DE102017010160A1 - Method for producing a framed membrane electrode assembly for a fuel cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gerahmten Membranelektrodenanordnung (1) für eine Brennstoffzelle.Erfindungsgemäß wird von zumindest einer Beschichtungsseite (B) einer vollflächig oder zumindest im Wesentlichen vollflächig mit Katalysatorschichten (5) beschichteten Membran (4) ein Katalysatorschichtmaterial (M) in einem vorgesehenen Rahmenverbindungsbereich (V) von der Membran (4) entfernt und die katalysatorbeschichtete Membran (3) in diesem Rahmenverbindungsbereich (V) mit einem Rahmen (2) verbunden.The invention relates to a method for producing a framed membrane electrode assembly (1) for a fuel cell. According to the invention, at least one coating side (B) of a membrane (4) coated over its entire surface or at least substantially over its entire area with catalyst layers (5) is a catalyst layer material (M) provided frame connection region (V) of the membrane (4) and the catalyst-coated membrane (3) in this frame connection region (V) connected to a frame (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gerahmten Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a framed membrane electrode assembly for a fuel cell according to the features of the preamble of
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer gerahmten Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for producing a framed membrane electrode assembly for a fuel cell.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer gerahmten Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved by a method for producing a framed membrane electrode assembly for a fuel cell having the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer gerahmten Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle, insbesondere für eine PEM-Brennstoffzelle (auch als Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle oder Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzelle bezeichnet), insbesondere für eine Brennstoffzelle eines Fahrzeugs, wird von zumindest einer Beschichtungsseite einer vollflächig oder zumindest im Wesentlichen vollflächig mit Katalysatorschichten beschichteten Membran, auch als Membran-Katalysator-Folie bezeichnet, ein Katalysatorschichtmaterial in einem vorgesehenen Rahmenverbindungsbereich von der Membran entfernt, insbesondere abgetragen, und die katalysatorbeschichtete Membran wird in diesem Rahmenverbindungsbereich mit einem beispielsweise aus Kunststoff ausgebildeten Rahmen verbunden, indem der Rahmen mit der in diesem Rahmenverbindungsbereich nun unbeschichteten Membran verbunden wird, wodurch vorteilhafterweise die gerahmte Membranelektrodenanordnung ausgebildet ist oder zumindest ein Vorprodukt zur Weiterverarbeitung zur gerahmten Membranelektrodenanordnung. Im letztgenannten Fall wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zumindest das Vorprodukt für die gerahmte Membranelektrodenanordnung hergestellt.In a method according to the invention for producing a framed membrane electrode arrangement for a fuel cell, in particular for a PEM fuel cell (also referred to as polymer electrolyte membrane fuel cell or proton exchange membrane fuel cell), in particular for a fuel cell of a vehicle, from at least one coating side of a full surface or at least substantially membrane over the entire surface coated with catalyst layers, also referred to as membrane-catalyst film, a catalyst layer material in a designated frame connection area of the membrane removed, in particular removed, and the catalyst-coated membrane is connected in this frame connection area with a formed example of plastic frame by the Frame is connected to the now uncoated in this frame connecting region membrane, thereby advantageously formed the framed membrane electrode assembly is or at least a precursor for further processing to the framed membrane electrode assembly. In the latter case, at least the intermediate product for the framed membrane electrode assembly is produced by the method according to the invention.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Verbindung mit einem teilabgetragenen Bereich (Reste Katalysatormaterial auf der Oberfläche) hergestellt wird.It may also be provided that the compound is produced with a partially removed region (residues of catalyst material on the surface).
Bei der katalysatorbeschichteten Membran handelt es sich beispielsweise um eine Polymer- und/oder Kunststofffolie, welche mindestens einseitig, vorteilhafterweise beidseitig mit Katalysatorschichtmaterial beschichtet ist.The catalyst-coated membrane is, for example, a polymer and / or plastic film which is coated on at least one side, advantageously on both sides, with catalyst layer material.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Katalysatorschichtmaterial in einem vorgesehenen Rahmenverbindungsbereich von beiden Beschichtungsseiten der Membran entfernt wird, insbesondere wenn vorgesehen ist, den Rahmen mit beiden Beschichtungsseiten der Membran zu verbinden, beispielsweise jeweils ein Rahmenelement mit jeweils einer Beschichtungsseite, wobei diese Rahmenelemente beispielsweise zum Rahmen zusammengefügt werden.It can also be provided that the catalyst layer material is removed in an intended frame connection region from both sides of the membrane, in particular if it is intended to connect the frame with both sides of the membrane, for example, in each case a frame member each having a coating side, said frame elements for example Frame are joined together.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Verwendung einer katalysatorbeschichteten Membran, bei welcher die Katalysatorschichten großflächig, insbesondere vollflächig oder zumindest im Wesentlichen vollflächig, und beispielsweise kontinuierlich aufgebracht wurden. Eine Vereinzelung in einzelne katalysatorbeschichtete Membranen kann dabei vor oder nach dem Verbinden mit dem jeweiligen Rahmen erfolgen.The solution according to the invention makes it possible to use a catalyst-coated membrane in which the catalyst layers have been applied over a large area, in particular over the entire area or at least substantially over the entire area, and for example continuously. Separation into individual catalyst-coated membranes can take place before or after connection to the respective frame.
Durch das erfindungsgemäße lokale oder großflächige Entfernen, insbesondere Abtragen, des Katalysatorschichtmaterials im vorgesehenen Rahmenverbindungsbereich wird eine Oberfläche erreicht, die für einen dauerhaften Verbund zwischen Membran und Rahmen geeignet ist. Insbesondere können dafür verschiedene Fügemöglichkeiten zur Herstellung dieses Verbundes verwendet werden.By means of the local or large-area removal according to the invention, in particular removal, of the catalyst layer material in the intended frame connection region, a surface is achieved which is suitable for a permanent bond between membrane and frame. In particular, different joining possibilities can be used for the production of this composite.
Es kann auch ein Aufbau mit einer direkten Verbindung zur Oberfläche der Bipolarplatte vorgesehen sein.It may also be provided a structure with a direct connection to the surface of the bipolar plate.
Dies ist das Problem bei einer anderen, gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung nachteiligen, Herstellungsvariante der gerahmten Membranelektrodenanordnung, bei welcher das Entfernen des Katalysatorschichtmaterials im Verbindungsbereich nicht durchgeführt wird, sondern der Rahmen direkt auf die Katalysatorschicht aufgeklebt wird, indem ein Klebstoff zwischen Oberflächen der katalysatorbeschichteten Membran und des Rahmens und somit auf der Katalysatorschicht angeordnet wird. Bei dieser nachteiligen Variante nimmt die Katalysatorschicht auf der Membran im Betrieb der Brennstoffzelle Wasser auf und bei einem anschließenden Gefrieren dehnt sich das Wasser und/oder daraus gebildetes Eis in der Katalysatorschicht aus und bricht die Katalysatorschicht in sich auf. Da diese Katalysatorschicht bei dieser nachteiligen Variante auch im Rahmenverbindungsbereich vorhanden ist, entstehen dadurch Undichtigkeiten zwischen katalysatorbeschichteter Membran und Rahmen, wodurch sich Gase der Brennstoffzelle, beispielsweise Wasserstoff und Luft, mischen können.This is the problem with another production variant of the framed membrane electrode assembly which is disadvantageous to the solution according to the invention, in which the removal of the catalyst layer material in the connection region is not carried out, but the frame is glued directly onto the catalyst layer by applying an adhesive between surfaces of the catalyst-coated membrane and of the frame and thus on the catalyst layer is arranged. In this disadvantageous variant takes the Catalyst layer on the membrane during operation of the fuel cell water and upon subsequent freezing, the water and / or ice formed in the catalyst layer expands and breaks up the catalyst layer in it. Since this catalyst layer is also present in the frame connection area in this disadvantageous variant, leaks between the catalyst-coated membrane and the frame thereby arise, as a result of which gases of the fuel cell, for example hydrogen and air, can mix.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Lösung zur Behebung oder zumindest Verbesserung der hierbei auftretenden Undichtigkeiten, denn durch die erfindungsgemäße Lösung werden die geschilderten Probleme der nachteiligen Variante vermieden oder zumindest reduziert. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine erhöhte Zug- und Schälbelastung der Verbindung zwischen beispielsweise als Membran-Katalysator-Folie ausgebildeter katalysatorbeschichteter Membran und dem beispielsweise aus Kunststoff ausgebildeten Rahmen vor und nach wiederholten Gefrierstartprozeduren erreicht. Des Weiteren wird eine erhöhte Sicherheit der gerahmten Membranelektrodenanordnung gegen Undichtigkeiten, insbesondere bei wiederholten Gefrierstartprozeduren, erreicht, wodurch eine längere Lebensdauer der Brennstoffzelle und/oder eines Brennstoffzellenstapels aus einer Mehrzahl solcher Brennstoffzellen erreicht wird.The inventive method provides the solution to remedy or at least improve the leaks occurring here, because by the inventive solution, the described problems of the disadvantageous variant are avoided or at least reduced. By the solution according to the invention an increased tensile and peel load of the connection between, for example, formed as a membrane catalyst film catalyst-coated membrane and the example formed of plastic frame before and after repeated freeze-start procedures is achieved. Furthermore, increased safety of the framed membrane electrode assembly against leaks, particularly in repeated freeze-start procedures, is achieved, thereby achieving longer life of the fuel cell and / or fuel cell stack from a plurality of such fuel cells.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine Optimierung der Oberfläche für eine Fügeverbindung, die robuster gegenüber Undichtigkeiten im Betrieb der Brennstoffzelle ist.The method according to the invention therefore makes it possible to optimize the surface for a joint connection that is more robust to leaks in the operation of the fuel cell.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Katalysatorschichtmaterial mittels eines Lasers entfernt wird. Die Verwendung des Lasers und somit das Abtragen des Katalysatorschichtmaterials im vorgesehenen Rahmenverbindungsbereich, lokal oder großflächig, durch Laserbestrahlung, ermöglicht dieses Entfernen des Katalysatorschichtmaterials auf besonders einfache, schnelle und effiziente Weise. Insbesondere kann dadurch auch eine hohe Genauigkeit bei der Entfernung des Katalysatorschichtmaterials erreicht werden, so dass sichergestellt ist, dass das Katalysatorschichtmaterial nur im vorgesehenen Bereich entfernt wird, und in diesem vorgesehenen Bereich vollständig entfernt wird. Des Weiteren werden durch diese Vorbearbeitung der Membran im Rahmenverbindungsbereich mittels des Lasers eine Vielzahl von Fügeverfahren zur Verbindung des Rahmens mit der Membran ermöglicht.An embodiment of the method provides that the catalyst layer material is removed by means of a laser. The use of the laser and thus the removal of the catalyst layer material in the intended frame connection region, locally or over a large area, by laser irradiation, enables this removal of the catalyst layer material in a particularly simple, fast and efficient manner. In particular, this also high accuracy in the removal of the catalyst layer material can be achieved, so as to ensure that the catalyst layer material is removed only in the intended area, and is completely removed in this area provided. Furthermore, this pre-processing of the membrane in the frame connection region by means of the laser enables a multiplicity of joining methods for connecting the frame to the membrane.
Der Rahmenverbindungsbereich, in welchem das Katalysatorschichtmaterial entfernt wird, kann beispielsweise randseitig um die Membran umlaufend sein oder randseitig nur bereichsweise vorgesehen sein. Beispielsweise kann er sich bis zu einem Membranrand erstrecken und/oder in Richtung einer Mitte der Beschichtungsseite eine vorgegebene Breite, d. h. Ausdehnung, aufweisen, d. h. er geht beispielsweise vom Membranrand aus und erstreckt sich über die vorgegebene Breite in Richtung der Mitte der Beschichtungsseite. Die Entfernung des Katalysatorschichtmaterials kann dabei im gesamten vorgesehenen Rahmenverbindungsbereich, d. h. in diesem Rahmenverbindungsbereich vollflächig oder zumindest im Wesentlichen vollflächig, oder nur in einem Teilbereich oder mehreren Teilbereichen des Rahmenverbindungsbereichs erfolgen, dann beispielsweise großflächig oder nur lokal. Beispielsweise wird das Katalysatorschichtmaterial in Abhängigkeit von einem vorgesehenen Fügeverfahren zur Verbindung des Rahmens mit der Membran entfernt.The frame connection region, in which the catalyst layer material is removed, may, for example, be circumferential around the membrane at the edge or be provided only in regions at the edge. For example, it may extend to a membrane edge and / or towards a center of the coating side a predetermined width, d. H. Expansion, have, d. H. it starts, for example, from the edge of the membrane and extends over the predetermined width in the direction of the center of the coating side. The removal of the catalyst layer material can be carried out in the entire intended frame connection area, d. H. in this frame connection area over the entire area or at least substantially over the entire area, or only in a subarea or several subregions of the frame connection area, then for example over a large area or only locally. For example, the catalyst layer material is removed in response to an intended joining process for bonding the frame to the membrane.
Beispielsweise wird die katalysatorbeschichtete Membran im Rahmenverbindungsbereich durch Kleben und/oder durch ein thermisches Fügeverfahren, d. h. Verbindungsverfahren, mit dem Rahmen verbunden, indem der Rahmen mit der im Rahmenverbindungsbereich unbeschichteten Membran verbunden wird. Insbesondere als thermisches Fügeverfahren können beispielsweise Heißverstemmen und/oder Schweißen, insbesondere Heizelementschweißen, Hochfrequenzschweißen, Laserdurchstrahlschweißen, Reibschweißen, insbesondere Rührreibschweißen, Ultraschallschweißen, Vibrationsschweißen und/oder Warmgasschweißen, Umspritzen des Bauteils durch Spritzgießen und/oder Spritzpressen verwendet werden. Die Verwendung dieser und möglicher weiterer Fügeverfahren wird durch das erfindungsgemäße Entfernen des Katalysatorschichtmaterials ermöglicht, da dadurch die im Rahmenverbindungsbereich unbeschichtete Membran direkt mit dem Rahmen verbunden wird und somit nicht der Rahmen direkt mit der Katalysatorschicht verbunden wird.For example, the catalyst-coated membrane in the framing area is adhesively bonded and / or by a thermal joining process, i. H. Connection method connected to the frame by connecting the frame to the uncoated membrane in the frame connection area. For example, hot caulking and / or welding, in particular heating element welding, high-frequency welding, laser transmission welding, friction welding, in particular friction stir welding, ultrasonic welding, vibration welding and / or hot gas welding, injection-molding of the component by injection molding and / or transfer molding can be used in particular as the thermal joining method. The use of these and possible further joining methods is made possible by the removal of the catalyst layer material according to the invention, since thereby the membrane uncoated in the frame connection region is connected directly to the frame and thus the frame is not connected directly to the catalyst layer.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Abtragen des Katalysatorschichtmaterials die katalysatorbeschichtete Membran hergestellt, indem zur Ausbildung der Katalysatorschichten das Katalysatorschichtmaterial auf beide Beschichtungsseiten der Membran vollflächig oder zumindest im Wesentlichen vollflächig aufgebracht wird. D. h. in dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren auch die Herstellung der katalysatorbeschichteten Membran, welche beispielsweise auf die oben beschriebene Weise erfolgt, insbesondere durch eine kontinuierliche Beschichtung der Membran mit dem Katalysatorschichtmaterial.In one embodiment of the method, before the removal of the catalyst layer material, the catalyst-coated membrane is produced by applying the catalyst layer material on both sides of the membrane over the entire surface or at least substantially over the entire surface to form the catalyst layers. Ie. In this embodiment, the method also comprises the preparation of the catalyst-coated membrane, which takes place for example in the manner described above, in particular by a continuous coating of the membrane with the catalyst layer material.
Hierzu wird beispielsweise ein Membranrollenmaterial kontinuierlich beidseits gleichzeitig oder zunächst auf einer Beschichtungsseite und dann auf der anderen Beschichtungsseite mit dem Katalysatorschichtmaterial beschichtet. Anschließend kann beispielsweise die Vereinzelung in einzelne katalysatorbeschichtete Membranen erfolgen, welche dann auf die oben beschriebene erfindungsgemäße Weise zur gerahmten Membranelektrodenanordnung weiterverarbeitet werden, oder es kann zunächst das Entfernen des Katalysatorschichtmaterials vom jeweiligen Rahmenverbindungsbereich und dann das Vereinzeln erfolgen oder das Vereinzeln erfolgt erst nach dem Verbinden mit dem jeweiligen Rahmen.For this purpose, for example, a membrane roll material is continuously coated on both sides simultaneously or first on one side of the coating and then on the other side of the coating with the catalyst layer material. Then you can For example, the separation into individual catalyst-coated membranes, which are then further processed in the manner described above for framed membrane electrode assembly, or it can be done first removing the catalyst layer material from the respective frame connection area and then singulating or singulation takes place only after the connection with the respective Frame.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 schematisch einen Rahmen für eine gerahmte Membranelektrodenanordnung einer Brennstoffzelle in einer Draufsicht, -
2 schematisch eine katalysatorbeschichtete Membran für eine gerahmte Membranelektrodenanordnung einer Brennstoffzelle in einer Draufsicht, -
3 schematisch eine Ausführungsform einer gerahmten Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle in einer Draufsicht, -
4 schematisch eine Querschnittdarstellung der katalysatorbeschichteten Membran im Bereich der SchnittebeneV -V in3 , -
5 schematisch eine Querschnittdarstellung der gerahmten Membranelektrodenanordnung gemäß der SchnittebeneV -V in3 , -
6 schematisch eine Querschnittdarstellung der gerahmten Membranelektrodenanordnung gemäß der SchnittebeneV -V in3 nach wiederholten Gefrierstartprozeduren einer die gerahmte Membranelektrodenanordnung umfassenden Brennstoffzelle, -
7 schematisch ein Bearbeitungsschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer gegenüber3 verbesserten Ausführungsform einer gerahmten Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle, und -
8 schematisch eine Querschnittdarstellung der mittels des Verfahrens hergestellten verbesserten Ausführungsform der gerahmten Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle.
-
1 schematically a frame for a framed membrane electrode assembly of a fuel cell in a plan view, -
2 schematically a catalyst-coated membrane for a framed membrane electrode assembly of a fuel cell in a plan view, -
3 1 schematically shows an embodiment of a framed membrane electrode arrangement for a fuel cell in a plan view, -
4 schematically a cross-sectional view of the catalyst-coated membrane in the region of the sectional planeV -V in3 . -
5 schematically a cross-sectional view of the framed membrane electrode assembly according to the sectional planeV -V in3 . -
6 schematically a cross-sectional view of the framed membrane electrode assembly according to the sectional planeV -V in3 after repeated freeze-start procedures of a fuel cell comprising the framed membrane electrode assembly, -
7 schematically a processing step in a method for producing a opposite3 improved embodiment of a framed membrane electrode assembly for a fuel cell, and -
8th schematically a cross-sectional view of the produced by the method improved embodiment of the framed membrane electrode assembly for a fuel cell.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Anhand der
Die Herstellung dieser katalysatorbeschichteten Membran
Vorteilhafterweise erfolgt dieses Beschichten kontinuierlich, beispielsweise indem ein Membranmaterial als Rollenmaterial verwendet wird, welches abgerollt und kontinuierlich beschichtet wird. Dadurch können auf einfache und schnelle Weise und dadurch zu entsprechend geringeren Herstellungskosten eine Vielzahl von katalysatorbeschichteten Membranen
Bei dieser Herstellung der katalysatorbeschichteten Membran
Anhand der
Gemäß der in den
Der Nachteil dieser Ausführungsform besteht, wie in
Bei der in
Die Entfernung des Katalysatorschichtmaterials
Die Entfernung des Katalysatorschichtmaterials
Das Entfernen des Katalysatorschichtmaterials
Zudem wird dadurch, dass das Katalysatorschichtmaterial
Das Entfernen des Katalysatorschichtmaterials
Zum Verkleben von Rahmen
Das Entfernen des Katalysatorschichtmaterials
Des Weiteren wird durch das Entfernen des Katalysatorschichtmaterials
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022213475A1 (en) * | 2022-12-12 | 2024-06-13 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Membrane electrode assembly and method for producing a membrane electrode assembly |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1037295B2 (en) | 1999-03-11 | 2005-12-14 | Umicore AG & Co. KG | Method for applying electrode layers on a tape-like polymer electrolyte membrane for fuel cells |
DE102015013623A1 (en) * | 2015-10-20 | 2016-04-14 | Daimler Ag | Membrane electrode assembly for a fuel cell, fuel cell and method of fabricating a membrane electrode assembly |
US20170271699A1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | Honda Motor Co., Ltd. | Method for producing fuel cell membrane electrode assembly |
-
2017
- 2017-11-02 DE DE102017010160.4A patent/DE102017010160A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1037295B2 (en) | 1999-03-11 | 2005-12-14 | Umicore AG & Co. KG | Method for applying electrode layers on a tape-like polymer electrolyte membrane for fuel cells |
DE102015013623A1 (en) * | 2015-10-20 | 2016-04-14 | Daimler Ag | Membrane electrode assembly for a fuel cell, fuel cell and method of fabricating a membrane electrode assembly |
US20170271699A1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | Honda Motor Co., Ltd. | Method for producing fuel cell membrane electrode assembly |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022213475A1 (en) * | 2022-12-12 | 2024-06-13 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Membrane electrode assembly and method for producing a membrane electrode assembly |
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