DE102007024959A1

DE102007024959A1 - Dichtung einer Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs, Elektrode mit Dichtung und Verfahren zum Dichten von Elektroden

Info

Publication number: DE102007024959A1
Application number: DE102007024959A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Hecker
Original assignee: Linde Medical Devices GmbH
Current assignee: Linde Medical Devices GmbH
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtung einer Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs, wobei ein verstrecktes Material der Elektrode (1) in einem umlaufenden Dichtungsbereich (2) der Elektrode von einem Dichtungsmaterial (3) vollständig umgeben ist und wobei das Dichtungsmaterial (3) an einer ersten Seitenfläche (1a) und an einer zweiten Seitenfläche (1b) der Elektrode (1) jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche (4, 5) bildet. Die Erfindung betrifft auch eine Elektrode mit einer solchen erfindungsgemäßen Dichtung sowie ein Verfahren zum gegeneinander Dichten einer solchen Elektrode gegen eine Bipolarplatte und/oder eine Membran einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung einer Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs, eine entsprechende Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs mit einer solchen Dichtung sowie ein Verfahren zum gegeneinander Dichten einer Elektrode gegen eine Bipolarplatte und/oder Membran einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs.
Generell müssen Elektroden von Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren gegen eine Bipolarplatte oder Membran von Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren gegen ein Auslaufen von Flüssigkeit (Wasser) abgedichtet werden. Dabei werden Elektroden zum Beispiel durch Dichtmassen direkt verklebt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass keine lösbare Verbindung solcher Elektroden mehr möglich ist, d. h. ein eventueller Austausch einer defekten oder abgenutzten Elektrode aus einem Stapel von Brennstoffzellen ist dann nicht möglich. Andere Dichtungen sind relativ aufwendig und benötigen separate Dichtscheiben, welche speziell zwischen einer Bipolarplatte und beispielsweise einer Membran aufgebracht und angeordnet werden müssen. Eine solche Dichtung ist beispielsweise in der EP 1 453 120 A2 beschrieben.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung einer Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs bzw. eine Elektrode mit einer solchen Dichtung bzw. ein Verfahren zum gegeneinander Dichten einer Elektrode gegen eine Bipolarplatte und/oder Membran einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs vorzusehen, welche(s) die Nachteile des Standes der Technik über windet und insbesondere eine besonders einfache, servicefreundliche, zuverlässige und kostengünstige Dichtung mit geringem Bauraumaufwand bietet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch eine Elektrode mit einer solchen Dichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
Bei der erfindungsgemäßen Dichtung einer Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs ist ein verstrecktes Material einer Elektrode in einem umlaufenden Dichtungsbereich der Elektrode von einem Dichtungsmaterial vollständig umgeben. Dabei bildet das Dichtungsmaterial erfindungsgemäß an einer ersten Seitenfläche und an einer zweiten Seitenfläche der Elektrode jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche.
Da das verstreckte Material der Elektrode erfindungsgemäß dabei im umlaufenden Dichtungsbereich der Elektrode vollständig vom Dichtungsmaterial umgeben ist, werden somit erfindungsgemäß auch die Öffnungen im Material der Elektrode, welche für den Stofftransport in der Brennstoffzelle bzw. im Elektrolyseur erforderlich sind, zuverlässig abgedichtet. Es ergibt sich eine hundertprozentige Dichtigkeit bezüglich dieser Stoffströme. Die Wiederverwendbarkeit bzw. die Austauschbarkeit einer Elektrode mit einer solchen Dichtung ist gewährleistet durch die jeweilige ebene Dichtfläche an der ersten Seitenfläche bzw. an der zweiten Seitenfläche der mit der erfindungsgemäßen Dichtung versehenen Elektrode.
Erfindungsgemäß kann das Dichtungsmaterial der Dichtung aus einem Silikon-Dichtungsmaterial bestehen. Dieses kann durch ein geeignetes Verfahren so zugeführt werden, dass im umlaufenden Dichtungsbereich das verstreckte Material der Elektrode vollständig mit dem Dichtungsmaterial, bevorzugt mit dem Silikon-Dichtungsmaterial, umgeben ist.
Um eine möglichst definierte Dichtwirkung zu erzielen und insbesondere um den erfindungsgemäß erforderlichen Platzbedarf, welcher erfindungsgemäß sowieso reduziert ist, besonders zu reduzieren, kann die Dicke des Dichtungsmaterials so gewählt sein, dass sie größer ist als die Dicke der verstreckten Elektrode zwischen den beiden Seitenflächen, so dass bevorzugt die jeweilige Dichtfläche jeweils um mindestens 0,05 mm bis 0,50 mm die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche der Elektrode überragt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs mit einer Dichtung, wie sie oben beschrieben ist, nämlich eine Elektrode aus verstrecktem Material, welche in einem umlaufenden Dichtungsbereich der Elektrode von einem Dichtungsmaterial vollständig umgeben ist. Dabei bildet das Dichtungsmaterial erfindungsgemäß an einer ersten Seitenfläche und an einer zweiten Seitenfläche der Elektrode jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche.
Generell ist anzumerken, dass die ebene bzw. im Wesentlichen ebene erfindungsgemäße Dichtfläche nicht mit anderen Dichtflächen verklebt, sondern dadurch eine definierte Dichtung ermöglicht wird, was erfindungsgemäß eine Austauschbarkeit erlaubt.
Das Dichtungsmaterial der erfindungsgemäßen Elektrode kann ein Silikon-Dichtungsmaterial sein.
Die erfindungsgemäße Elektrode kann eine Dicke des Dichtungsmaterials aufweisen, welche größer ist als die Dicke der verstreckten Elektrode zwischen den beiden Seitenflächen, wobei bevorzugt die jeweilige Dichtfläche jeweils um mindes tens 0,05 mm bis 0,50 mm die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche der Elektrode überragt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum gegeneinander Dichten einer Elektrode gegen eine Bipolarplatte oder eine Membran einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs mit den Schritten: vollständiges Umhüllen eines verstreckten Materials der Elektrode in einem umlaufenden Dichtungsbereich der Elektrode mit einem Dichtungsmaterial, wobei das Dichtungsmaterial an einer ersten Seitenfläche und an einer zweiten Seitenfläche der Elektrode jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche bildet, und durch Anordnen der Elektrode und der Bipolarplatte oder der Membran aufeinander so, dass die ebene Dichtfläche des umlaufenden Dichtungsbereichs der Elektrode auf der Bipolarplatte oder der Membran angeordnet wird. Somit kann die erfindungsgemäß lösbare dichtende Verbindung zwischen der Elektrode und der Bipolarplatte oder der Membran hergestellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beschrieben, welche eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft zeigen.
1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Elektrode mit einer erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Elektrode der 1.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Elektrode der 2.
4 zeigt den Ausschnitt A der 3 in Vergrößerung.
1 zeigt eine Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs mit einer Dichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen, perspektivischen Ansicht.
Die erfindungsgemäße Elektrode 1 der 1 besteht aus einem verstreckten Material, wobei durch das Verstrecken Öffnungen in der Elektrode vorhanden sind (diese sind in 1 und auch in den folgenden Figuren aufgrund der Schwierigkeit der graphischen Darstellbarkeit jedoch nicht zu sehen). In einem umlaufenden Dichtungsbereich 2 ist die Elektrode 1 von einem Dichtungsmaterial 3 vollständig umgeben, so dass dort keine durchgehenden Öffnungen vorhanden sind bzw. diese Öffnungen alle zuverlässig erfindungsgemäß durch das Dichtungsmaterial 3 abgedichtet sind. Das Dichtungsmaterial 3 bildet erfindungsgemäß an einer ersten Seitenfläche 1a und an einer zweiten Seitenfläche 1b der Elektrode 1 jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche 4 bzw. 5. Als Dichtungsmaterial 3 wird ein Silikon-Dichtungsmaterial verwendet, welches zumindest im Bereich der Dichtfläche 4, 5 mit anderen Dichtflächen nicht dauerhaft verklebt.
2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Elektrode 1 der 1.
Auch in 2 sind die Öffnungen des verstreckten Materials der Elektrode 1 aus graphischen Gründen nicht dargestellt. Ansonsten entsprechen, wie auch in den weiteren Figuren, gleiche Bezugszeichen den gleichen Elementen.
Wie in 2 gesehen werden kann, bildet das Dichtungsmaterial einen umlaufenden Dichtungsbereich 2 der Elektrode 1, wobei hier in Draufsicht die ebene bzw. im Wesentlichen ebene Dichtfläche 4 an der ersten Seitenfläche 1a der Elektrode 1 zu sehen ist.
3 zeigt eine Schnittansicht eines Teils der Elektrode der 1 bzw. der 2. Dabei ist im Schnitt gut zu sehen, dass im Bereich des Dichtungsbereichs 2 das Dichtungsmaterial 3 an der ersten Seitenfläche 1a und an der zweiten Seitenfläche 1b der Elektrode 1 jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche 4 bzw. 5 ausbildet.
4 ist eine im Maßstab 50:1 vergrößerte schematische Schnittansicht des Details A aus 3.
Aus 4 ist ersichtlich, dass die Dicke des Dichtungsmaterials 3 bevorzugt so gewählt ist, dass sie größer ist als die Dicke der verstreckten Elektrode 1 zwischen den beiden Seitenflächen 1a, 1b, wobei die Dicke der Elektrode dabei gemäß 4 0,45 mm beträgt und die jeweiligen Dichtflächen 4, 5 die jeweiligen Seitenflächen 1a bzw. 1b um 0,05 mm bzw. 0,10 mm überragen. Das Dichtungsmaterial 3 umgibt dabei die verstreckte Elektrode 1 vollständig, d. h. auch die sich darin befindlichen, durch das Verstrecken entstandenen bzw. vergrößerten Öffnungen sind im Dichtungsbereich ausgefüllt. Das Dichtungsmaterial 3 ist nicht lediglich auf die Seitenflächen 1a, 1b der Elektrode 1 aufgebracht, sondern es umgibt das Material der Elektrode mit den darin befindlichen Öffnungen vollständig. Dies ist leider aus 4 (und auch aus 3) nicht optimal ersichtlich. So tritt in 4 (wie auch in 3) das Dichtungsmaterial 3 vollständig durch die entsprechenden Öffnungen der Elektrode 1 durch und umgibt das verstreckte Material der Elektrode 1 dort erfindungsgemäß vollständig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1453120 A2 [0002]

Claims

Dichtung einer Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs, dadurch gekennzeichnet, dass ein verstrecktes Material der Elektrode (1) in einem umlaufenden Dichtungsbereich (2) der Elektrode von einem Dichtungsmaterial (3) vollständig umgeben ist, wobei das Dichtungsmaterial (3) an einer ersten Seitenfläche (1a) und an einer zweiten Seitenfläche (1b) der Elektrode (1) jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche (4, 5) bildet.
Dichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial (3) ein Silikon-Dichtungsmaterial ist.
Dichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Dichtungsmaterials (3) so ist, dass sie größer ist als die Dicke der verstreckten Elektrode (1) zwischen den beiden Seitenflächen (1a, 1b), so dass bevorzugt die jeweilige Dichtfläche (4, 5) jeweils um mindestens 0,05 mm bis 0,50 mm die erste Seitenfläche (1a) und die zweite Seitenfläche (1b) der Elektrode (1) überragt.
Elektrode einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs mit einer Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass ein verstrecktes Material der Elektrode (1) in einem umlaufenden Dichtungsbereich (2) der Elektrode von einem Dichtungsmaterial (3) vollständig umgeben ist, wobei das Dichtungsmaterial (3) an einer ersten Seitenfläche (1a) und an einer zweiten Seitenfläche (1b) der Elektrode (1) jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche (4, 5) bildet.
Elektrode gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial (3) ein Silikon-Dichtungsmaterial ist.
Elektrode gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Dichtungsmaterials (3) so ist, dass sie größer ist als die Dicke der verstreckten Elektrode (1) zwischen den beiden Seitenflächen (1a, 1b), so dass bevorzugt die jeweilige Dichtfläche (4, 5) jeweils um mindestens 0,05 mm bis 0,50 mm die erste Seitenfläche (1a) und die zweite Seitenfläche (1b) der Elektrode (1) überragt.
Verfahren zum gegeneinander Dichten einer Elektrode gegen eine Bipolarplatte oder eine Membran einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs, gekennzeichnet durch, vollständiges Umhüllen eines verstreckten Materials der Elektrode in einem umlaufenden Dichtungsbereich der Elektrode mit einem Dichtungsmaterial, wobei das Dichtungsmaterial an einer ersten Seitenfläche und an einer zweiten Seitenfläche der Elektrode jeweils eine ebene oder im Wesentlichen ebene Dichtfläche bildet, und durch Anordnen der Elektrode und der Bipolarplatte oder der Membran aufeinander so, dass die ebene Dichtfläche des umlaufenden Dichtungsbereichs der Elektrode auf der Bipolarplatte oder der Membran angeordnet wird.