweils über den gesamten Stapelquerschnitt 10 und sind über den gesamten Stapelquerschnitt 10 eben bzw. flach ausgebildet. Sie weisen zwei unterschiedliche Dicken, z. B, 0.75 mm und 0.25 mm, auf.
Des Weiteren liegen die Strukturbleche 22 entlang der Stapelachse 4 flächig aufeinander. Sie sind mittels thermoplastischen Klebeschichten 23, die sich im Wesentlichen über den gesamten Stapelquerschnitt 10 erstrecken, miteinander verbunden. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strukturblechen 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel folglich jeweils nur die thermoplastische Klebeschicht 23 vorgesehen. Eine Ausnahme stellt lediglich die Verbindungstelle zwischen dem in Fig. 2 von unten dritten und vierten Strukturblech 22 dar. Zwischen diesen Strukturblechen 22 ist eine weitere Potentialtrennschicht 24 angeordnet, welche analog der Potentialtrennschicht 20 aufgebaut ist. Aufgrund der Potentialtrennschicht 24 erfolgt eine Potentialtrennung zwischen dem oberen und unteren Abschnitt der Sauerstoff-Medien- Führungs-Einheit 9. Beim Betrieb des Brennstoffzelienstapels 2 ist daher das elektrische Potential im oberen Abschnitt der Sauerstoff-Medien- Führungs-Einheit 9 durch das Potential an der Kathodenseite 7 der in Fig. 2 dargestellten Membran-Eiektroden-Einheit 5 bestimmt. Dahingegen ist das Potential im unteren Abschnitt der Sauerstoff-Medien-Führungs- Einheit 9 durch die Kathodenseite 7 derjenigen Membran-Elektroden- Einheit 5 bestimmt, die an der anderen Seite der Sauerstoff-Medien- Führungs-Einheit 9 angrenzt (nicht gezeigt).
Die thermoplastischen Klebeschichten 23 bestehen aus einem
thermoplastischen Kunststoff, der thermisch und elektrisch isolierend sowie säurebeständig ausgebildet ist. Darüber hinaus sind die
thermoplastischen Klebeschichten 23 über einen weiten
Temperaturbereich thermoresistent.
Bei alternativen Ausführungsformen können alle oder ein Teil der thermoplastischen Klebeschichten 23 aus einem elektrisch leitfähigen thermoplastischen Kunststoff bestehen. Die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Thermoplasten hat den Vorteil, dass die stromleitende Fläche vergrößert wird und Kondensatoreffekte vermieden werden. Es wird so verhindert, dass sich zwischen den durch die Strukturbleche 22 definierten Ebenen Potentiale aufbauen, die zu Elektrolysenestern führen können.
Im Übrigen weist der verwendete thermoplastische Kunststoff kristallines Verhalten auf, d. h. die Glasübergangstemperatur kann aufgrund der überwiegend kristallinen Struktur des thermoplastischen Kunststoffes hinsichtlich seiner Funktionalität vernachlässigt werden. Der thermoplastische Kunststoff ist in einem Temperaturbereich zwischen - 40°C und 200°C zuverlässig einsetzbar. Beispielsweise handelt es sich bei dem thermoplastischen Kunststoff um ein Perfluoralkoxyalkan (PFA), ein fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), ein aromatisches Poiymer oder aus mit einer Polyfluorcarbon-Beschichtung wie FEP oder PFA versehenen
Polyimiden wie Kapton®, Norton®, StablEdge®, Talmide® oder UL®.
Die Strukturbleche 22 weisen eine Vielzahl an Ausnehmungen 25, insbesondere Durchbrüche bzw. Durchtrittsöffnungen auf. Die
thermoplastischen Kiebeschichten 23 weisen teilweise entsprechende Ausnehmungen 26 bzw. Löcher auf. Durch die Ausnehmungen 25 bildet sich im Inneren der Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheit 9 eine filigrane Kanalstruktur 27 aus, welche durch die thermoplastischen Klebeschichten 23 in sich und nach außen abgedichtet ist,
Beispielsweise ergibt sich durch eine Ausnehmung 25 in Form einer kreisförmigen Durchtrittsöffnung in einem Strukturblech 22 und eine Ausnehmung 25 in Form einer kreisförmigen Durchtrittsöffnung in dem angrenzenden Strukturblech 22 ein Funktionshohlraum 30, der sich entlang der Stapelachse 4 durch die zwischen den Strukturblechen 22 angeordnete thermoplastische Klebeschicht 23 hindurch erstreckt. Die thermoplastische Klebeschicht 23 weist an dieser Stelle eine
entsprechende Ausnehmung 26 in Form einer Durchtrittsöffnung auf.
Durch die thermoplastische Klebeschicht 23 ist der Funktionshohlraum 30 zwischen den Strukturbiechen 22 und quer zur Stapelachse 4 umfänglich abgedichtet. Der Funktionshohlraum 30 bildet einen Abschnitt eines Längskanals 33 der Kanalstruktur 27 der Sauerstoff-Medien-Führungs- Einheit 9. Ein Querkanal 34, d. h. ein Kanal der senkrecht zur Stapelachse 4 verläuft, bildet sich z, B. durch eine schmale, längliche Ausnehmung 25 an dem in Figur 2 von unten zweiten Strukturblech 22, welche in der Schnittebene nach Fig. 2 verläuft.
In Figur 2 sind beispielhaft nur einzelne Ausnehmungen 25, 26 sowie Kanäle 33, 34 mit Bezugszeichen versehen. Insgesamt umfasst die
Kanalstruktur 27 viele miteinander kommunizierende Längs- 33 und Querkanäle 34. Ein Teil der Kanäle 33, 34 dient der Zufuhr von
gegebenenfalls verdichteter Umgebungsiuft zur Membran-Elektroden- Einheit 5. Insbesondere strömt das zuzuführende Reaktionsgas,
gegebenenfalls verdichtete Luft, gleichmäßig verteilt durch eine Vielzahl von Einströmöffnungen 35 an zwei Strukturblechen 22, die jeweils als Elektrodenabdeckbleche dienen, in die angrenzenden Membran- Elektroden-Einheiten 5 und dort in die nicht gezeigte Reaktionszone.
Ein anderer Teil der Kanäle 33, 34 dient zum Abtransport von gebildetem Wasserdampf sowie nicht umgesetzten Reaktionsgasen. Hierzu weisen die als Elektrodenabdeckbleche dienenden Strukturbleche 22 eine Vielzahl von nicht gezeigten Ausströmöffnungen auf, durch die der Wasserdampf und überschüssiges Reaktionsgas aus den Membran-Elektroden-Einheiten 5 ausgeführt werden können. Schließlich dient ein Teil der Kanäle 33, 34 zur Zirkulation eines Kühlmittels.
Die Wasserstoff-Medien-Führungs-Einheit 8 ist analog zur Sauerstoff- Medien-Führungs-Einheit 9 aufgebaut. Sie umfasst in diesem
Ausführungsbeispiel ebenfalls sieben Strukturbleche 22, die mittels thermoplastischen Klebeschichten 23, welche sich im Wesentlichen über den gesamten Stapelquerschnitt 10 erstrecken, verbunden sind. Eine filigrane Kanalstruktur 27 ist ebenfalls entsprechend der Kanalstruktur 27 der Sauerstoff-Medien-Führungs-Einheit 9 im Inneren der Wasserstoff- Medien-Führungs-Einheit 8 durch eine Vielzahl von Ausnehmungen 25 in den Strukturblechen 22 ausgebildet. Zwei als Elektrodenabdeckbfeche dienende Strukturbleche 22 sind mit Einströmöffnungen 35 und nicht gezeigten Ausströmöffnungen versehen. Schließlich weist die Wasserstoff- Medien-Führungs-Einheit 8 auch eine Potentialtrennschicht 24 auf.
Die Strukturbleche 22 beider Medien-Führungs-Einheiten 8, 9 sind weitgehend spiegelsymmetrisch zu den Hauptachsen des Stapelquerschnitts 10 ausgebildet. Daher sind die Kanalstrukturen 27 der
Medien-Führungs-Einheiten 8, 9 ebenfalls spiegelsymmetrisch zu den Hauptachsen des Stapelquerschnitts 10 gestaltet. Durch die symmetrische Gestaltung der Kanalstrukturen 27 ergibt sich vorteilhafter Weise eine gleichmäßige thermische, mechanische und elektrische Lastverteilung über den Stapelquerschnitt 10 hinweg. Zudem werden im Falle einer mechanischen Fertigung die Werkzeugkosten gesenkt.
Im Übrigen wird der in der Reaktionszone der Membran-Elektroden-Einheit 5 erzeugte Strom jeweils zumindest über die unmittelbar an die Membran- Elektroden-Einheit 5 angrenzenden Strukturbleche 22, den Elektrodenabdeckblechen, abgeführt. Besteht elektrischer Kontakt zwischen
mindestens einem der Elektrodenabdeckblechen und mindestens einer anderen Ebene, so kann der Strom auch zusätzlich oder ausschließlich über diese andere Ebene bzw. Ebenen abgeführt werden, was zu einer Senkung des inneren Widerstandes führt. Auf diese Weise kann jede der Membran-Elektroden-Einheiten 5 einzeln verschaltet werden. Über die Medien-Führungs-Einheit 8, 9 muss daher kein Strom abfließen, so dass sich kein elektrochemisches Potential zwischen den einzelnen Ebenen ausbilden kann und so das Korrosionsrisiko minimiert wird.
Der Brennstoffzellenstapel 2 ist im Wesentlichen a us zwei sich
abwechselnd wiederholenden Stapelfolgen ihrer Bauelemente
(Strukturbleche 22 und Bauelemente der Membran-Elektroden-Einheiten 5) aufgeba ut. In Figur 2 äst eine der Stapelfolgen gezeigt. Die zweite Stapelfoige schließt sich jeweils in Figur 2 oben und unten an. Des
Weiteren ist der Brennstoffzellenstapel 2 aus mehreren Einzelzellen 37 a ufgebaut. Vorteilhafterweise nutzen die aufeinanderfolgenden
Einzelzellen 37 jeweils ein gemeinsames Strukturblech 22, z, B. das in Figur 2 von unten vierte Strukturblech 22 oder das in Figur 2 von oben vierte Strukturblech 22.
Zur Herstellung des Brennstoffzellenstapels 2 werden die Strukturbleche 22 zunächst mit Ausneh mungen 25 versehen. Anschließend wird der thermoplastische Kleb- und Dichtstoff auf zumindest eine Seitenfläche eines der miteinander zu verbindenden Strukturbleche 22 selektiv aufgetragen . Das Auftragen des Kleb- und Dichtstoffes ka nn bspw. durch Extrusion, Laminierung, Tauchen oder Siebdruck oder als Hotmelt erfolgen . Eine solche Vorgehensweise ist möglich, da der thermoplastische Kunststoff als Kleb- und Dichtstoff mehrfach und ohne Qualitäts- und Leistungsverluste bspw. durch Erwärmung aktivierbar ist, nä mlich beim Erstauftrag sowie beim späteren Verbacken, während er nach dem
Erstauftrag bzw. dem Verkleben des Brennstoffzellenstapels 2 nicht mehr klebrig ist.
Ein konkretes Anwendungsbeispiel für eine maschinelle Anlage zum
Herstellen eines Brennstoffzellenstapels 2 bietet eine im Folgenden beschriebene Transferstraße. An einer ersten Station der Transferstraße werden Rohbleche von einem Coli abgetrennt und gerichtet, Anschließend werden die Rohbleche an einer zweiten Station mechanisch oder
thermisch mit Ausnehmungen 25 versehen, Anschließend werden sie z. B, durch Plasmaätzen oberflächengereinigt (dritte Station). An einer vierten Station werden die Strukturbleche 22 dann mittels Laminierung, Tauchen, Siebdruck oder Extrusion mit Thermoplasten selektiv an zumindest einer Seitenfläche beschichtet. Schließlich werden die beschichteten
Strukturbleche 22 einer Stapeleinrichtung zugeführt, in der sie unter Druck und bspw. induktiv eingebrachter Prozesswärme miteinander verklebt werden. Über die Ausprägung der Stapeieinrichtung wird sichergestellt, dass die produzierten Komponenten planparallele
Oberflächen haben, so dass Maßabweichungen durch Kettenmaße in der nachfolgenden Aneinanderreihung zu einem Brennstoffzelienstapel 2 minimiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffzellenstapel (2), welcher
zumindest zwei, entlang einer Stapelachse (4) aufeinander folgende Medien-Führungs-Einheiten (8, 9) sowie eine entlang der
Stapelachse (4) zwischen den Medien-Führungs-Einheiten (8, 9) angeordnete Membran-Elektroden-Einheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, entlang der Stapeiachse (4) aufeinanderfolgende Bauelemente (22) des Brennstoffzeilenstapels (2) mittels einer aus thermoplastischem Kunststoff oder aus einem Zwei- oder Mehrkomponentenkleber bestehenden Klebeschicht (23), die sich im Wesentlichen über den gesamten Stapelquerschnitt (10) erstreckt, miteinander verbunden sind.
2. Brennstoffzelienstapel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Klebeschicht (23) miteinander verbundenen Bauelemente (22) Ausnehmungen (25) aufweisen, durch welche sich zumindest ein entlang der Stapelachse (4) durch die Klebeschicht (23) hindurch erstreckender
Funktionshohlraum (30) ergibt, welcher durch die Klebeschicht (23) zumindest zwischen den Bauelementen (22) und quer zur
Stapelachse (4) umfänglich abgedichtet ist, wobei der
Funktionshohlraum (30) vorzugsweise einen Abschnitt eines Medien- Führungs-Kanals (33) bildet.
3. Brennstoffzelienstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Medien-Führungs- Einheit (8, 9) mehrere, entlang der Stapelachse (4) aufeinander folgende Bauelemente (22) aufweist, die jeweils mittels einer thermoplastischen oder aus einem Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber bestehenden Kiebeschicht (23)
miteinander verbunden sind, wobei sich die Kiebeschichten (23) jeweils im Wesentlichen über den gesamten Stapelquerschnitt (10) erstrecken.
4. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Klebeschicht (23) miteinander verbundene Bauelemente (22) einer Medien-Führungs- Einheit (8, 9) flächig aufeinander liegen, wobei im Inneren der Medien-Führungs-Einheit (8, 9) eine Kanalstruktur (27) durch Ausnehmungen (25) an den Bauelementen (22) gebildet ist.
5. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Klebeschicht miteinander verbundene Bauelemente einer Medien-Führungs- Einheit Umformungen aufweisen, durch welche im Inneren der Medien-Führungs-Einheit eine Kanalstruktur gebildet ist.
6. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (22) dünnflächig, insbesondere als Bleche, vorzugsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sind,
7. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (22) eben sind.
8. Brennstoffzellenstapel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Medien-Führungs- Einheit (8, 9) mehrere dünnflächige und ebene Bauelemente (22), insbesondere Bleche, aufweist, die entlang der Stapelachse (4) flächig aufeinander liegen und insbesondere mitteis jeweils einer thermoplastischen oder einer aus einem Zwei- oder Mehrkomponentenkieber bestehenden Klebeschicht (23) miteinander verbunden sind, wobei im Inneren der Medien- Führungs-Einheit (8, 9) eine Kanalstruktur (27) durch Ausnehmungen (25) an den Bauelementen (22) ausgebildet ist.
9. Brenn Stoffzellen Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Medien-Führungs- Einheit (8, 9) mehrere, entlang der Stapelachse (4) aufeinanderfolgende, dünnflächige Bauelemente (22), insbesondere Bleche, aufweist, die zu zumindest einer, vorzugsweise beiden, Hauptachsen des Stapelquerschnitts (10) weitgehend spielgelsymmetrisch ausgebildet sind.
10. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (2) mehrere Einzelzellen (37) aufweist, wobei zwei, mittels einer thermoplastischen oder aus Zwei- oder Mehrkomponentenkieber bestehenden Klebeschicht (23) miteinander verbundene Bauelemente (22) zwei verschiedenen Einzelzellen (37) zugeordnet sind .
11. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff kristallines Verhalten aufweist.
12. Brennstoffzelienstapei nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff thermisch leitfähig, elektrisch leitfähig und/oder
säurebeständig ausgebildet ist.
13. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem
thermoplastischen Kunststoff um ein Perfluoralkoxyalkan (PFA), ein fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), ein aromatisches Polymer oder ein mit PFA oder FEP beschichtetes Polyimid handelt,
14. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff eine zulässige Einsatztemperatur zwischen -40°C und 200°C aufweist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels
welcher zumindest zwei, entlang einer Stapelachse (4) aufeinander folgende Medien-Führungs-Einheit (8, 9) sowie eine entlang der Stapelachse (4) zwischen den Medien-Führungs-Einheiten (8, 9) angeordnete Membran-Elektroden-Einheiten (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, entlang der Stapelachse (4) aufeinander folgende Bauelemente (22) durch eine thermoplastische K!ebeschicht (23) oder einer Klebeschicht aus Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber miteinander verbunden werden, indem ein thermoplastischer Kunststoff oder ein Zwei- oder
Mehrkomponentenkleber, bevor die Bauelemente (22) gestapelt werden, mindestens auf diejenige Seitenfläche eines der Bauelemente (22) aufgetragen wird, die im gestapelten Zustand dem anderen Bauelement (22) zugewandt ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass 5 die Bauelemente (22), vorzugsweise vor dem Auftragen des
thermoplastischen Kunststoffs oder des Zwei- oder
Mehrkomponentenklebers, mit Ausnehmungen (25) versehen werden, die nach dem Verbinden der Bauelemente (22) zumindest einen Abschnitt eines Medien-Führungs-Kanais (33, 34) ausbilden.
0
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff mittels
Lamtnieren, Tauchen, Extrusion, Siebdruck und/oder eines Hotmelt- Verfahrens auf das oder die Bauelemente (22) aufgetragen wird. s
18. Maschinelle Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 17.
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