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WO2022135889A1 - Verfahren zur herstellung einer membran-elektroden-anordnung, membran-elektroden-anordnung sowie brennstoffzelle mit einer membran-elektroden-anordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer membran-elektroden-anordnung, membran-elektroden-anordnung sowie brennstoffzelle mit einer membran-elektroden-anordnung Download PDF

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Publication number
WO2022135889A1
WO2022135889A1 PCT/EP2021/084407 EP2021084407W WO2022135889A1 WO 2022135889 A1 WO2022135889 A1 WO 2022135889A1 EP 2021084407 W EP2021084407 W EP 2021084407W WO 2022135889 A1 WO2022135889 A1 WO 2022135889A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
membrane
plastic films
electrode assembly
adhesive
fuel cell
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/084407
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas RINGK
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN202190001003.0U priority Critical patent/CN220526961U/zh
Publication of WO2022135889A1 publication Critical patent/WO2022135889A1/de

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Classifications

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/02—Details
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    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a membrane-electrode assembly and a fuel cell having a membrane-electrode assembly according to the invention.
  • a fuel cell can be used to convert chemical energy into electrical energy using a fuel, for example hydrogen, and an oxidizing agent, for example oxygen.
  • the fuel cell has a membrane-electrode assembly (MEA) with a membrane that is coated on both sides with a catalytically active material to form electrodes.
  • MEA membrane-electrode assembly
  • the membrane which is coated on both sides, is usually laminated between two plastic films. This type of edge reinforcement is also called "gasket".
  • the two plastic films have large windows so that the coated membrane remains free except for a narrow peripheral edge area.
  • the free surfaces form active surfaces via which the proton exchange required for the electrochemical reaction takes place during operation of the fuel cell.
  • the object of the present invention is therefore to improve the performance of a fuel cell with a laminated membrane-electrode arrangement. Furthermore, the membrane electrode assembly should be as simple and inexpensive to produce.
  • the proposed method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell comprises the steps
  • a membrane preferably a polymer membrane
  • forming electrodes by coating the membrane on both sides with a catalytically active material
  • the two plastic films are laid against the coated membrane on both sides in the edge area and are glued to one another outside the edge area.
  • the active surfaces in the edge area of the membrane thus remain free of adhesive, specifically on both sides, ie both on the anode side and on the cathode side. Since the active areas are not covered by the adhesive, they are not deactivated either.
  • the plastic foils lying on both sides of the membrane in the edge area alone do not lead to a deactivation of the active surfaces, since the reaction gases can also get under the plastic foils.
  • the active surfaces thus extend under the plastic foils. This leads to an enlargement of the active areas and thus to an improvement in the performance of the membrane electrode assembly or the fuel cell produced from it. Since the plastic films are not glued over their entire surface in the proposed method, adhesive can also be saved. This reduces the costs of producing the membrane electrode assembly. Furthermore, membrane-electrode assemblies produced according to the proposed method have a lower weight. The coated membrane is held in the gasket by the rigidity of the plastic foils. In this way, edge reinforcement is also achieved without directly gluing the plastic films to the membrane.
  • the adhesive used to bond the two plastic films is preferably only applied in regions to one or both plastic films. This means that the at least one plastic film remains free of adhesive in some areas. When applying the adhesive, the area that should remain free of adhesive can be covered with a shadow mask or the like.
  • an area is preferably left free that is the same width as the bordered edge area of the membrane.
  • other areas can be left free, provided that it is ensured that the two plastic films are secured against slipping.
  • the adhesive also serves as a seal or gas barrier, it is preferably brought up to the edge area of the membrane.
  • An end face of the membrane is preferably glued to the plastic films. This ensures that the active surfaces on both sides of the membrane remain free, but that the glued-in front surface does not allow gas exchange. It is harmless if a small part of the adhesive is pressed into the edge area when the plastic films are placed on the membrane and/or during a subsequent lamination process, so that the active surfaces in the edge area are not completely free of adhesive. This is within an allowable tolerance range and does not conflict with the claims.
  • the plastic films are preferably provided with gaps before and/or after the adhesive bonding.
  • First recesses can be used, for example, to form media channels. These are preferably arranged in end sections of the plastic films.
  • the cut-outs can be special about punchings. These can be introduced into the plastic films before or after they are glued together. Further recesses or punched-out areas preferably serve to form window-like openings to expose the active surfaces of the coated membrane. These recesses or punched-out areas can only be produced before the plastic films are glued.
  • a membrane-electrode arrangement for a fuel cell is also proposed.
  • This comprises a membrane, preferably a polymer membrane, which is coated on both sides with a catalytically active material to form a first and a second electrode and is surrounded by a gasket in at least one edge area.
  • the gasket is made of plastic foils that are in contact with the membrane on both sides and are bonded to one with the aid of an adhesive.
  • the plastic films are free of adhesive at least in an area that overlaps with the edge area of the membrane.
  • the active surface in the edge area of the membrane is therefore not covered by adhesive and consequently not deactivated either. This is because the plastic films lying against the membrane do not prevent the reaction gases from getting between the plastic films and the membrane.
  • the membrane-electrode assembly or the fuel cell produced from it thus has improved performance. At the same time, the consumption of adhesive is reduced. Furthermore, the weight of the membrane-electrode arrangement and of the fuel cell produced from it is reduced.
  • the proposed membrane-electrode arrangement can be produced in particular using the method according to the invention described above.
  • the adhesive-free area of the plastic film has the same width as the bordered edge area of the membrane. This is to prevent adhesive from getting between the plastic films and the membrane. However, this cannot be completely ruled out and is within a tolerance range that does not contradict the invention.
  • the adhesive preferably reaches up to an end face of the membrane, so that the end face of the membrane is glued to the plastic films. Gluing the end faces does not restrict the active surfaces of the coated membrane, so that this has no disadvantage in terms of the performance of the membrane-electrode assembly or the fuel cell. If the membrane is glued on the face side, the glue can also be used as a seal or gas barrier, which prevents gas transfer from one electrode side to the other electrode side.
  • the plastic films preferably have recesses, preferably punched-out portions, for the formation of media channels.
  • the recesses or punched-out areas overlap one another, so that media channels are formed in a stacked arrangement of fuel cells of the same type.
  • the media channels serve to supply the fuel cell with the respective reaction gas.
  • the plastic films preferably have further recesses or punched-out portions, which, however, have been introduced into the gasket before it is formed. These recesses or punched-out areas are large-area, window-like openings for exposing the active areas of the coated membrane.
  • a circumferential edge reinforcement or a circumferential gasket can be formed that has a sufficiently high level of rigidity to hold the membrane. Direct bonding of the edge area of the membrane to the gasket is therefore not required.
  • a fuel cell for a fuel cell stack which includes a membrane-electrode assembly according to the invention. Thanks to the membrane-electrode arrangement according to the invention, the fuel cell has better performance. In addition, it can be produced more cost-effectively since adhesive is saved. The material savings also reduce the weight of the fuel cell.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the individual elements of a membrane electrode assembly according to the invention before gluing
  • Fig. 2 is a perspective view of the elements of FIG. 1 after bonding
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through the membrane electrode arrangement according to the invention of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 shows a membrane 1 coated on both sides with a catalytically active material and two plastic films 6 , 7 which serve to form a gasket 4 .
  • the two plastic films 6, 7 are placed on both sides of the coated membrane 1 in an edge area A and glued together outside of the edge area A.
  • the two plastic films 6, 7 are of the same design, so that they cover one another after gluing. This also applies to cutouts 8, 9 provided in the plastic films 6, 7.
  • the cutouts 8 are each formed in end sections 11, 12 of the plastic films 6, 7, so that media channels are formed on both sides of the membrane 1.
  • the recesses 9 each serve to form a large window that leaves a large area of the coated membrane 1 free. This is the active area of the coated membrane 1.
  • the recesses 9 are each bordered by a region B which remains free of adhesive s.
  • the area B has a width that corresponds to the width of the edge area A (see FIG. 3).
  • the plastic foils 6 , 7 are therefore essentially only glued to one another, but not to the edge area A of the membrane 1 .
  • the structure of the membrane-electrode arrangement 10 is shown in FIG. From this it can be seen that the adhesive bonding of the plastic films 6 , 7 to one another also leads to an adhesive bonding of the plastic films 6 , 7 to the membrane 1 .
  • the adhesion is limited to the area of an end face 13 of the membrane, so that the active areas of the membrane 1 are not restricted. This is because the edge region A remains free of adhesive 5.
  • the gasket 4 is therefore only glued to the membrane 1 on the front side.
  • the bonding on the face side forms a gas barrier which prevents gas from getting from one electrode side to the other electrode side of the membrane-electrode assembly 10 .

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung (10) für eine Brennstoffzelle, umfassend die Schritte - Bereitstellen einer Membran (1), vorzugsweise einer Polymermembran, - Ausbilden von Elektroden (2, 3) durch beidseitiges Beschichten der Membran (1) mit einem katalytisch aktiven Material, - Ausbilden eines die Membran (1) in zumindest einem Randbereich (A) einfassenden Gaskets (4) unter Verwendung von zwei Kunststofffolien (6, 7) und eines Klebstoffs (5). Erfindungsgemäß werden beim Ausbilden des Gaskets (4) die beiden Kunststofffolien (6, 7) im Randbereich (A) beidseits an die beschichtete Membran (1) angelegt und außerhalb des Randbereichs (A) miteinander verklebt. Die Erfindung betrifft ferner eine Membran-Elektroden-Anordnung (10) sowie eine Brennstoffzelle mit einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung (10).

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung, Membran- Elektroden-Anordnung sowie Brennstoffzelle mit einer Membran- Elektroden- Anordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden- Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Membran-Elektroden-Anordnung sowie eine Brennstoffzelle mit einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung.
Stand der Technik
Mit Hilfe einer Brennstoffzelle kann unter Verwendung eines Brennstoffs, beispielsweise Wasserstoff, und eines Oxidationsmittels, beispielsweise Sauerstoff, chemische in elektrische Energie gewandelt werden. Die Brennstoffzelle weist hierzu eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) mit einer Membran auf, die zur Ausbildung von Elektroden beidseitig mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist. Zur Randverstärkung wird die beidseits beschichtete Membran in der Regel zwischen zwei Kunststofffolien einlaminiert. Diese Art der Randverstärkung wird auch „Gasket“ genannt. Die beiden Kunststofffolien weisen dabei großflächige Fenster auf, damit bis auf einen schmalen umlaufenden Randbereich die beschichtete Membran frei bleiben. Die freien Flächen bilden aktive Flächen aus, über welche im Betrieb der Brennstoffzelle der für die elektrochemische Reaktion erforderliche Protonenaustausch erfolgt.
Bei der Ausbildung des Gaskets bzw. beim Einlaminieren der beschichteten Membran werden ca. 6% der aktiven Fläche durch Klebstoff abgedeckt und somit deaktiviert. Dies wirkt sich negativ auf die Performance der Brennstoffzelle aus. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Performance einer Brennstoffzelle mit einer einlaminierten Membran- Elektroden-Anordnung zu verbessern. Ferner soll die Membran-Elektroden-Anordnung möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein.
Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Membran-Elektroden-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Brennstoffzelle mit einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden- Anordnung für eine Brennstoffzelle umfasst die Schritte
Bereitstellen einer Membran, vorzugsweise einer Polymermembran, Ausbilden von Elektroden durch beidseitiges Beschichten der Membran mit einem katalytisch aktiven Material,
Ausbilden eines die Membran in zumindest einem Randbereich einfassenden Gaskets unter Verwendung von zwei Kunststofffolien und eines Klebstoffs.
Erfindungsgemäß werden beim Ausbilden des Gaskets die beiden Kunststofffolien im Randbereich beidseits an die beschichtete Membran angelegt und außerhalb des Randbereichs miteinander verklebt werden.
Die aktiven Flächen im Randbereich der Membran bleiben somit frei von Klebstoff, und zwar beidseits, das heißt sowohl anodenseitig als auch kathodenseitig. Da die aktiven Flächen nicht durch den Klebstoff abgedeckt werden, werden sie auch nicht deaktiviert. Die im Randbereich beidseits an der Membran anliegenden Kunststofffolien allein führen nicht zu einer Deaktivierung der aktiven Flächen, da die Reaktionsgase auch unter die Kunststofffolien gelangen können.
Die aktiven Flächen erstrecken sich somit bis unter die Kunststofffolien. Dies führt zu einer Vergrößerung der aktiven Flächen und damit zu einer Verbesserung der Performance der Membran-Elektroden-Anordnung bzw. der hieraus hergestellten Brennstoffzelle. Da die Kunststofffolien bei dem vorgeschlagenen Verfahren nicht vollflächig verklebt werden, kann zudem Klebstoff eingespart werden. Dadurch sinken die Kosten bei der Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung. Ferner weisen nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellte Membran- Elektroden-Anordnungen ein geringeres Gewicht auf. Die beschichtete Membran wird durch die Steifigkeit der Kunststofffolien im Gasket gehalten. Auf diese Weise wird eine Randverstärkung auch ohne direkte Verklebung der Kunststofffolien mit der Membran erreicht.
Bevorzugt wird der zur Verklebung der beiden Kunststofffolien verwendete Klebstoff lediglich bereichsweise auf eine oder beide Kunststofffolien aufgebracht. Das heißt, dass die mindestens eine Kunststofffolie bereichsweise frei von Klebstoff bleibt. Beim Aufbringen des Klebstoffs kann der Bereich, der frei von Klebstoff bleiben soll, mit einer Schattenmaske oder der gleichen abgedeckt werden.
Des Weiteren bevorzugt wird beim Aufbringen des Klebstoffs auf eine oder beide Kunststofffolien ein Bereich freigelassen, der gleich breit wie der eingefasste Randbereich der Membran ist. Darüber hinaus können weitere Bereiche freigelassen werden, sofern sichergestellt ist, dass die beiden Kunststofffolien gegen Verrutschen gesichert sind.
Sofern der Klebstoff zugleich als Dichtung bzw. Gasbarriere dient, ist dieser bevorzugt bis an den Randbereich der Membran herangeführt. Bevorzugt wird eine Stirnfläche der Membran mit den Kunststofffolien verklebt. Dadurch ist sichergestellt, dass die aktiven Flächen beidseits der Membran frei bleiben, die eingeklebte Stirnfläche jedoch keinen Gasaustausch zulässt. Unschädlich ist, wenn ein geringer Teil des Klebstoffs beim Anlegen der Kunststofffolien an die Membran und/oder bei einem anschließenden Laminiervorgang in den Randbereich hineingedrückt wird, so dass die aktiven Flächen im Randbereich nicht vollständig frei von Klebstoff sind. Dies liegt innerhalb eines zulässigen Toleranzbereiches und steht nicht im Widerspruch zu den Ansprüchen.
Ferner bevorzugt werden die Kunststofffolien vor und/oder nach dem Verkleben mit Aussparungen versehen. Erste Aussparungen können beispielsweise der Ausbildung von Medienkanälen dienen. Diese werden bevorzugt in Endabschnitten der Kunststofffolien angeordnet. Bei den Aussparungen kann es sich insbe- sondere um Ausstanzungen handeln. Diese können vor oder nach dem Verkleben der Kunststofffolien miteinander in diese eingebracht werden. Weitere Aussparungen bzw. Ausstanzungen dienen vorzugsweise der Ausbildung fensterartiger Öffnungen zur Freilassung der aktiven Flächen der beschichteten Membran. Diese Aussparungen bzw. Ausstanzungen können nur vor dem Verkleben der Kunststofffolien hergestellt werden.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Membran- Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle vorgeschlagen. Diese umfasst eine Membran, vorzugsweise eine Polymermembran, die zur Ausbildung einer ersten und einer zweiten Elektrode beidseits mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet und in zumindest einem Randbereich von einem Gasket eingefasst ist. Das Gasket ist aus beidseitig an der Membran anliegenden Kunststofffolien ausgebildet, die mit Hilfe eines Klebstoffs mit einer verklebt sind. Erfindungsgemäß sind die Kunststofffolien zumindest in einem Überdeckungsbereich mit dem Randbereich der Membran Klebstoff frei. Die aktive Fläche im Randbereich der Membran wird somit nicht durch Klebstoff abgedeckt und demzufolge auch nicht deaktiviert. Denn die an der Membran anliegenden Kunststofffolien verhindern nicht, dass die Reaktionsgase zwischen die Kunststofffolien und die Membran gelangen. Dadurch vergrößert sich die aktive Fläche auf beiden Seiten der Membran. Die Membran- Elektroden-Anordnung bzw. die hieraus hergestellte Brennstoffzelle weist somit eine verbesserte Performance auf. Zugleich sinkt der Klebstoffverbrauch. Ferner reduziert sich das Gewicht der Membran- Elektroden- Anordnung sowie der hieraus hergestellten Brennstoffzelle.
Die vorgeschlagene Membran- Elektroden-Anordnung kann insbesondere nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der klebstofffreie Bereich der Kunststofffolien gleich breit wie der eingefasste Randbereich der Membran. Auf diese Weise soll vermieden werden, dass Klebstoff zwischen die Kunststofffolien und die Membran gelangt. Ganz ausgeschlossen kann dies jedoch nicht werden und liegt innerhalb eines Toleranzbereiches, der nicht im Widerspruch zu Erfindung steht. Bevorzugt reicht der Klebstoff bis an eine Stirnfläche der Membran heran, so dass die Membran stirnseitig mit den Kunststofffolien verklebt ist. Die stirnseitige Verklebung schränkt die aktiven Flächen der beschichteten Membran nicht ein, so dass dies keinen Nachteil in Bezug auf die Performance der Membran- Elektroden-Anordnung bzw. der Brennstoffzelle hat. Bei einer stirnseitigen Verklebung der Membran kann der Klebstoff zugleich als Dichtung bzw. Gasbarriere genutzt werden, die einen Gasübertritt von der einen Elektrodenseite auf die andere Elektrodenseite verhindert.
Ferner bevorzugt weisen die Kunststofffolien Aussparungen, vorzugsweise Ausstanzungen, zur Ausbildung von Medienkanälen auf. Die Aussparungen bzw. Ausstanzungen überdecken einander, so dass in gestapelter Anordnung gleichartiger Brennstoffzellen Medienkanäle ausgebildet werden. Die Medienkanäle dienen der Versorgung der Brennstoffzelle mit dem jeweiligen Reaktionsgas.
Bevorzugt weisen die Kunststofffolien weitere Aussparungen bzw. Ausstanzungen auf, die jedoch vor der Ausbildung des Gaskets in diese eingebracht worden sind. Bei diesen Aussparungen bzw. Ausstanzungen handelt es sich um großflächige fensterartige Öffnungen zur Freilegung der aktiven Flächen der beschichteten Membran. Mit Hilfe dieser Kunststofffolien kann eine umlaufende Randverstärkung bzw. ein umlaufendes Gasket ausgebildet werden, das eine ausreichend hohe Steifigkeit besitzt, um die Membran zu halten. Einer direkten Verklebung des Randbereichs der Membran mit dem Gasket bedarf es daher nicht.
Darüber hinaus wird eine Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen, die eine erfindungsgemäße Membran- Elektroden-Anordnung umfasst. Die Brennstoffzelle weist dank der erfindungsgemäßen Membran- Elektroden- Anordnung eine bessere Performance auf. Zudem ist sie kostengünstiger herstellbar, da Klebstoff eingespart werden. Durch die Materialeinsparungen verringert sich zudem das Gewicht der Brennstoffzelle.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der einzelnen Elemente einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung vor dem Verkleben, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Elemente der Fig. 1 nach dem Verkleben und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Membran- Elektroden-Anordnung der Figuren 1 und 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine beidseitig mit einem katalytisch aktiven Material beschichtete Membran 1 sowie zwei Kunststofffolien 6, 7, die der Ausbildung eines Gaskets 4 dienen. Hierzu werden die beiden Kunststofffolien 6, 7 in einem Randbereich A beidseits an die beschichtete Membran 1 angelegt und außerhalb des Randbereichs A miteinander verklebt.
Die beiden Kunststofffolien 6, 7 sind gleich ausgeführt, so dass sie nach dem Verkleben einander überdecken. Dies gilt auch für in den Kunststofffolien 6, 7 vorgesehene Aussparungen 8, 9. Die Aussparungen 8 sind jeweils in Endabschnitten 11, 12 der Kunststofffolien 6, 7 ausgebildet, so dass beidseits der Membran 1 Medienkanäle ausgebildet werden. Die Aussparungen 9 dienen jeweils der Ausbildung eines großen Fensters, das einen großen Bereich der beschichteten Membran 1 freilässt. Hierbei handelt es sich um die aktive Fläche der beschichteten Membran 1.
Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, werden die Aussparungen 9 jeweils durch ein Bereich B eingefasst, der frei von Klebstoff s bleibt. Das heißt, dass der Klebstoff 5 zum Verkleben der Kunststofffolien 6, 7 lediglich außerhalb des Bereichs B auf die Kunststofffolien 6, 7 oder zumindest eine Kunststofffolie aufgetragen wird. Der Bereich B weist dabei eine Breite auf, die der Breite des Randbereichs A entspricht (siehe Figur 3). Die Kunststofffolien 6, 7 werden daher im Wesentlichen lediglich miteinander, nicht aber mit dem Randbereich A der Membran 1 verklebt.
Die beidseits beschichtete Membran 1 und die zu einem Gasket 4 verklebten Kunststofffolien 6, 7 bilden gemeinsam eine Membran- Elektroden-Anordnung 10 aus (siehe Figur 2), wobei die beidseitigen Beschichtungen der Membran 1 mit einem katalytisch aktiven Material Elektroden 2, 3 ausbilden.
Der Aufbau der Membran- Elektroden-Anordnung 10 ist in der Figur 3 dargestellt. Dieser ist zu entnehmen, dass über die Verklebung der Kunststofffolien 6, 7 miteinander auch zu einer Verklebung der Kunststofffolien 6, 7 mit der Membran 1 führt. Die Verklebung beschränkt sich jedoch auf den Bereich einer Stirnfläche 13 der Membran, so dass die aktiven Flächen der Membran 1 nicht einschränkt werden. Denn der Randbereich A bleibt frei von Klebstoff 5. Das Gasket 4 ist somit lediglich stirnseitig mit der Membran 1 verklebt. Die stirnseitige Verklebung bildet eine Gasbarriere aus, die verhindert, dass Gas von einen Elektrode Seite auf die andere Elektrodenseite der Membran- Elektroden-Anordnung 10 gelangt.

Claims

- 8 - Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Membran- Elektroden-Anordnung (10) für eine Brennstoffzelle, umfassend die Schritte
Bereitstellen einer Membran (1), vorzugsweise einer Polymermembran, Ausbilden von Elektroden (2, 3) durch beidseitiges Beschichten der Membran (1) mit einem katalytisch aktiven Material,
Ausbilden eines die Membran (1) in zumindest einem Randbereich (A) einfassenden Gaskets (4) unter Verwendung von zwei Kunststofffolien (6, 7) und eines Klebstoffs (5), dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbilden des Gaskets (4) die beiden Kunststofffolien (6, 7) im Randbereich (A) beidseits an die beschichtete Membran (1) angelegt und außerhalb des Randbereichs (A) miteinander verklebt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Verklebung der beiden Kunststofffolien (6, 7) verwendete Klebstoff (5) lediglich bereichsweise auf eine oder beide Kunststofffolien (6, 7) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen des Klebstoffs (5) auf eine cider beide Kunststofffolien (6, 7) ein Bereich (B) freigelassen wird, der gleich breit wie der eingefasste Randbereich (A) der Membran (1) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche (13) der Membran (1) mit den Kunststofffolien (6, 7) verklebt wird. - 9 -
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach dem Verkleben die Kunststofffolien (6, 7) mit Aussparungen (8, 9), vorzugsweise Ausstanzungen, versehen werden.
6. Membran- Elektroden-Anordnung (10) für eine Brennstoffzelle, umfassend eine Membran (1), vorzugsweise eine Polymermembran, die zur Ausbildung einer ersten und einer zweiten Elektrode (2, 3) beidseits mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet und in zumindest einem Randbereich (A) von einem Gasket (4) eingefasst ist, das aus beidseitig an der Membran anliegende Kunststofffolien (6, 7) ausgebildet ist, die mit Hilfe eines Klebstoffs (5) miteinander verklebt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (6, 7) zumindest in einem Überdeckungsbereich mit dem Randbereich (A) der Membran (1) klebstofffrei sind.
7. Membran-Elektroden-Anordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der klebstofffreie Bereich der Kunststofffolien (6, 7) gleich breit wie der eingefasste Randbereich (A) der Membran (1) ist.
8. Membran-Elektroden-Anordnung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (5) bis an eine Stirnfläche (13) der Membran (1) heranreicht, so dass die Membran (1) stirnseitig mit den Kunststofffolien (6, 7) verklebt ist.
9. Membran-Elektroden-Anordnung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (6, 7) Aussparungen (8, 9), vorzugsweise Ausstanzungen, zur Ausbildung von Medienkanälen aufweisen.
10. Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellenstapel, umfassend eine Membran- Elektroden-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
PCT/EP2021/084407 2020-12-21 2021-12-06 Verfahren zur herstellung einer membran-elektroden-anordnung, membran-elektroden-anordnung sowie brennstoffzelle mit einer membran-elektroden-anordnung WO2022135889A1 (de)

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