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DE102023205624A1 - Elektrochemische Zelle sowie Verfahren und Anlage zum Herstellen einer Baugruppe für die elektrochemische Zelle - Google Patents

Elektrochemische Zelle sowie Verfahren und Anlage zum Herstellen einer Baugruppe für die elektrochemische Zelle Download PDF

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DE102023205624A1
DE102023205624A1 DE102023205624.0A DE102023205624A DE102023205624A1 DE 102023205624 A1 DE102023205624 A1 DE 102023205624A1 DE 102023205624 A DE102023205624 A DE 102023205624A DE 102023205624 A1 DE102023205624 A1 DE 102023205624A1
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DE
Germany
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gas diffusion
diffusion layer
plate
electrode
assembly
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023205624.0A
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English (en)
Inventor
Alexander Domscheit
Katja Olsen
Helmut Rauner
Tim Rückert
Matteo Scolari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cellcentric GmbH and Co KG
Original Assignee
Cellcentric GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Cellcentric GmbH and Co KG filed Critical Cellcentric GmbH and Co KG
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Priority to PCT/EP2024/066341 priority patent/WO2024256526A1/de
Priority to PCT/EP2024/066297 priority patent/WO2024256503A1/de
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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe für eine elektrochemische Zelle, wobei die Baugruppe wenigstens die folgenden Aufbaukomponenten aufweist: eine erste Gasdiffusionslage (21), eine Protonenaustauschmembran (42) und eine zwischen der ersten Gasdiffusionslage und der Protonenaustauschmembran angeordnete ersten Elektrode (31), weist die Schritte Bereitstellen der ersten Gasdiffusionslage und Aufbauen der Baugruppe auf, wobei das Aufbauen Hinzufügen der ersten Elektrode und der Protonenaustauschmembran umfasst, wobei das Hinzufügen der ersten Elektrode ein Auftragen von Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage umfasst und eine Festigkeit dieses Elektrodenmaterials nach diesem Auftragen zunimmt und/oder das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran ein Auftragen von Membranmaterial (40) auf die erste Elektrode umfasst und eine Festigkeit dieses Membranmaterial nach diesem Auftragen zunimmt, wobei die erste Gasdiffusionslage auf einem von mehreren einzelnen Trägern (100) eines Fördersystems oder auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern (100) eines Fördersystems angeordneten Unterlage (1) oder auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern (100) eines Fördersystems angeordneten ersten Platte der Baugruppe (10; 10') zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid bereitgestellt und dieser Träger mit der bereitgestellten ersten Gasdiffusionslage zu einer Applikationseinrichtung transportiert wird, durch welche die erste Elektrode und die Protonenaustauschmembran hinzugefügt werden. Die Erfindung betrifft auch eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle, einen Zellenstapel mit solchen elektrochemischen Zellen sowie ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen von Baugruppen für solche elektrochemische Zellen bzw. Zellenstapel.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle, einen Zellenstapel mit solchen elektrochemischen Zellen sowie ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen von Baugruppen für solche elektrochemische Zellen bzw. Zellenstapel.
  • Es kann eine Aufgabe der Erfindung sein, elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen, oder Zellenstapel mit solchen elektrochemischen Zellen und/oder die Herstellung solcher elektrochemischen Zellen bzw. Zellenstapel zu verbessern.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist eine Baugruppe für eine elektrochemische Zelle wenigstens die folgenden Aufbaukomponenten auf:
    • - eine erste Gasdiffusionslage;
    • - eine Protonenaustauschmembran;
    • - eine, in einigen Ausführungsformen zwischen der ersten Gasdiffusionslage und der Protonenaustauschmembran angeordnete, erste Elektrode, in einigen Ausführungsformen eine Kathode oder Anode.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist die Baugruppe für eine elektrochemische Zelle wenigstens die folgenden Aufbaukomponenten auf:
    • - eine erste Platte zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid und/oder gasförmigem Fluid, vorzugsweise eine Bipolarplatte oder Bipolarteilplatte, in einigen Ausführungsformen eine Anodenteilplatte oder Kathodenteilplatte;
    • - die Protonenaustauschmembran;
    • - die zwischen der ersten Platte und der Protonenaustauschmembran angeordnete erste Elektrode; und
    • - die zwischen der ersten Platte und der ersten Elektrode angeordnete erste Gasdiffusionslage.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die elektrochemische Zelle eine Brennstoffzelle. Hierfür kann die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der Einsatzrandbedingungen, besonders vorteilhaft sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die elektrochemische Zelle eine Elektrolysezelle bzw. ein Elektrolyseur. Hierfür kann die vorliegende Erfindung ebenfalls vorteilhaft sein.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen der Baugruppe, die wenigstens die (vorstehend genannten) Aufbaukomponenten erste Platte, Protonenaustauschmembran, erste Elektrode und erste Gasdiffusionslage aufweist, die Schritte auf:
    1. A) Bereitstellen einer Basis, die nur einen Teil bzw. eine oder mehrere, aber nicht alle, dieser Aufbaukomponenten aufweist; und
    2. B) Aufbauen der Baugruppe, wobei das Aufbauen Hinzufügen der restlichen (dieser) Aufbaukomponenten umfasst.
  • Das Bereitstellen einer Basis, die eine oder mehrere der Aufbaukomponenten aufweist, bzw. das Nutzen einer oder mehrerer der Aufbaukomponenten selber als Basis zum Aufbauen der Baugruppe, kann den Vorteil aufweisen, dass - verglichen mit einem Aufbauen der Baugruppe auf einer von den Aufbaukomponenten verschiedenen Basis - ein (Arbeitsschritt eines) Ablösen(s) von nachfolgend erläutertem, auf die Basis aufgetragenen Formmaterial von der zum Aufbauen verwendeten Basis entfallen und dadurch vorteilhafterweise die Verbindung zwischen Formmaterial und dieser bzw. diesen Aufbaukomponente(n) verbessert und/oder die Herstellung schnell(er) und/oder einfach(er) durchgeführt werden kann. In einigen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Basis aus dem Teil bzw. der bzw. den (vorstehend genannten) Aufbaukomponente(n). Dies kann den Vorteil aufweisen, dass ein Ablösen nachfolgend erläuterten, auf die Basis aufgetragenen Formmaterials von der Basis entfallen und dadurch vorteilhafterweise die Herstellung schnell(er) und/oder einfach(er) durchgeführt werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird in Schritt A) die erste Platte als Basis bereitgestellt. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass eine stabile(re) Basis zur Verfügung steht.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird in Schritt A) die erste Platte (zusammen) mit der, vorzugsweise (bereits) darauf angeordneten, ersten Gasdiffusionslage, vorzugsweise ohne die erste Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran, als Basis bereitgestellt. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass das nachfolgend erläuterte Auftragen von Formmaterial auf diese Basis die Gasdiffusionslage, gegebenenfalls zusätzlich, vorteilhaft mit der Platte verbindet.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird in Schritt A) die erste Platte ohne die erste Gasdiffusionslage, vorzugsweise (auch) ohne die erste Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran, als Basis bereitgestellt. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass auf die als Basis bereitgestellte Platte aufgetragenes Formmaterial die Gasdiffusionslage bei deren Anordnen auf der Platte vorteilhaft fixieren und/oder das Auftragen vereinfacht und/oder prozesssichererer erfolgen kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird in Schritt A) eine von der ersten Platte und vorzugsweise auch von einem nachfolgend erläuterten Träger eines Fördersystems verschiedene Unterlage, die vorzugsweise spätestens bei Abschluss der Herstellung der Baugruppe (wieder) entfernt wird, mit darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage ohne die erste Platte, vorzugsweise mit oder besonders bevorzugt (auch) ohne erste Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran, als Basis bereitgestellt. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass die Platte später hinzugefügt und/oder die Basis bis dahin vorteilhaft bewegbar, insbesondere leichter und/oder kompakter, sein und/oder ein Auftragen und/oder Ablösen des Formmaterials auf die bzw. von der Unterlage verbessert werden und/oder der Träger während eines Ablösens bereits anderweitig genutzt werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird in Schritt A) ein nachfolgend erläuterter Träger eines Fördersystems mit darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage ohne die erste Platte, vorzugsweise mit oder besonders bevorzugt ohne erste Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran, als Basis bereitgestellt. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass die Platte später hinzugefügt und/oder die Basis bis dahin vorteilhaft bewegbar, insbesondere leichter und/oder kompakter, sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann auch (nur) die auf einer Unterlage oder einem nachfolgend erläuterten Träger eines Fördersystems angeordnete erste Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran als Basis bereitgestellt werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen der Baugruppe, welche wenigstens die (vorstehend genannten) Aufbaukomponenten erste Gasdiffusionslage, Protonenaustauschmembran und erste Elektrode aufweist, die Schritte auf:
    • - Bereitstellen der ersten Gasdiffusionslage; und
    • - Aufbauen der Baugruppe, wobei das Aufbauen (ein) Hinzufügen der ersten Elektrode und der Protonenaustauschmembran umfasst; wobei, vorzugsweise in nachfolgend erläuterter Weise,
    • - das Hinzufügen der ersten Elektrode ein Auftragen von Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage umfasst und eine Festigkeit dieses Elektrodenmaterials nach diesem Auftragen zunimmt; und/oder
    • - das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran ein Auftragen von Membranmaterial auf die erste Elektrode umfasst und eine Festigkeit dieses Membranmaterial nach diesem Auftragen zunimmt; wobei die erste Gasdiffusionslage
    • - auf einem von mehreren einzelnen Trägern eines Fördersystems, vorzugsweise dem vorstehend bereits erwähnten Träger; oder
    • - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern eines Fördersystems angeordneten Unterlage, vorzugsweise der vorstehend bereits erwähnten Unterlage; oder
    • - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern eines Fördersystems angeordneten ersten Platte der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, vorzugsweise der vorstehend bereits erwähnten ersten Platte, vorzugsweise einer Bipolarplatte oder Bipolarteilplatte, in einigen Ausführungsformen einer Anodenteilplatte oder Kathodenteilplatte;
    bereitgestellt und dieser Träger mit der bereitgestellten ersten Gasdiffusionslage zu einer nachfolgend erläuterten Applikationseinrichtung transportiert wird, durch welche die erste Elektrode und die Protonenaustauschmembran hinzugefügt werden. Dies kann insbesondere die vorgenannten Schritte A), B) umfassen bzw. verwirklichen, ohne dass diese Ausführungsformen der Erfindung hierauf beschränkt sind.
  • Durch die vorstehend genannte Verwendung von Trägern kann in einigen Ausführungsformen das Auftragen von Elektroden- und/oder Membranmaterial mithilfe der Applikationseinrichtung besonders vorteilhaft realisiert werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Förderbewegung des Trägers bzw. der entsprechenden Bewegung der ersten Gasdiffusionslage vorteilhaft zum Auftragen von Elektroden- und/oder Membranmaterial genutzt werden, welches hierzu in einigen Ausführungsformen von oben zugeführt wird. Mit anderen Worten kann der Träger während des Auftragens bewegt werden, um Elektroden- bzw. Membranmaterial in vorteilhafter Weise verteilt aufzutragen, wobei eine oder mehrere Austrittsöffnungen, durch die das Material aufgetragen wird, ortsfest sein oder zusätzlich ebenfalls bewegt werden können. Dadurch kann das Material vorteilhaft, insbesondere schnell, präzise, variabel und/oder in besonders vorteilhaften Bewegungsmustern aufgetragen werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Träger während des Auftragens von Elektrodenmaterial und/oder während des Auftragens von Membranmaterial auch stillstehen. Dies kann insbesondere ein besonders präzises Auftragen und/oder eine Zunahme der Festigkeit verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen der Baugruppe, welche wenigstens die (vorstehend genannten) Aufbaukomponenten erste Platte, Protonenaustauschmembran, erste Elektrode und erste Gasdiffusionslage aufweist, die Schritte auf:
    1. a) Bereitstellen einer von diesen Aufbaukomponenten verschiedenen bzw. keine dieser Aufbaukomponenten aufweisenden (Aufbau)Basis; und
    2. b) Aufbauen der Baugruppe, wobei das Aufbauen Hinzufügen dieser Aufbaukomponenten umfasst.
  • Das Bereitstellen einer von den Aufbaukomponenten verschiedenen Basis kann den Vorteil aufweisen, dass das Auftragen von Formmaterial und/oder Hinzufügen der ersten der Aufbaukomponenten verbessert und/oder diese Basis besser gehandhabt werden kann.
  • Das Hinzufügen der, gegebenenfalls restlichen der, Aufbaukomponenten erfolgt, wie nachfolgend auch noch erörtert, in einigen Ausführungsformen durch sukzessives Hinzufügen jeweils einer dieser Aufbaukomponenten. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass diese Aufbaukomponenten besser hinzugefügt, gegebenenfalls dabei teilweise hergestellt, werden können. In einigen Ausführungsformen werden, wie nachfolgend auch noch erörtert, zwei oder mehr der Aufbaukomponenten gemeinsam hinzugefügt, vorzugsweise als vorgefertigte Untergruppe, wobei in einigen Ausführungsformen der Erfindung sukzessive eine oder mehrere der Aufbaukomponenten einzeln und eine oder mehrerer der Aufbaukomponenten als vorgefertigte Untergruppe hinzugefügt werden. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass das Herstellen vereinfacht und/oder beschleunigt werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist das Verfahren auf, dass
    • - ein ein- oder mehrteiliger vorgefertigter Rahmen
      • - auf der ersten Gasdiffusionslage; und/oder
      • - auf
        • - dem Träger, auf dem die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder
        • - der Unterlage, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder
        • - der ersten Platte, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, angeordnet wird; und
    • - das Elektrodenmaterial und/oder das Membranmaterial innerhalb dieses Rahmens aufgetragen wird.
  • Alternativ weist das Verfahren in einigen Ausführungsformen der Erfindung auf, dass
    • - Formmaterial ein- oder mehrschichtig so
      • - auf die erste Gasdiffusionslage; und/oder
      • - auf
        • - den Träger, auf dem die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder
        • - die Unterlage, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder
        • - die erste Platte, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, aufgetragen wird, dass es eine Einfassung bildet, wobei vorzugsweise eine Schicht Formmaterial (direkt) auf die erste Gasdiffusionslage und/oder den Träger oder die Unterlage oder die erste Platte aufgetragen wird und gegebenenfalls eine oder mehrere Schichten Formmaterial (jeweils) auf eine bereits aufgetragene Schicht Formmaterial aufgetragen wird, wobei in einigen Ausführungsformen zwei oder mehr Schichten jeweils aus demselben Formmaterial und/oder zwei oder mehr Schichten jeweils aus unterschiedlichem Formmaterial bestehen können;
    • - eine Festigkeit, vorzugsweise Zug-, Druck- und/oder Biegefestigkeit, dieses Formmaterial nach diesem Auftragen zunimmt, in einigen Ausführungsformen das Formmaterial fest wird bzw. verfestigt, in einigen Ausführungsformen aushärtet, in einigen Ausführungsformen (aktiv bzw. durch entsprechende Verfahren(sschritte)) verfestigt bzw. ausgehärtet wird; und
    • - das Elektrodenmaterial und/oder das Membranmaterial innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung aufgetragen wird.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist das Verfahren auf, dass
    • - durch ein- oder mehrschichtiges Auftragen von Formmaterial auf die Basis, wobei vorzugsweise eine Schicht Formmaterial (direkt) auf die Basis und gegebenenfalls eine oder mehrere Schichten Formmaterial (jeweils) auf eine bereits aufgetragene Schicht Formmaterial aufgetragen wird, wobei in einigen Ausführungsformen zwei oder mehr Schichten jeweils aus demselben Formmaterial und/oder zwei oder mehr Schichten jeweils aus unterschiedlichem Formmaterial bestehen können, eine Einfassung gebildet wird; und
    • - eine Festigkeit, vorzugsweise Zug-, Druck- und/oder Biegefestigkeit, dieses Formmaterials nach diesem Auftragen zunimmt, in einigen Ausführungsformen das Formmaterial fest wird bzw. verfestigt, in einigen Ausführungsformen aushärtet, in einigen Ausführungsformen (aktiv bzw. durch entsprechende Verfahren(sschritte)) verfestigt bzw. ausgehärtet wird. Dies kann, wie sich aus dem vorhergehenden Absatz ergibt und nachfolgend noch näher erläutert wird, besonders vorteilhaft mit dem Auftragen von Elektroden- und/oder Membranmaterial kombiniert werden bzw. sein, ohne dass diese Ausführungsformen der Erfindung bzw. der Aspekt der durch ein- oder mehrschichtiges Auftragen von Formmaterial auf die bereitgestellte Basis gebildeten Einfassung hierauf beschränkt sind.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden eine oder mehrere Schichten dieses Formmaterials, die die(se) Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt d(ies)er Einfassung bildet/-n, vor oben genanntem Schritt B) bzw. b), in einigen Ausführungsformen
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Elektrode und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Gasdiffusionslage und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Platte aufgetragen.
  • Wenn in Schritt A) die erste Platte ohne erste Gasdiffusionslage als Basis bereitgestellt wird, werden vorzugsweise eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet/-n,
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Gasdiffusionslage und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Elektrode und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran auf die, vorzugsweise einen Teilbereich der, erste(n) Platte aufgetragen.
  • Wenn in Schritt A) die erste Platte mit der ersten Gasdiffusionslage als Basis bereitgestellt wird, werden vorzugsweise eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet/-n,
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Elektrode und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran auf die, vorzugsweise einen Teilbereich der, erste(n) Platte und/oder die, vorzugsweise einen Teilbereich der, erste(n) Gasdiffusionslage aufgetragen. Wenn in Schritt A) die erste Gasdiffusionslage auf der Unterlage oder dem Träger ohne die erste Platte als Basis bereitgestellt wird, werden vorzugsweise eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet/-n,
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Elektrode und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran und/oder
    • - vor dem Hinzufügen der ersten Platte
    auf die, vorzugsweise einen Teilbereich der, erste(n) Gasdiffusionslage und/oder die, vorzugsweise einen Teilbereich der, Unterlage bzw. den, vorzugsweise einen Teilbereich des, Träger(s) aufgetragen.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass die Baugruppe und/oder deren Herstellung verbessert wird, in einigen Ausführungsformen die Baugruppe und/oder Herstellung kompakt(er) und/oder zuverlässig(er) und/oder leicht(er) und/oder kostengünstig(er) und/oder schneller ist, vorzugsweise ein starrer Rahmen, wie er bei bisherigen Brennstoffzellen zum Verbinden und/oder Abdichten verwendet wird, entfallen bzw. eingespart werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist das Formmaterial vor und/oder beim Auftragen und/oder vor der Festigkeitszunahme formlos, vorzugsweise flüssig, bevorzugt dick- bzw. zähflüssig, breiig oder pastös. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass das Auftragen und/oder die Einfassung verbessert werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird mit oder nach dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran eine zweite Elektrode derart hinzugefügt, dass die Protonenaustauschmembran zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird mit oder nach dem Hinzufügen der zweiten Elektrode eine zweite Gasdiffusionslage derart hinzugefügt, dass die zweite Elektrode zwischen der Protonenaustauschmembran und der zweiten Gasdiffusionslage angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird mit oder nach dem Hinzufügen der zweiten Gasdiffusionslage eine zweite Platte, vorzugsweise zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid und/oder gasförmigem Fluid, bevorzugt eine (zweite) Bipolarplatte oder ein Teil einer (zweiten) Bipolarplatte bzw. eine (zweite) Bipolarteilplatte, in einigen Ausführungsformen eine Kathodenteilplatte oder Anodenteilplatte, derart hinzugefügt, dass die zweite Gasdiffusionslage zwischen der zweiten Elektrode und der zweiten Platte angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung verbindet das aufgetragene Formmaterial wenigstens bei der fertigen Baugruppe, vorzugsweise wenigstens nach seiner Festigkeitszunahme, insbesondere Verfestigung, zwei oder mehr der Aufbaukomponenten miteinander, vorzugsweise stoffschlüssig, in einigen Ausführungsformen:
    • - die erste Platte mit der ersten Gasdiffusionslage und/oder der ersten Elektrode und/oder der Protonenaustauschmembran und/oder der zweiten Elektrode und/oder der zweiten Gasdiffusionslage und/oder der zweiten Platte; und/oder
    • - die erste Gasdiffusionslage mit der ersten Elektrode und/oder der Protonenaustauschmembran und/oder der zweiten Elektrode und/oder der zweiten Gasdiffusionslage und/oder der zweiten Platte; und/oder
    • - die erste Elektrode mit der Protonenaustauschmembran und/oder der zweiten Elektrode und/oder der zweiten Gasdiffusionslage und/oder der zweiten Platte; und/oder
    • - die Protonenaustauschmembran mit der zweiten Elektrode und/oder der zweiten Gasdiffusionslage und/oder der zweiten Platte; und/oder
    • - die zweite Elektrode mit der zweiten Gasdiffusionslage und/oder der zweiten Platte; und/oder
    • - die zweite Gasdiffusionslage mit der zweiten Platte.
  • Somit fungiert das Formmaterial in einigen Ausführungsformen, gegebenenfalls auch, als Verbindungsmittel. Dadurch kann insbesondere die Baugruppe und/oder deren Herstellung verbessert, in einigen Ausführungsformen die Baugruppe und/oder Herstellung kompakt(er) und/oder zuverlässig(er) und/oder leicht(er) und/oder kostengünstig(er) und/oder schneller sein.
  • Zusätzlich oder alternativ isoliert in einigen Ausführungsformen der Erfindung das aufgetragene Formmaterial wenigstens bei der fertigen Baugruppe, vorzugsweise wenigstens nach seiner Festigkeitszunahme, insbesondere Verfestigung, die erste Platte und Protonenaustauschmembran elektrisch gegeneinander. Zusätzlich oder alternativ isoliert in einigen Ausführungsformen der Erfindung das aufgetragene Formmaterial wenigstens bei der fertigen Baugruppe, vorzugsweise wenigstens nach seiner Festigkeitszunahme, insbesondere Verfestigung, die zweite Platte und Protonenaustauschmembran elektrisch gegeneinander und/oder die erste und zweite Platte elektrisch gegeneinander.
  • Somit fungiert das Formmaterial in einigen Ausführungsformen, gegebenenfalls auch, als, gegebenenfalls zusätzliche, elektrische Isolation. Dadurch kann insbesondere die Baugruppe und/oder deren Herstellung verbessert, in einigen Ausführungsformen die Baugruppe und/oder Herstellung kompakt(er) und/oder zuverlässig(er) und/oder leicht(er) und/oder kostengünstig(er) und/oder schneller sein.
  • Zusätzlich oder alternativ bildet in einigen Ausführungsformen der Erfindung das aufgetragene Formmaterial wenigstens bei der fertigen Baugruppe, vorzugsweise wenigstens nach seiner Festigkeitszunahme, insbesondere Verfestigung, eine Umfangsdichtung eines Reaktionsraums zwischen der ersten Platte und der Protonenaustauschmembran und/oder eine Umfangsdichtung eines Reaktionsraums auf einer der ersten Platte abgewandten Seite der Protonenaustauschmembran, insbesondere eines Reaktionsraums zwischen der Protonenaustauschmembran und einer nachfolgend erläuterten zweiten Platte.
  • Somit fungiert das Formmaterial in einigen Ausführungsformen, gegebenenfalls auch, als (Umfangs- bzw. Ab)Dichtung. Dadurch kann insbesondere die Baugruppe und/oder deren Herstellung verbessert, in einigen Ausführungsformen die Baugruppe und/oder Herstellung kompakt(er) und/oder zuverlässig(er) und/oder leicht(er) und/oder kostengünstig(er) und/oder schneller sein.
  • Zusätzlich oder alternativ ist/sind in einigen Ausführungsformen der Erfindung wenigstens bei der fertigen Baugruppe:
    • - die erste Gasdiffusionslage; und/oder
    • - die erste Elektrode; und/oder
    • - die Protonenaustauschmembran; und/oder
    • - die zweite Elektrode; und/oder
    • - die zweite Gasdiffusionslage von der Einfassung eingefasst, in einigen Ausführungsformen der Erfindung derart, dass die Einfassung
    • - einen (Außen)Rand der ersten Gasdiffusionslage; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der ersten Elektrode; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der Protonenaustauschmembran; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der zweiten Elektrode; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der zweiten Gasdiffusionslage umgreift und/oder wenigstens auf einer (Flach)Seite über
    • - einen (Außen)Rand der ersten Gasdiffusionslage; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der ersten Elektrode; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der Protonenaustauschmembran; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der zweiten Elektrode; und/oder
    • - einen (Außen)Rand der zweiten Gasdiffusionslage (axial bzw. in Stapel- bzw. Aufbaurichtung) übersteht und/oder
    • - ein (Außen)Rand der ersten Gasdiffusionslage in die Einfassung eingebettet ist oder an diese anstößt bzw. anschließt; und/oder
    • - ein (Außen)Rand der ersten Elektrode in die Einfassung eingebettet ist oder an diese anstößt bzw. anschließt; und/oder
    • - ein (Außen)Rand der Protonenaustauschmembran in die Einfassung eingebettet ist oder an diese anstößt bzw. anschließt; und/oder
    • - ein (Außen)Rand der zweiten Elektrode in die Einfassung eingebettet ist oder an diese anstößt bzw. anschließt; und/oder
    • - ein (Außen)Rand der zweiten Gasdiffusionslage in die Einfassung eingebettet ist oder an diese anstößt bzw. anschließt.
  • Vorteilhafterweise kann dadurch in einigen Ausführungsformen der Erfindung die An- bzw. Verbindung und/oder Isolierung und/oder Abdichtung und/oder Herstellung verbessert werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird das Formmaterial höchstens bis zu einem Außenrand der ersten Platte auf die Basis aufgetragen bzw. reicht höchstens bis zu einem Außenrand der ersten Platte. Vorteilhafterweise kann dadurch in einigen Ausführungsformen der Erfindung die An- bzw. Verbindung und/oder Isolierung und/oder Abdichtung und/oder Herstellung verbessert werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist die erste Platte wenigstens einen Übergangsbereich mit elektrodenseitigen Öffnungen für das Fluid, vorzugsweise eine sogenannte „Transition Area“, auf, der wenigstens teilweise von dem aufgetragenen Formmaterial und/oder wenigstens teilweise von der ersten Gasdiffusionslage überlappt bzw. überdeckt wird. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass teures Elektrodenmaterial in diesem Bereich reduziert bzw. eingespart werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ weist in einigen Ausführungsformen der Erfindung die erste Platte wenigstens eine Durchgangsöffnung für das Fluid und/oder wenigstens eine Durchgangsöffnung für ein anderes Fluid auf, die (jeweils) von dem aufgetragenen Formmaterial umgriffen wird. Vorteilhafterweise kann dadurch in einigen Ausführungsformen der Erfindung die An- bzw. Verbindung und/oder Isolierung und/oder Abdichtung und/oder Herstellung verbessert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ ist in einigen Ausführungsformen der Erfindung die auf der ersten Platte angeordnete erste Gasdiffusionslage bei dem Auftragen des Formmaterials wenigstens zeitweise an der ersten Platte fixiert, in einigen Ausführungsformen stoffschlüssig, vorzugsweise punktuell, und/oder mittels Unterdruck und/oder Klemmen. Vorteilhafterweise kann dadurch in einigen Ausführungsformen der Erfindung das Auftragen und/oder die An- bzw. Verbindung verbessert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung wenigstens eine Schicht des Formmaterials, vorzugsweise auf die Basis und/oder auf die erste Gasdiffusionslage oder erste Platte, aufgetragen, bevor die erste Gasdiffusionslage und die erste Platte aneinander, insbesondere die erste Gasdiffusionslage auf der ersten Platte oder die erste Platte auf bzw. unter der ersten Gasdiffusionslage, angeordnet werden. Vorteilhafterweise kann dadurch in einigen Ausführungsformen der Erfindung das Auftragen und/oder die An- bzw. Verbindung verbessert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ weist in einigen Ausführungsformen der Erfindung die erste Platte an einer Kontaktstelle zwischen erster Platte und Formmaterial eine oder mehrere Erhebungen auf, vorzugsweise derart, dass diese nach dem Kontaktieren von erster Platte und Formmaterial in das Formmaterial hineinragen.
  • Zusätzlich oder alternativ weist in einigen Ausführungsformen der Erfindung die zweite Platte an einer Kontaktstelle zwischen zweiter Platte und Formmaterial eine oder mehrere Erhebungen auf, vorzugsweise derart, dass diese nach dem Kontaktieren von zweiter Platte und Formmaterial in das Formmaterial hineinragen.
  • Zusätzlich oder alternativ weist in einigen Ausführungsformen der Erfindung das aufgetragene Formmaterial an einer Kontaktstelle zwischen erster Platte und Formmaterial vor einem Kontaktieren von erster Platte und Formmaterial eine oder mehrere Erhebungen auf, vorzugsweise derart, dass eine Höhe dieser Erhebung(en) nach dem, vorzugsweise durch das, Kontaktieren von erster Platte und Formmaterial reduziert, vorzugsweise diese Erhebung(en) eingeebnet, ist/sind bzw. wird/werden.
  • Zusätzlich oder alternativ weist in einigen Ausführungsformen der Erfindung das aufgetragene Formmaterial an einer Kontaktstelle zwischen zweiter Platte und Formmaterial vor einem Kontaktieren von zweiter Platte und Formmaterial eine oder mehrere Erhebungen auf, vorzugsweise derart, dass eine Höhe dieser Erhebung(en) nach dem, vorzugsweise durch das, Kontaktieren von zweiter Platte und Formmaterial reduziert, vorzugsweise diese Erhebung(en) eingeebnet, ist/sind bzw. wird/werden.
  • Dies kann jeweils den Vorteil aufweisen, dass eine Anbindung zwischen Platte und Formmaterial verbessert wird.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Hinzufügen der ersten Elektrode ein Auftragen von, vorzugsweise formlosen, insbesondere flüssigen, bevorzugt dick- bzw. zähflüssigen, breiigen oder pastösen, Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage, und eine Festigkeit, vorzugsweise Zug-, Druck- und/oder Biegefestigkeit, dieses Elektrodenmaterials nimmt nach diesem Auftragen zu, in einigen Ausführungsformen wird das Elektrodenmaterial fest bzw. verfestigt das Elektrodenmaterial, in einigen Ausführungsformen härtet es aus, in einigen Ausführungsformen wird es (aktiv bzw. durch entsprechende Verfahren(sschritte)) verfestigt bzw. ausgehärtet. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die erste Elektrode durch Auftragen von Elektrodenmaterial mit anschließender Festigkeitszunahme dieses Elektrodenmaterials in situ hergestellt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das Hinzufügen der zweiten Elektrode ein Auftragen von, vorzugsweise formlosen, insbesondere flüssigen, bevorzugt dick- bzw. zähflüssigen, breiigen oder pastösen, Elektrodenmaterial, in einigen Ausführungsformen der Erfindung dem gleichen Elektrodenmaterial (wie bei) der ersten Elektrode oder einem hiervon verschiedenen Elektrodenmaterial, auf die hinzugefügte Protonenaustauschmembran und Zunehmen einer Festigkeit, vorzugsweise Zug-, Druck- und/oder Biegefestigkeit, dieses Elektrodenmaterials nach diesem Auftragen aufweisen, in einigen Ausführungsformen wird dieses Elektrodenmaterial für die bzw. der zweiten Elektrode fest bzw. verfestigt dieses Elektrodenmaterial, in einigen Ausführungsformen härtet es aus, in einigen Ausführungsformen wird es (aktiv bzw. durch entsprechende Verfahren(sschritte)) verfestigt bzw. ausgehärtet. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die zweite Elektrode durch Auftragen von Elektrodenmaterial mit anschließender Festigkeitszunahme dieses Elektrodenmaterials in situ hergestellt.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass eine An- bzw. Verbindung der (jeweiligen) Elektrode verbessert und/oder Elektrodenmaterial reduziert bzw. eingespart bzw. dessen Ausnutzung verbessert werden kann. Ein Vorteil kann darin liegen, dass verbessert Interfaces realisiert und/oder, insbesondere dadurch, Transportwiderstände reduzieren werden können.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird das Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der ersten Elektrode und/oder das Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der zweiten Elektrode innerhalb der (bereits) wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung aufgetragen, vorzugsweise innerhalb der (bereits) wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung, die (bereits) einen geschlossenen bzw. durchgehenden Umfang bzw. Rand aufweist bzw. bildet bzw. innerhalb wenigstens eines umlaufenden Abschnitts der Einfassung. Somit fungiert in einigen Ausführungsformen der Erfindung die bereits wenigstens teilweise ausgebildete Einfassung vorteilhaft als Form bzw. Begrenzung zum Herstellen der ersten bzw. zweiten Elektrode, was deren Herstellung und/oder Anbindung verbessern kann. Dabei können in einigen Ausführungsformen der Erfindung das (jeweilige) Elektrodenmaterial und das bzw. die noch nicht vollständig verfestigte Formmaterial bzw. Einfassung bzw. deren Randzonen sich miteinander (ver)mischen. Zusätzlich oder alternativ haftet in einigen Ausführungsformen der Erfindung die erste Elektrode an der Einfassung und/oder der ersten Gasdiffusionslage und/oder die zweite Elektrode an der Einfassung und/oder der Protonenaustauschmembran, was Herstellung und/oder Anbindung der (jeweiligen) Elektrode verbessern kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran ein Auftragen von, vorzugsweise formlosen, insbesondere flüssigen, bevorzugt dick- bzw. zähflüssigen, breiigen oder pastösen, Membranmaterial auf die erste Elektrode, und eine Festigkeit, vorzugsweise Zug-, Druck- und/oder Biegefestigkeit, dieses Membranmaterials nimmt nach diesem Auftragen zu, in einigen Ausführungsformen wird das Membranmaterial fest bzw. verfestigt das Membranmaterial, in einigen Ausführungsformen härtet es aus, in einigen Ausführungsformen wird es (aktiv bzw. durch entsprechende Verfahren(sschritte)) verfestigt bzw. ausgehärtet. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Protonenaustauschmembran durch Auftragen von Membranmaterial mit anschließender Festigkeitszunahme dieses Membranmaterials in situ hergestellt.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass eine An- bzw. Verbindung der Protonenaustauschmembran verbessert und/oder Membranmaterial reduziert bzw. eingespart werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird das Membranmaterial zum Hinzufügen der Protonenaustauschmembran innerhalb der (bereits) wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung aufgetragen, vorzugsweise innerhalb der (bereits) wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung, die (bereits) einen geschlossenen bzw. durchgehenden Umfang bzw. Rand aufweist bzw. bildet, bzw. innerhalb wenigstens eines umlaufenden Abschnitts der Einfassung. Somit fungiert in einigen Ausführungsformen der Erfindung die bereits wenigstens teilweise ausgebildete Einfassung vorteilhaft als Form bzw. Begrenzung zum Herstellen der Protonenaustauschmembran, was deren Herstellung und/oder Anbindung verbessern kann. Dabei können in einigen Ausführungsformen der Erfindung das Membranmaterial und das bzw. die noch nicht vollständig verfestigte Formmaterial bzw. Einfassung bzw. deren Randzonen sich miteinander (ver)mischen. Zusätzlich oder alternativ haftet in einigen Ausführungsformen der Erfindung das Membranmaterial an der Einfassung und/oder der ersten Elektrode, was Herstellung und/oder Anbindung der Protonenaustauschmembran verbessern kann.
  • Ein Auftragen von Membranmaterial innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung ist in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Auftragen von Membranmaterial nur innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung. Analog ist ein Auftragen von Elektrodenmaterial innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Auftragen von Elektrodenmaterial nur innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung. Dadurch kann vorteilhaft Material gespart und/oder eine von diesem Material freibleibende Oberfläche der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung vorteilhaft genutzt werden. Ein Auftragen von Membranmaterial innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung umfasst in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Auftragen von Membranmaterial (auch) innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung, wobei Membranmaterial, wenigstens partiell, auch auf der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung angeordnet sein bzw. werden kann. Analog ist ein Auftragen von Elektrodenmaterial innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Auftragen von Elektrodenmaterial (auch) innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung, wobei Elektrodenmaterial, wenigstens partiell, auch auf der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung angeordnet sein bzw. werden kann. Dadurch kann eine Anbindung an die wenigstens teilweise ausgebildete Einfassung verbessert werden.
  • Mit besonderem Vorteil umfasst das Hinzufügen der ersten Elektrode ein Auftragen von Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage und das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran ein Auftragen von Membranmaterial auf die erste Elektrode, wobei eine Festigkeit dieses Elektrodenmaterials nach diesem Auftragen von Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage zunimmt und eine Festigkeit dieses Membranmaterial nach diesem Auftragen von Membranmaterial auf die erste Elektrode zunimmt, wobei vorzugsweise das Membranmaterial aufgetragen wird, nachdem die Festigkeit des Elektrodenmaterials bereits zugenommen hat, vorzugsweise dieses Elektrodenmaterial bereits fest bzw. verfestigt, in einigen Ausführungsformen ausgehärtet ist. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn zusätzlich auch das Hinzufügen der zweiten Elektrode ein Auftragen von Elektrodenmaterial auf die hinzugefügte Protonenaustauschmembran umfasst und eine Festigkeit dieses Elektrodenmaterial nach diesem Auftragen zunimmt, wobei vorzugsweise dieses Elektrodenmaterial aufgetragen wird, nachdem die Festigkeit des Membranmaterials bereits zugenommen hat, vorzugsweise dieses Membranmaterial bereits fest bzw. verfestigt, in einigen Ausführungsformen ausgehärtet ist. Dies kann insbesondere den Vorteil aufweisen, eine MEA („Membrane Electrode Assembly“) besser herzustellen und/oder anzubinden. Gleichermaßen kann es auch vorteilhaft sein, das Membranmaterial auf das noch nicht verfestigte bzw. ausgehärtete Elektrodenmaterial und/oder das Elektrodenmaterial für die zweite Elektrode auf das noch nicht verfestigte bzw. ausgehärtete Membranmaterial aufzutragen. Dies kann insbesondere den Vorteil aufweisen, Übergänge innerhalb der MEA zu verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran:
    • - ein Einbringen wenigstens einer Verstärkungslage in das aufgetragene Membranmaterial; und/oder
    • - ein Aufsetzen einer Verstärkungslage auf wenigstens eine Schicht des aufgetragenen Membranmaterials, in einigen Ausführungsformen mit Auftragen von wenigstens einer weiteren Schicht des Membranmaterials auf diese aufgesetzte Verstärkungslage, in einigen Ausführungsformen ohne Auftragen von weiterem Membranmaterial auf diese aufgesetzte Verstärkungslage; und/oder
    • - ein Ausbilden einer Verstärkungslage auf wenigstens einer Schicht des aufgetragenen Membranmaterials, in einigen Ausführungsformen mit Auftragen von wenigstens einer weiteren Schicht des Membranmaterials auf diese ausgebildete Verstärkungslage, in einigen Ausführungsformen ohne Auftragen von weiterem Membranmaterial auf diese ausgebildete Verstärkungslage.
  • Dadurch kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Funktionalität und/oder Festigkeit der Protonenaustauschmembran verbessert werden. Dabei kann ein Einbringen einer Verstärkungslage in aufgetragenes Membranmaterial vorteilhaft bewirken, dass diese Verstärkungslage sich besser mit dem Membranmaterial verbindet. Ein Aufsetzen einer Verstärkungslage auf aufgetragenes Membranmaterial kann insbesondere ein Platzieren der Verstärkungslage vereinfachen. Ein Ausbilden einer Verstärkungslage erfolgt in einigen Ausführungsformen durch Elektrospinning oder dergleichen. Dies kann vorteilhaft bewirken, dass diese Verstärkungslage sich besser mit dem Membranmaterial verbindet. Wenn auf die aufgesetzte bzw. ausgebildete Verstärkungslage kein weiteres Membranmaterial aufgetragen wird, kann dies den Herstellprozess vereinfachen und/oder ein nachfolgendes Hinzufügen einer bzw. der zweiten Elektrode und/oder deren Anbindung verbessern. Wenn auf die aufgesetzte bzw. ausgebildete Verstärkungslage wenigstens eine weitere Schicht des Membranmaterials aufgetragen oder wenigstens eine Verstärkungslage in aufgetragenes Membranmaterial eingebracht wird, vorzugsweise Membranmaterial auf der der ersten Elektrode zugewandten und auf der von der ersten Elektrode abgewandten Seite der Verstärkungslage angeordnet ist, kann dies den Vorteil aufweisen, dass die Protonenaustauschmembran stabiler und/oder homogener ist und/oder die Protonenleitfähigkeit verbessert. In einigen Ausführungen durchdringt das aufgetragene Membranmaterial, auf das eine Verstärkungslage aufgesetzt wird bzw. worden ist, bereits beim Aufsetzen oder nach dem Aufsetzen diese Verstärkungslage ganz oder teilweise. In einigen Ausführungen umfasst ein Einbringen wenigstens einer Verstärkungslage in das aufgetragene Membranmaterial ein, vorzugsweise vollständiges, Durchdringen dieser Verstärkungslage (in Dickenrichtung der Verstärkungslage) beim Einbringen, vorzugsweise wird die Verstärkungslage (in Dickenrichtung der Verstärkungslage) in das Membranmaterial abgesenkt bzw. ein- bzw. untergetaucht. Vorzugsweise ist nach dem Einbringen wenigstens einer Verstärkungslage in aufgetragenes Membranmaterial Membranmaterial auf der der ersten Elektrode zugewandten und auf der von der ersten Elektrode abgewandten Seite der Verstärkungslage angeordnet. Ein Aufsetzen einer Verstärkungslage auf wenigstens eine Schicht des aufgetragenen Membranmaterials umfasst in einigen Ausführungen kein Durchdringen oder ein teilweises oder vollständiges Durchdringen dieser Verstärkungslage (in Dickenrichtung der Verstärkungslage) beim Aufsetzen und/oder ein teilweises oder vollständiges Durchdringen dieser Verstärkungslage (in Dickenrichtung der Verstärkungslage) nach dem Aufsetzen. Somit kann ein Aufsetzen mit anschließendem Eindringen der Verstärkungslage in das aufgetragene Membranmaterial ein Einbringen der Verstärkungslage in das aufgetragene Membranmaterial darstellen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran, vorzugsweise anstelle einer vorstehend erläuterten Herstellung der Protonenaustauschmembran in situ mittels Auftragen von Membranmaterial mit anschließender Festigkeitszunahme dieses Membranmaterials, ein Anordnen einer vorgefertigten Protonenaustauschmembran auf der hinzugefügten ersten Elektrode.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dadurch eine Prozesssicherheit erhöht werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Hinzufügen der ersten Elektrode und Protonenaustauschmembran, vorzugsweise anstelle einer vorstehend erläuterten Herstellung der ersten Elektrode und Protonenaustauschmembran in situ mittels Auftragen von Elektroden- bzw. Membranmaterial mit anschließender Festigkeitszunahme, ein Anordnen einer vorgefertigten beschichteten Membran, welche die mit der ersten Elektrode beschichtete Protonenaustauschmembran aufweist, auf der ersten Gasdiffusionslage. In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist diese vorgefertigte beschichtete Membran die mit der ersten Elektrode und auf einer gegenüberliegenden Seite mit der zweiten Elektrode beschichtete Protonenaustauschmembran auf. Entsprechend wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung die zweite Elektrode mit dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran hinzugefügt.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dadurch eine Prozesssicherheit erhöht werden.
  • Wie bereits erwähnt wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung mit oder nach dem Hinzufügen der zweiten Gasdiffusionslage eine zweite Platte, vorzugsweise zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid und/oder gasförmigem Fluid, bevorzugt eine (zweite) Bipolarplatte oder ein Teil einer (zweiten) Bipolarplatte bzw. eine (zweite) Bipolarteilplatte, in einigen Ausführungsformen eine Kathodenteilplatte oder Anodenteilplatte, derart hinzugefügt, dass die zweite Gasdiffusionslage zwischen der zweiten Elektrode und der zweiten Platte angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist bzw. fungiert diese zweite Platte zugleich (als) die erste Platte einer weiteren Baugruppe, welche, vorzugsweise bereits, nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist oder, vorzugsweise nach dem Hinzufügen, nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wird bzw. wird als solche verwendet, oder wird mit einer ersten Platte einer weiteren Baugruppe, welche, vorzugsweise bereits, nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist oder, vorzugsweise nach dem Verbinden, nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wird, verbunden bzw. ist hierzu eingerichtet bzw. vorgesehen bzw. wird hierzu verwendet. Insbesondere kann somit die zweite Platte der einen bzw. einer ersten Baugruppe
    • - eine erste Platte, vorzugsweise Bipolarplatte, einer weiteren bzw. zweiten Baugruppe, welche
      • - bereits nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist oder
      • - nach dem Hinzufügen dieser Platte zu der ersten Baugruppe nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wird; oder
    • - eine Bipolarteilplatte, insbesondere eine Anoden- oder Kathodenteilplatte, und die erste Platte der weiteren bzw. zweiten Baugruppe eine weitere Bipolarteilplatte, insbesondere eine Kathoden- oder Anodenteilplatte, die zu einer Bipolarplatte verbunden werden bzw. hierzu eingerichtet bzw. vorgesehen sind bzw. verwendet werden, wobei diese weitere bzw. zweite Baugruppe vorzugsweise bereits nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt worden sein oder nach dem Verbinden der Bipolarteilplatten nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann; sein. Somit kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung
    • - eine weitere hier beschriebene Baugruppe auf einer wie hier beschrieben hergestellten Baugruppe wie hier beschrieben hergestellt werden; und/oder
    • - wenigstens zwei hier beschriebene Baugruppen, vorzugsweise parallel oder nacheinander, wie hier beschrieben hergestellt und anschließend derart miteinander verbunden werden, dass
      • - die zweite Platte der einen Baugruppe zugleich die erste Platte der anderen Baugruppe ist, wobei dann dieses Verbinden dem Hinzufügen dieser (gemeinsamen) Platte zu der einen Baugruppe entsprechen kann; oder
      • - die zweite Platte der einen Baugruppe mit der ersten Platte der anderen Baugruppe verbunden ist bzw. wird.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass eine Prozesszeit reduziert und/oder eine Anbindung der Zellenkomponenten verbessert wird. Dabei kann ein Verbinden der zweite Platte der einen Baugruppe mit der ersten Platte der anderen Baugruppe und ganz besonders vorteilhaft das Verbinden der beiden, vorzugsweise jeweils bereits (soweit) hergestellten, Baugruppen derart, dass die zweite Platte der einen Baugruppe zugleich die erste Platte der anderen, bereits (soweit) hergestellten Baugruppe ist bzw. das Herstellen der einen Baugruppe bzw. Hinzufügen von deren zweiter Platte dieses Verbinden der beiden Baugruppen umfasst, eine Prozesszeit besonders vorteilhaft reduzieren und/oder eine Anbindung der Zellenkomponenten besonders verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung verbindet das aufgetragene Formmaterial wenigstens bei der fertigen Baugruppe, vorzugsweise wenigstens nach seiner Festigkeitszunahme, insbesondere Verfestigung, die erste und zweite Platte miteinander, vorzugsweise stoffschlüssig. Dadurch kann insbesondere die Baugruppe und/oder deren Herstellung verbessert, in einigen Ausführungsformen die Baugruppe und/oder Herstellung kompakt(er) und/oder zuverlässig(er) und/oder leicht(er) und/oder kostengünstig(er) und/oder schneller sein.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist die erste Platte und/oder zweite Platte (jeweils) eine Isolationsbeschichtung auf, die vorzugsweise elektrisch isoliert. Dies kann die Funktion der Zelle verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist diese Isolationsbeschichtung bereits vorab hergestellt bzw. wird die erste Platte bereits mit dieser Isolationsbeschichtung in Schritt A) bereitgestellt oder die erste Platte bereits mit dieser Isolationsbeschichtung in Schritt B) bzw. b) hinzugefügt bzw. die zweite Platte bereits mit der Isolationsbeschichtung hinzugefügt. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass eine Prozesszeit reduziert wird.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Isolationsbeschichtung der ersten Platte bei dem Verfahren zum Herstellen der Baugruppe hergestellt, vorzugsweise durch bzw. in eine(r) hier beschriebene(n) Anlage. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Isolationsbeschichtung der ersten Platte an der in Schritt A) bereitgestellten ersten Platte nach diesem Bereitstellen, vorzugsweise vor dem Hinzufügen der ersten Gasdiffusionslage und/oder vor dem Auftragen des Formmaterials, hergestellt. Dies kann den Vorteil aufweisen, dass eine Anbindung verbessert wird.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden die bzw. eine oder mehrere Schichten des Formmaterials zum Ausbilden der Einfassung und/oder die bzw. eine oder mehrere Schichten des Elektrodenmaterials zum Hinzufügen bzw. Herstellen der ersten Elektrode und/oder des Elektrodenmaterials zum Hinzufügen bzw. Herstellen der zweiten Elektrode und/oder die bzw. eine oder mehrere Schichten des Membranmaterials zum Hinzufügen bzw. Herstellen der Protonenaustauschmembran (jeweils) mittels, vorzugsweise durch, eine(r) oder mehrere(r), in einigen Ausführungsformen, vorzugsweise
    • - horizontal und/oder
    • - vertikal und/oder
    • - translatorisch, vorzugsweise in ein, zwei oder drei Richtung, und/oder
    • - rotatorisch, vorzugsweise um eine, zwei oder drei Achsen, bewegliche(r), vorzugsweise bewegte(r), und/oder schlitzartige(r), Austrittsöffnungen, und/oder mittels eines Druckverfahrens, besonders bevorzugt eines
  • Siebdruckverfahrens, (Tröpfchen)Strahldruckverfahrens oder dergleichen, aufgetragen und/oder, vorzugsweise dabei und/oder danach, thermisch und/oder mittels Bestrahlung, in einigen Ausführungsformen der Erfindung mittels UV-Bestrahlung, verfestigt. Dadurch kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Prozesszeit reduziert und/oder eine Anbindung verbessert und/oder das (entsprechende) Material präzise(r) aufgetragen werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird/werden vor dem Hinzufügen wenigstens einer der hier genannten Komponenten der Baugruppe, in einigen Ausführungsformen vor dem Hinzufügen der ersten Gasdiffusionslage und/oder ersten Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran und/oder zweiten Elektrode und/oder zweiten Gasdiffusionslage, eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet/bilden, aufgetragen und diese Komponente(n), in einigen Ausführungsformen zwei oder mehr der Komponenten gemeinsam und/oder zwei oder mehr der Komponenten nacheinander, innerhalb der, insbesondere durch das Auftragen der Schicht(en), bereits wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung angeordnet.
  • Zusätzlich oder alternativ wird/werden in einigen Ausführungsformen der Erfindung nach dem Hinzufügen wenigstens einer der hier genannten Komponenten der Baugruppe, in einigen Ausführungsformen vor dem Hinzufügen der ersten Gasdiffusionslage und/oder ersten Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran und/oder zweiten Elektrode und/oder zweiten Gasdiffusionslage, eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet/bilden, derart aufgetragen, dass diese Komponente(n), insbesondere dann bzw. dadurch, von der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung eingefasst ist/sind bzw. wird/werden.
  • Das wenigstens teilweise Ausbilden der Einfassung durch Auftragen einer oder mehrerer Formmaterialschichten vor dem Hinzufügen einer oder mehrerer der hier genannten Komponenten kann den Vorteil aufweisen, dass das Hinzufügen der Komponente(n) verbessert wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das bereits aufgetragene Formmaterial als Begrenzung, vorzugsweise Anschlag, zum Hinzufügen, in einigen Ausführungsformen als Form zum Herstellen, von einer oder mehreren Komponenten dienen. Das wenigstens teilweise Ausbilden der Einfassung durch Auftragen einer oder mehrerer Formmaterialschichten nach dem Hinzufügen einer oder mehrerer der hier genannten Komponenten kann den Vorteil aufweisen, dass Komponente(n) einfach(er) hinzugefügt und/oder nach dem Hinzufügen vorteilhaft miteinander verbunden, abgedichtet und/oder gegeneinander isoliert werden können. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird/werden durch das Auftragen von Formmaterial nach dem Hinzufügen einer oder mehrerer Komponenten diese in das Formmaterial eingebettet, was eine Verbindung, Isolierung bzw. Abdichtung (weiter) verbessern kann. Eine wenigstens teilweise ausgebildete Einfassung weist bzw. bildet in einigen Ausführungsformen der Erfindung (bereits) einen geschlossenen bzw. durchgehenden Umfang bzw. Rand bzw. wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der (vollständig (ausgebildet)en) Einfassung auf. Entsprechend wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine (erst) teilweise ausgebildete Einfassung dadurch weiter ausgebildet, dass, vorzugsweise axial bzw. in Stapel- bzw. Aufbaurichtung, eine oder mehrere weitere Schichten Formmaterial aufgetragen werden, wobei vorzugsweise (auch) die (erst) teilweise ausgebildete Einfassung (bereits) einen geschlossenen bzw. durchgehenden Umfang bzw. Rand aufweist und/oder auch die bzw. eine oder mehrere der weitere(n) Schicht(en jeweils) einen geschlossenen bzw. durchgehenden Umfang bzw. Rand aufweist/aufweisen. Besonders bevorzugt weist bzw. bildet ein umlaufender Abschnitt einen geschlossenen bzw. durchgehenden Umfang bzw. einen (umfangsmäßig) geschlossenen bzw. durchgehenden Rand (auf).
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Auftragen von Formmaterial auf die Basis bzw. die erste Gasdiffusionslage und/oder den Träger, auf dem die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, die Unterlage, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder die erste Platte, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, ein Auftragen von einer Schicht aus einem ersten Formmaterial auf die Basis bzw. die erste Gasdiffusionslage und/oder den Träger, die Unterlage oder die erste Platte und
    • - ein Auftragen von einer oder mehrerer zusätzlichen Schichten, die (jeweils) einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, aus dem ersten Formmaterial; und/oder
    • - ein Auftragen von einer oder mehrerer zusätzlichen Schichten, die (jeweils) einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, aus einem zweiten Formmaterial.
  • Dabei können in einigen Ausführungsformen auf eine oder mehrere Schichten aus dem ersten Formmaterial eine oder mehrere Schichten aus dem zweiten Formmaterial und hierauf eine oder mehrere Schichten aus dem ersten Formmaterial oder eine oder mehrere Schichten aus einem dritten Formmaterial aufgetragen werden.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass die Einfassung in unterschiedlichen Abschnitten aus jeweils besonders geeignetem Formmaterial hergestellt wird. Entsprechend umfasst ein mehrschichtiges Auftragen von Formmaterial in einigen Ausführungsformen ein Auftragen von unterschiedlichem Formmaterial, insbesondere dem ersten und zweiten und gegebenenfalls dritten und gegebenenfalls noch weiterem Formmaterial.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine oder mehrere der zusätzlichen Schichten aus dem ersten Formmaterial und/oder eine oder mehrere der zusätzlichen Schichten aus dem zweiten Formmaterial eine andere Geometrie auf als die auf die Basis bzw. die erste Gasdiffusionslage und/oder den Träger, die Unterlage oder die erste Platte aufgetragene Schicht. In einigen Ausführungsformen der Erfindung weisen wenigstens zwei der zusätzlichen Schichten aus dem ersten Formmaterial untereinander unterschiedliche Geometrien und/oder wenigstens zwei der zusätzlichen Schichten aus dem zweiten Formmaterial untereinander unterschiedliche Geometrien auf.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass die Einfassung in unterschiedlichen Abschnitten mit jeweils besonders geeignetem Geometrien hergestellt und/oder Formmaterial und Geometrie in verschiedenen Schichten aufeinander abgestimmt wird.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Basis auf einem oder ganz oder teilweise durch einen von mehreren einzelnen Trägern eines Fördersystems bereitgestellt, in einigen Ausführungsformen
    • - die erste Platte mit oder ohne darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage als Basis auf dem Träger; oder
    • - die Unterlagen mit darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage ohne erste Platte als Basis auf dem Träger; oder
    • - der Träger mit darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage (gemeinsam) als Basis bzw. die Basis teilweise durch den Träger; oder
    • - eine Unterlage ohne darauf angeordneten Aufbaukomponenten als Basis auf dem Träger; oder
    • - der Träger selber ohne darauf angeordneten Aufbaukomponenten oder Unterlage als Basis bzw. die Basis durch den Träger, und dieser Träger zu einer bzw. der Applikationseinrichtung transportiert, durch welche die, gegebenenfalls restlichen, Aufbaukomponenten und in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere andere der hier genannten Komponenten, vorzugsweise die zweite Elektrode und/oder zweite Gasdiffusionslage und/oder zweite Platte, hinzugefügt werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird, wie bereits genannt, die erste Gasdiffusionslage
    • - auf einem von mehreren einzelnen Trägern eines Fördersystems; oder
    • - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern eines Fördersystems angeordneten Unterlage; oder
    • - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern eines Fördersystems angeordneten ersten Platte der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, bereitgestellt und dieser Träger mit der bereitgestellten ersten Gasdiffusionslage zu einer bzw. der Applikationseinrichtung transportiert, durch welche die, gegebenenfalls restlichen, Aufbaukomponenten und in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere andere der hier genannten Komponenten, vorzugsweise die zweite Elektrode und/oder zweite Gasdiffusionslage und/oder erste und/oder zweite Platte, hinzugefügt werden. Die beiden vorgenannten Aspekte, insbesondere die durch ein- oder mehrschichtiges Auftragen von Formmaterial auf die bereitgestellte Basis gebildete Einfassung und das Auftragen von Elektroden- und/oder Membranmaterial mit nachfolgender Festigkeitszunahme können, wie auch an anderer Stelle schon erwähnt, in einigen Ausführungsformen der Erfindung besonders vorteilhaft miteinander kombiniert sein, insbesondere kann also
    • - die erste Platte mit darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage als Basis auf dem Träger und dadurch die erste Gasdiffusionslage auf der auf dem Träger angeordneten ersten Platte bereitgestellt werden; oder
    • - die Unterlagen mit darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage ohne erste Platte als Basis auf dem Träger und dadurch die erste Gasdiffusionslage auf der auf dem Träger angeordneten Unterlage bereitgestellt werden; oder
    • - der Träger mit darauf angeordneter erster Gasdiffusionslage als Basis und dadurch die erste Gasdiffusionslage auf dem Träger bereitgestellt werden, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist eine bzw. die Applikationseinrichtung zum Hinzufügen der, gegebenenfalls restlichen, Aufbaukomponenten und in einigen Ausführungsformen einer oder mehrerer anderer der hier genannten Komponenten eine oder mehrere, vorzugsweise voneinander beabstandete bzw. separate, Stationen auf, sie kann insbesondere eine Applikationsanlage, vorzugsweise eine Fertigungsstraße oder Teil einer Fertigungsstraße, sein. In einigen Ausführungsformen wird an einer Station der Applikationseinrichtung jeweils eine der Komponenten hinzugefügt.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass die Basis zum Hinzufügen präzise(r) und/oder schnell(er) positioniert werden und dadurch das Hinzufügen, insbesondere eine Prozesszeit und/oder Prozesssicherheit, verbessert werden kann.
  • Die Verwendung des Trägers selber als Basis oder Teil der Basis bzw. das Auftragen wenigstens einer Schicht des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, (auch) auf den Träger und/oder das Bereitstellen der erste Gasdiffusionslage auf dem Träger selber kann den Vorteil aufweisen, dass die Baugruppe während des Hinzufügens der weiteren (Aufbau)Komponenten besser positioniert und/oder bewegt werden, insbesondere an den Träger angebunden sein kann.
  • Die Verwendung der ersten Platte als Basis oder Teil der Basis bzw. das Auftragen wenigstens einer Schicht des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, (auch) auf die erste Platte kann - verglichen mit einem Aufbauen der Baugruppe auf einer von den Aufbaukomponenten verschiedenen Basis - den Vorteil aufweisen, dass ein Ablösen des Formmaterials von der Basis entfallen und dadurch die Herstellung schnell(er) erfolgen kann. Das Bereitstellen der erste Gasdiffusionslage auf der auf dem Träger angeordneten ersten Platte kann das Herstellen der Baugruppe verbessern, insbesondere beschleunigen.
  • Die Verwendung einer auf dem Träger bereitgestellten Unterlage als Basis oder Teil der Basis bzw. das Auftragen wenigstens einer Schicht des Formmaterials, welche die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, (auch) auf diese Unterlage kann den Vorteil aufweisen, dass ein Ablösen des Formmaterials von der Unterlage erleichtert und/oder der Träger während des Ablösens anderweitig genutzt werden kann. Das Bereitstellen der erste Gasdiffusionslage auf der auf dem Träger angeordneten Unterlage kann ebenfalls den Vorteil aufweisen, dass der Träger nach Abgabe der Unterlage anderweitig genutzt werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist der bzw. sind die Träger (jeweils) individuell beweglich, vorzugsweise unabhängig voneinander steuerbar und/oder mechanisch unabhängig voneinander beweglich, vorzugsweise wird der Träger, der die Basis trägt oder wenigstens teilweise bildet bzw. auf dem die erste Gasdiffusionslage bereitgestellt bzw. die Unterlage bzw. erste Platte angeordnet ist, bzw. werden die Träger des Fördersystems (jeweils) individuell bewegt, vorzugsweise mechanisch unabhängig von anderen Trägern des Fördersystems, die Basen zum Herstellen baugleicher Baugruppen aufweisen oder wenigstens teilweise bilden bzw. auf denen erste Gasdiffusionslagen baugleicher Baugruppen bereitgestellt werden bzw. hierzu Unterlagen bzw. erste Platte angeordnet sind, bewegt und/oder unabhängig von anderen Trägern des Fördersystems, die Basen zum Herstellen baugleicher Baugruppen aufweisen oder wenigstens teilweise bilden bzw. auf denen erste Gasdiffusionslagen baugleicher Baugruppen bereitgestellt werden bzw. hierzu Unterlagen bzw. erste Platte angeordnet sind, gesteuert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Träger Carrier eines Multi-Carrier-Systems, das in einigen Ausführungsformen einzelne Carrier und/oder Carrier-Gruppen, vorzugsweise synchron(isiert) zum Hinzufügen der, gegebenenfalls restlichen, Aufbaukomponenten und in einigen Ausführungsformen einer oder mehrerer anderer der hier genannten Komponenten, bewegt, wobei in einigen Ausführungsformen Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit und/oder Positionierung und/oder Bewegungsrichtung an einem oder mehreren Punkten der (Carrier)Strecke vorgegeben werden können.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass Stationen der Applikationseinrichtung zum Hinzufügen von Komponenten variabel angefahren werden können, was den Vorteil aufweisen kann, Wartezeiten zu reduzieren oder zu vermeiden und/oder die Applikationseinrichtung besser auszunutzen. Zusätzlich oder alternativ können individuell bewegliche bzw. bewegte Träger den Vorteil aufweisen, die Präzision einer Positionierung der Basis bzw. ersten Gasdiffusionslage und damit ein Hinzufügen von Komponenten zu verbessern. In einigen Ausführungsformen wird der (jeweilige) Träger beim, insbesondere zum, Auftragen von Formmaterial, Elektrodenmaterial und/oder Membranmaterial, bewegt, vorzugsweise
    • - horizontal und/oder
    • - vertikal und/oder
    • - translatorisch, vorzugsweise in ein, zwei oder drei Richtung, und/oder
    • - rotatorisch, vorzugsweise um eine, zwei oder drei Achsen.
  • Dadurch kann in einigen Ausführungsformen die Herstellung der Einfassung bzw. ersten und/oder zweiten Elektrode bzw. Protononenmembran verbessert, insbesondere beschleunigt und/oder präziser(r) durchgeführt, werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird der Träger, der die Basis trägt oder wenigstens teilweise bildet bzw. auf dem die erste Gasdiffusionslage bereitgestellt bzw. die Unterlage bzw. erste Platte angeordnet ist, von einer Station zu einer weiteren Station wenigstens eines Paars Stationen der Applikationseinrichtung transportiert, vorzugsweise innerhalb der Applikationseinrichtung (weiter)transportiert.
  • Dies kann den Vorteil aufweisen, dass Stationen der Applikationseinrichtung zum Hinzufügen von Komponenten variabel angefahren werden können, was den Vorteil aufweisen kann, Wartezeiten zu reduzieren oder zu vermeiden und/oder die Applikationseinrichtung besser auszunutzen. Zusätzlich oder alternativ können individuell bewegliche bzw. bewegte Träger den Vorteil aufweisen, die Präzision einer Positionierung der Basis bzw. ersten Gasdiffusionslage und damit ein Hinzufügen von Komponenten zu verbessern.
  • Zusätzlich oder alternativ wird der Träger mit der darauf bereitgestellten Basis bzw. ersten Gasdiffusionslage bzw. angeordneten Unterlage bzw. ersten Platte in einigen Ausführungsformen der Erfindung in Abhängigkeit von, vorzugsweise infolge, einer Meldung, insbesondere Fehlermeldung, vorzugsweise in Abhängigkeit von, vorzugsweise infolge, (eines Ergebnisses) einer Prüfung, in einigen Ausführungsformen einer optischen und/oder Funktionsprüfung mittels einer optischen bzw. Funktions-Prüfvorrichtung der Applikationseinrichtung, aus einer Strecke des Fördersystems ausgeschleust, insbesondere, falls die Prüfung einen Fehler(zustand) der bis dahin wenigstens teilweise hergestellten Baugruppe, insbesondere einer oder mehrerer der bereits hinzugefügten (Aufbau)Komponenten, ergibt.
  • Dadurch kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine unnötige Weiterfertigung einer fehlerhaften Baugruppe vermieden werden, was den Vorteil aufweisen kann, Prozesszeit und/oder -ressourcen zu sparen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird eine in Abhängigkeit von einer (Fehler)Meldung ausgeschleuste Basis bzw. teilweise aufgebauten Baugruppe einer Nach(be)arbeitung, vorzugsweise einer automatisierten oder manuellen Nach(be)arbeitung innerhalb oder außerhalb der Applikationseinrichtung zugeführt und gegebenenfalls nach einer (erfolgreichen) Nach(be)arbeitung wieder an geeigneter Stelle eingeschleust und die Baugruppe weiter hergestellt, insbesondere die noch fehlenden Aufbaukomponenten und/oder eine oder mehrere andere der hier genannten Komponenten, vorzugsweise die zweite Elektrode und/oder zweite Gasdiffusionslage und/oder zweite Platte, hinzugefügt.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Applikationseinrichtung nach Herstellen der Baugruppe durch Ersetzen wenigstens einer Station der Applikationseinrichtung durch eine andere Station modifiziert und wenigstens eine weitere Baugruppe nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind wenigstens diese beiden Stationen modulartig ausgebildet.
  • Dies kann es vorteilhaft ermöglichen, die Applikationseinrichtung bedarfsweise anzupassen und/oder sukzessive um-, insbesondere hochzurüsten, wobei es besonders vorteilhaft sein kann, einzelne Stationen durch außerhalb der Applikationseinrichtung erprobte bzw. getestete Stationen zu ersetzen. Dies kann den Vorteil aufweisen, nicht jeweils einen kompletten Herstellprozess durchlaufen zu müssen, um einzelne Stationen zu erproben. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch eine Wartbarkeit bzw. Wartung der Applikationseinrichtung verbessert werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist eine elektrochemische Zelle, insbesondere Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle, auf:
    • - eine erste Platte zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid und/oder gasförmigem Fluid, vorzugsweise eine Bipolarplatte oder Bipolarteilplatte, in einigen Ausführungsformen eine Anodenteilplatte oder Kathodenteilplatte;
    • - eine zweite Platte zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, insbesondere flüssigem Fluid und/oder gasförmigem Fluid, vorzugsweise eine Bipolarplatte oder Bipolarteilplatte, in einigen Ausführungsformen eine Kathodenteilplatte oder Anodenteilplatte;
    • - eine zwischen der ersten und zweiten Platte angeordnete Membran-ElektrodenAnordnung mit
      • - einer der ersten Platte zugewandten ersten Elektrode;
      • - einer der zweiten Platte zugewandten zweiten Elektrode; und
      • - einer zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordneten Protonenaustauschmembran;
    • - eine zwischen der ersten Platte und der ersten Elektrode angeordnete erste Gasdiffusionslage; und
    • - eine zwischen der zweiten Elektrode und der zweiten Platte angeordnete zweite Gasdiffusionslage.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist eine Baugruppe der elektrochemischen Zelle, die wenigstens die erste Gasdiffusionslage, erste Elektrode und Protonenaustauschmembran, vorzugsweise auch die zweite Elektrode und/oder zweite Gasdiffusionslage und/oder erste und/oder zweite Platte, aufweist, nach einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt.
  • Zusätzlich oder alternativ überlappt ein bzw. das auf der ersten Platte haftende(s) Formmaterial, das eine Umfangsdichtung eines Reaktionsraums zwischen der ersten Platte und der Protonenaustauschmembran und/oder eines Reaktionsraum zwischen der Protonenaustauschmembran und der zweiten Platte bildet und/oder die erste Platte elektrisch gegen die Protonenaustauschmembran und/oder zweite Platte isoliert, einen Übergangsbereich der ersten Platte mit elektrodenseitigen Öffnungen für zu- und/oder abzuführendes Fluid, insbesondere eine sogenannte „Transition Area“, wenigstens teilweise und/oder umgreift wenigstens eine Durchgangsöffnung der ersten Platte für Fluid und/oder ist höchstens bis zu einem Außenrand der ersten Platte aufgetragen bzw. reicht höchstens bis zu einem Außenrand der ersten Platte.
  • Das wenigstens teilweise Abdecken durch das Formmaterial kann den Vorteil aufweisen, dass Elektrodenmaterial reduziert bzw. eingespart werden kann, welches bislang auch in diesem Übergangsbereich vorhanden ist, insbesondere, sofern der Übergangsbereich bisher mit einer vorgefertigten, mit Elektrodenmaterial beschichteten Protonenaustauschmembran abgedeckt wird. Entsprechend kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung Elektrodenmaterial, wenigstens im Wesentlichen, auf einen sogenannten elektrochemisch aktiven Bereich („Active Area“) bzw. Reaktionsraum beschränkt und dadurch gegenüber bisherigen Verfahren bzw. elektrochemischen Zellen reduziert bzw. eingespart werden. Das Umgreifen von Durchgangsöffnungen durch das Formmaterial kann den Vorteil aufweisen, dass eine Abdichtung vereinfacht und/oder verbessert wird. Eine Begrenzung des Formmaterials derart, dass es höchstens bis zu einem Außenrand der ersten Platte reicht, insbesondere vor diesem endet, kann den Vorteil aufweisen, dass eine Handhabung der ersten Platte vereinfacht und/oder verbessert wird.
  • Mit besonderem Vorteil können zwei oder mehr hier beschriebene elektrochemische Zellen bzw. Baugruppen elektrisch in Serie geschaltet und hierzu die zweite Platte einer elektrochemischen Zelle eines Zellenstapels mit der ersten Platte einer angrenzenden elektrochemischen Zelle des Zellenstapels identisch oder verbunden sein bzw. werden. Dies kann den Vorteil einer Erhöhung einer Leistung und/oder Reduzierung eines Bauraums aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist eine Anlage zum Herstellen einer oder mehrerer, vorzugsweise baugleicher, hier beschriebenen/-r Baugruppe(n) für eine oder mehrere, vorzugsweise baugleiche, hier beschriebene elektrochemische Zelle(n), insbesondere zum Herstellen eines oder mehrerer, vorzugsweise baugleicher, hier beschriebener Zellenstapel, eine bzw. die Applikationseinrichtung und in einigen Ausführungsformen ein Fördersystem, vorzugsweise das hier beschriebene Fördersystem mit mehreren einzelnen Trägern, auf, wobei in einigen Ausführungsformen:
    • - vorzugsweise durch das Fördersystem, an der Applikationseinrichtung eine (jeweilige) Basis, die nur einen Teil der (jeweiligen) Aufbaukomponenten aufweist, bereitgestellt und durch die Applikationseinrichtung die restlichen Aufbaukomponenten sowie gegebenenfalls eine oder mehrere der (jeweiligen) anderen hier genannten Komponenten, vorzugsweise die (jeweilige) zweite Elektrode und/oder (jeweilige) zweite Gasdiffusionslage und/oder (jeweilige) zweite Platte, hinzugefügt werden; bzw.
    • - vorzugsweise durch das Fördersystem, an der Applikationseinrichtung die von den Aufbaukomponenten der (jeweiligen) Baugruppe verschiedene (jeweilige) Basis bereitgestellt und durch die Applikationseinrichtung die Aufbaukomponenten der (jeweiligen) Baugruppe sowie gegebenenfalls eine oder mehrere der (jeweiligen) anderen hier genannten Komponenten, vorzugsweise die (jeweilige) zweite Elektrode und/oder (jeweilige) zweite Gasdiffusionslage und/oder (jeweilige) zweite Platte, hinzugefügt werden; bzw.
    • - durch das Fördersystem die erste Gasdiffusionslage
      • - auf einem von mehreren einzelnen Trägern des Fördersystems; oder
      • - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern des Fördersystems angeordneten Unterlage; oder
      • - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern des Fördersystems angeordneten ersten Platte der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid bereitgestellt und durch die Applikationseinrichtung die Aufbaukomponenten der (jeweiligen) Baugruppe sowie gegebenenfalls eine oder mehrere der (jeweiligen) anderen hier genannten Komponenten, vorzugsweise die (jeweilige) zweite Elektrode und/oder (jeweilige) zweite Gasdiffusionslage und/oder (jeweilige) zweite Platte, hinzugefügt werden;
    bzw. ist/sind die Anlage, insbesondere die Applikationseinrichtung und gegebenenfalls das Fördersystem, hierzu eingerichtet bzw. wird/werden hierzu verwendet. Wie auch an anderer Stelle erwähnt, weist in einigen Ausführungsformen der Erfindung die Applikationseinrichtung eine oder mehrere, vorzugsweise voneinander beabstandete bzw. separate, Stationen auf, kann insbesondere eine Applikationsanlage, vorzugsweise Fertigungsstraße oder Teil einer Fertigungsstraße, sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Fördersystem ein Multi-Carrier-System, kann insbesondere ein solches sein, bzw. sind die Träger Carrier eines bzw. dieses Multi-Carrier-Systems, das in einigen Ausführungsformen einzelne Carrier und/oder Carrier-Gruppen, vorzugsweise synchron(isiert) zum Hinzufügen der, gegebenenfalls restlichen, Aufbaukomponenten und in einigen Ausführungsformen einer oder mehrerer anderer der hier genannten Komponenten, bewegt, wobei in einigen Ausführungsformen Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit und/oder Positionierung und/oder Bewegungsrichtung an einem oder mehreren Punkten der (Carrier)Strecke vorgegeben werden können. Das Fördersystem kann Teil der Fertigungsstraße sein. Die Anlage weist in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine bzw. die Fertigungsstraße auf, in einigen Ausführungsformen ist sie eine bzw. die Fertigungsstraße.
  • Das Formmaterial, insbesondere eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, weist/weisen in einigen Ausführungsformen (jeweils) einen oder mehrere radikalisch- oder kationisch-härtende(n) Reaktivstoff(e), insbesondere Reaktivklebstoff(e) und vorzugsweise einen oder mehrere entsprechende(n) Dichtstoff(e), auf, in einigen Ausführungsformen besteht es bzw. bestehen sie hieraus. Zusätzlich oder alternativ weist/weisen in einigen Ausführungsformen das Formmaterial, insbesondere eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, Siliconmaterial bzw. ein oder mehrere Silicone auf, in einigen Ausführungsformen besteht es bzw. sie hieraus. Zusätzlich oder alternativ weist/weisen in einigen Ausführungsformen das Formmaterial, insbesondere eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, ein oder mehrere Polyurethan(e) und besonders bevorzugt Polyisobuten bzw. Polyisobutylen (PIB) auf, in einigen Ausführungsformen besteht es bzw. bestehen sie hieraus. Zusätzlich oder alternativ weist/weisen in einigen Ausführungsformen das Formmaterial, insbesondere eine oder mehrere Schichten des Formmaterials, Epoxidmaterial und besonders bevorzugt ein oder mehrere Epoxidharze auf, in einigen Ausführungsformen besteht es bzw. sie hieraus. Das Membranmaterial, insbesondere eine oder mehrere Schichten des Membranmaterials, weist/weisen in einigen Ausführungsformen (jeweils) ein lonomer oder eine Mischung mit einem oder mehreren lonomeren auf, in einigen Ausführungsformen besteht es bzw. bestehen sie hieraus. In einigen Ausführungsformen ist das Elektrodenmaterial zum Herstellen der ersten Elektrode und/oder das Elektrodenmaterial zum Herstellen der zweiten Elektrode (jeweils) ein Verbund und/oder weist ein katalytisch aktives Material auf, das vorzugsweise nano-skalige Partikel aufweist. Die nano-skaligen Partikel sitzen in einigen Ausführungsformen ihrerseits auf größeren Träger-Partikeln, bevorzugt aus Kohlenstoff oder dergleichen. Besonders bevorzugt ist das katalytisch aktive Material Platin (Pt), eine Pt-Legierung, eine Kombination aus Pt und einem oder mehreren anderen Metallen oder eine Pt-Verbindung wie beispielsweise Platinoxid (PtO, PtO2 oder dergleichen). Das Elektrodenmaterial weist in einigen Ausführungsformen, vorzugsweise zusätzlich, wenigstens ein lonomer auf. Hierdurch kann vorteilhaft die Ionenleitfähigkeit realisiert werden. Die Träger-Partikel können vorteilhaft die elektrische Leitfähigkeit realisieren. Das Elektrodenmaterial zum Herstellen der ersten Elektrode und/oder das Elektrodenmaterial zum Herstellen der zweiten Elektrode kann weitere chemische Komponenten enthalten. Das Elektrodenmaterial zum Herstellen der zweiten Elektrode weist in einigen Ausführungsformen wenigstens ein anderes Material als das Elektrodenmaterial zum Herstellen der ersten Elektrode auf. Die bzw. eine oder mehrere Verstärkungslagen weisen in einigen Ausführungsformen expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE) auf, in einigen Ausführungsformen besteht/bestehen sie hieraus.
  • Diese Materialien haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ohne dass die vorliegende Erfindung hierauf eingeschränkt ist.
  • Eine Erhöhung der Festigkeit, insbesondere ein aktives Verfestigen, von Formmaterial, Elektrodenmaterial und/oder Membranmaterial umfasst in einigen Ausführungsformen eine Erhöhung eines Polymerisationsgrades und/oder eine Erhöhung eines Vernetzungsgrades und/oder ein Verflüchtigen eines Lösungsmittels und/oder ein Trocknen und/oder ein Tempern, vorzugsweise nach einem bzw. dem Trocknen.
  • Diese Verfahrensschritte zur Erhöhung der Festigkeit haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ohne dass die vorliegende Erfindung hierauf eingeschränkt ist.
  • Sofern in einigen Ausführungsformen anstelle der durch ein- oder mehrschichtiges Auftragen von Formmaterial auf die bereitgestellte Basis bzw. erste Gasdiffusionslage und/oder den Träger, die Unterlage oder die erste Platte, gebildeten Einfassung ein vorgefertigter Rahmen verwendet wird, ist in einigen dieser Ausführungsformen vorgesehen, dass
    • - die erste Elektrode, gegebenenfalls auch, an dem vorgefertigten Rahmen haftet; und/oder
    • - das Membranmaterial, gegebenenfalls auch, an dem vorgefertigten Rahmen haftet; und/oder
    • - wenigstens bei der fertigen Baugruppe die zweite Elektrode von dem auf der ersten Gasdiffusionslage angeordneten vorgefertigten Rahmen oder einem auf der Protonenaustauschmembran angeordneten vorgefertigten Rahmen eingefasst ist; und/oder
    • - das Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der zweiten Elektrode innerhalb des auf der ersten Gasdiffusionslage angeordneten vorgefertigten Rahmens oder des auf der Protonenaustauschmembran angeordneten vorgefertigten Rahmens aufgetragen wird; und/oder
    • - die zweite Elektrode, gegebenenfalls auch, an dem auf der ersten Gasdiffusionslage angeordneten vorgefertigten Rahmen oder dem auf der Protonenaustauschmembran angeordneten vorgefertigten Rahmen haftet.
  • Diesbezüglich wird jeweils auf die Erläuterungen zur Einfassung verwiesen, wobei die Einfassung, insbesondere aufgrund der genannten Vorteile, als besonders vorteilhaft angesehen wird, während der vorgefertigte Rahmen insbesondere den Vorteil einer Zeitersparnis aufweisen kann.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird der Träger, auf dem die erste Gasdiffusionslage bereitgestellt wird bzw. ist oder die Unterlage oder erste Platte angeordnet ist, auf der die erste Gasdiffusionslage bereitgestellt wird bzw. ist, bzw. der Träger, auf dem die Basis bereitgestellt wird bzw. ist oder durch den die Basis wenigstens teilweise bereitgestellt wird bzw. ist, während des Auftragens von
    • - Formmaterial, durch das die Einfassung gebildet wird; und/oder
    • - Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der ersten Elektrode; und/oder
    • - Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der zweiten Elektrode; und/oder
    • - Membranmaterial zum Hinzufügen der Protonenaustauschmembran bewegt, vorzugsweise
    • - horizontal und/oder
    • - vertikal und/oder
    • - translatorisch, vorzugsweise in ein, zwei oder drei Richtungen, und/oder
    • - rotatorisch, vorzugsweise um eine, zwei oder drei Achsen, wobei in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Austrittsöffnungen, durch die das entsprechende Material aufgetragen wird, ortsfest sein oder zusätzlich ebenfalls bewegt werden können, vorzugsweise
    • - horizontal und/oder
    • - vertikal und/oder
    • - translatorisch, vorzugsweise in ein, zwei oder drei Richtungen, und/oder
    • - rotatorisch, vorzugsweise um eine, zwei oder drei Achsen.
  • Dadurch kann das Material vorteilhaft, insbesondere schnell, präzise, variabel und/oder in besonders vorteilhaften Bewegungsmustern aufgetragen werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Träger während des Auftragens von
    • - Formmaterial, durch das die Einfassung gebildet wird; und/oder
    • - Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der ersten Elektrode; und/oder
    • - Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der zweiten Elektrode; und/oder
    • - Membranmaterial zum Hinzufügen der Protonenaustauschmembran auch stillstehen. Dies kann insbesondere eine Präzision beim Auftragen erhöhen.
  • Eine Komponente, insbesondere eine „in den Ansprüchen genannte Komponente“ der Baugruppe kann insbesondere eine der Aufbaukomponenten, vorzugsweise die erste oder zweite Platte oder die erste oder zweite Gasdiffusionslage oder die erste oder zweite Elektrode oder die Protonenaustauschmembran sein.
  • Eine hier genannte erste oder zweite Platte kann (jeweils) insbesondere eine Bipolarplatte oder Bipolarteilplatte, in einigen Ausführungsformen eine Anodenteilplatte oder Kathodenteilplatte für eine bzw. einer Bipolarplatte, aufweisen, insbesondere sein. Zur kompakteren Darstellung werden Bipolarplatten und Bipolarteilplatten, insbesondere Anodenteilplatten und Kathodenteilplatten für bzw. von Bipolarplatten, auch gemeinsam als „Bipolar(teil)platte“ bezeichnet. Auch eine solche Bipolarteilplatte ist eine Platte zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid.
  • Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind. Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives „oder“ und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden). Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen. Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon), wie er hier gegebenenfalls verwendet wird, ist zu verstehen, dass eine diesbezügliche Vorrichtung oder Komponente davon bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.
  • Hierin beschriebene beispielhafte Ausführungsformen, insbesondere deren jeweilige Merkmale, sind jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander kombinierbar, insbesondere zu neuen Ausführungsformen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
  • Dabei zeigen, teilweise schematisiert,
    • 1A, 1B einen Teil einer Anlage beim Herstellen einer Baugruppe für eine elektrochemische Zelle eines Zellenstapel nach einer Ausführungsform der Erfindung bei einem Verfahrensschritt in einem horizontalen Schnitt (1A) bzw. einer Draufsicht (1B);
    • 2A, 2B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 3A, 3B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 4A, 4B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 5A, 5B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 6A, 6B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 7A, 7B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 8A, 8B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 9A, 9B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 10A, 10B einen Teil der Anlage beim Herstellen der Baugruppe bei einem weiteren Verfahrensschritt in 1A, 1B entsprechender Darstellung;
    • 11 einen Teil eines Zellenstapels mit der elektrochemischen Zelle mit der hergestellten Baugruppe in 1A entsprechender Darstellung;
    • 12 einen weiteren Verfahrensschritt;
    • 13A, 13B alternative Ausführungsformen der Erfindung in 3A entsprechender Darstellung; und
    • 14 die Anlage beim Herstellen von Baugruppen für elektrochemische Zellen in einer Draufsicht; und
    • 15 eine alternative Ausführungsform der Erfindung in 5A entsprechender Darstellung.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche, ähnliche oder einander entsprechende Elemente. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich werden.
  • 1A, 1B zeigen einen Teil einer Anlage beim Herstellen einer Baugruppe für eine elektrochemische Zelle eines Zellenstapel nach einer Ausführungsform bei einem Verfahrensschritt in einem horizontalen Schnitt (1A) bzw. einer Draufsicht ( 1B).
  • Auf einem von mehreren baugleichen einzelnen Trägern 100 (vgl. auch 14) eines Fördersystems 1000 wird (jeweils) eine erste Platte in Form einer Bipolar- oder Bipolarteilplatte 10 als Basis bereitgestellt, die in an sich bekannter Weise Durchgangsöffnungen 11.1-11.6 für verschiedene Fluide sowie auf beiden Kopfabschnitten jeweils Übergangsbereiche („Transition Areas“) 12.1, 12.2 sowie ein Strömungsfeld („Flow Field“) mit Kanälen 13 aufweist, so dass im Betrieb in einigen Ausführungsformen in an sich bekannter Weise Wasserstoff bzw. Luft zugeführt werden, das jeweilige Strömungsfeld 13 durchströmen und dort elektrochemisch reagieren kann, wobei Reaktionsprodukte und/oder Reste, in einigen Ausführungen Wasserstoff und/oder Luft, der bzw. die nicht reagiert hat, und/oder Wasser entsprechend abgeführt werden, so dass die elektrochemische Zelle als Brennstoffzelle eingerichtet ist bzw. verwendet bzw. betrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann die elektrochemische Zelle umgekehrt als Elektrolysezelle eingerichtet sein bzw. verwendet bzw. betrieben werden. Ist die erste Platte eine Bipolarteilplatte für eine bzw. einer Bipolarplatte, kann es sich insbesondere um eine Anodenteilplatte oder Kathodenteilplatte handeln. Wie vorstehend erwähnt, werden Bipolar- und Bipolarteilplatten gemeinsam als „Bipolar(teil)platte“ bezeichnet, mit anderen Worten kann eine hier genannte Bipolar(teil)platte jeweils eine Bipolarplatte oder Bipolarteilplatte sein. Ist die erste Platte eine Bipolarplatte, kann dadurch bzw. deren Bereitstellung als bereits hergestellte Bipolarplatte die Herstellung der Bipolarplatte und/oder die Stabilität der Basis verbessert werden.
  • Die Bipolar(teil)platte 10 wird in einem in 2A, 2B illustrierten Verfahrensschritt an einer Station 214 (vgl. 14) einer Applikationseinrichtung 2000 der Anlage mit einer elektrischen Isolationsbeschichtung 14 versehen. Die entsprechende Station 214 ist in 2A durch eine Beschichtungseinrichtung 114 mit wenigstens einer Austrittsöffnung 114.1 angedeutet.
  • In einigen Ausführungsformen kann stattdessen die Bipolar(teil)platte 10 bereits die elektrische Isolationsbeschichtung 14 aufweisen, wenn sie als Basis bereitgestellt wird. In diesem Fall kann der in den 2A, 2B illustrierte Verfahrensschritt bzw. die entsprechende Station 214 entfallen.
  • An einer Station 221 (vgl. 14) der Applikationseinrichtung 2000 wird in einem in 3A, 3B illustrierten Verfahrensschritt eine erste Gasdiffusionslage 21 hinzugefügt, indem diese auf der Isolationsbeschichtung 14 der Bipolar(teil)platte 10 angeordnet wird. Diese Station 221 der Applikationseinrichtung 2000 ist in 3A durch eine Gasdiffusionslagenanordnungseinrichtung 121 angedeutet.
  • An einer weiteren Station 270 der Applikationseinrichtung 2000 werden in einem in 4A, 4B illustrierten Verfahrensschritt eine oder mehrere Schichten Formmaterial 70 auf die als Basis bereitgestellte Bipolar(teil)platte 10 aufgetragen, dessen Festigkeit im weiteren Verfahrensverlauf zunimmt, gegebenenfalls an einer oder mehreren Stationen aktiv verfestigt wird. Diese Station 270 ist in 4A durch eine Formmaterialauftragseinrichtung 170 mit wenigstens einer Austrittsöffnung 170.1 angedeutet. In einigen Ausführungsformen kann das Formmaterial 70 mittels Siebdruckverfahren, (Tröpfchen)Strahldruckverfahren oder dergleichen aufgetragen werden.
  • Das aufgetragene Formmaterial 70 bildet wenigstens teilweise eine Einfassung, die vorzugsweise (bereits) einen geschlossenen bzw. durchgehenden Umfang bzw. Rand aufweist, bzw. wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der (vollständigen) Einfassung. Zwei oder mehr Schichten können dabei aus dem gleichen Formmaterial bestehen. Zusätzlich oder alternativ können auch zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichem Formmaterial bestehen.
  • Das Formmaterial 70 wird auch auf einen bzw. einem (Außen)Rand der ersten Gasdiffusionslage 21 aufgetragen, so dass es die Bipolar(teil)platte 10 und die erste Gasdiffusionslage 21 miteinander verbindet und die erste Gasdiffusionslage 21 von dem Formmaterial 70 eingefasst ist (Bereitstellen der ersten Platte und der darauf angeordneten ersten Gasdiffusionslage als Basis und Auftragen von Formmaterial auf diese Basis bzw. erste Platte und erste Gasdiffusionslage).
  • Das Formmaterial 70 wird so aufgetragen, dass es nicht bis zu einem Außenrand der Bipolar(teil)platte 10 (heran)reicht, jedoch die Übergangsbereiche 12.1, 12.2 (in 4B nicht eigens dargestellt, vgl. 1B, 3B) über bzw. oberhalb der ersten Gasdiffusionslage 21 überlappt und die Durchgangsöffnungen 11.1-11.6 umgreift.
  • In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Schichten Formmaterial bereits vor dem Anordnen der ersten Gasdiffusionslage 21 auf der Bipolar(teil)platte 10 aufgetragen werden, so dass diese die erste Gasdiffusionslage 21 bereits beim Anordnen auf der Bipolar(teil)platte 10 (zusätzlich) fixieren. Wiederum können dabei zwei oder mehr Schichten aus dem gleichen Formmaterial und/oder zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichem Formmaterial bestehen (Bereitstellen der ersten Platte ohne darauf angeordnete erste Gasdiffusionslage als Basis und Auftragen von Formmaterial auf diese Basis bzw. erste Platte).
  • In einigen Ausführungsformen wird die Bipolar(teil)platte 10 erst später hinzugefügt und stattdessen in einigen Ausführungsformen:
    • - Formmaterial auf dem als Basis bereitgestellten Träger 100 oder einer darauf angeordneten, als Basis bereitgestellten Unterlage 1 aufgetragen und dann die erste Gasdiffusionslage 21 hinzugefügt und gegebenenfalls weiteres Formmaterial aufgetragen (Bereitstellen einer von den Aufbaukomponenten verschiedenen Basis und Auftragen von Formmaterial auf diese Basis bzw. Träger bzw. Unterlage); oder
    • - die erste Gasdiffusionslage 21 auf dem Träger 100 oder einer darauf angeordneten Unterlage 1 angeordnet und (erst) dann Formmaterial aufgetragen (Bereitstellen des Trägers bzw. der Unterlagen und der darauf angeordneten ersten Gasdiffusionslage als Basis und Auftragen von Formmaterial auf diese Basis bzw. Träger/Unterlage und erste Gasdiffusionslage);
    vorzugsweise jeweils so, dass die erste Gasdiffusionslage 21 wie in 4A, 4B illustriert von dem Formmaterial 70 eingefasst ist. In beiden Fällen entfallen die in den 1A, 1B, 2A, 2B illustrierten Verfahrensschritte bzw. die entsprechenden Stationen, die 3A ist durch die 13A, in der ein Aufsetzen der ersten Gasdiffusionslage 21 auf eine auf dem Träger 100 angeordnete Unterlage 1 illustriert ist, bzw. die 13B, in der ein Aufsetzen der ersten Gasdiffusionslage 21 auf den Träger 100 illustriert ist, ersetzt und in den 3B-10B entfällt jeweils die Bipolar(teil)platte 10 oder ist durch die nur in 13A gezeigte Unterlage 1 ersetzt, so dass die erste Gasdiffusionslage 21 direkt auf dem Träger 100 oder der darauf angeordneten Unterlage 1 angeordnet ist, wobei die Schritte bzw. Stationen der 3A, 3B und 4A, 4B vertauscht sein können. Die Bipolar(teil)platte 10 wird in einigen Ausführungsformen nach dem Verfahrensschritt bzw. der Station der 10A, 10B oder 11 hinzugefügt, indem der dort gezeigte Aufbau von dem Träger 100 und gegebenenfalls der Unterlage 1 getrennt und stattdessen mit der Bipolar(teil)platte 10 verbunden wird.
  • Nachdem die auf der Bipolar(teil)platte 10 oder auf dem Träger 100 oder der Unterlage 1 angeordnete erste Gasdiffusionslage 21 von der bereits teilweise ausgebildeten Einfassung eingefasst ist (vgl. 4A, 4B), wird innerhalb dieser teilweise ausgebildeten Einfassung Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage 21 aufgetragen. Dies ist in den 5A, 5B illustriert, die entsprechende Station 231 (vgl. 14) in 5A durch eine Elektrodenmaterialauftragseinrichtung 131 mit wenigstens einer Austrittsöffnung 131.1 angedeutet. Die Festigkeit des Elektrodenmaterials nimmt im weiteren Verfahrensverlauf zu, gegebenenfalls wird es an einer oder mehreren Stationen aktiv verfestigt.
  • Dadurch wird in situ eine erste Elektrode 31 hergestellt bzw. hinzugefügt, die an der bereits teilweise ausgebildeten Einfassung und an der ersten Gasdiffusionslage 21 haftet.
  • Anschließend wird innerhalb der teilweise ausgebildeten Einfassung Membranmaterial 40 auf die erste Elektrode 31 aufgetragen. Dies ist in den 6A, 6B illustriert. Die entsprechende Station 240 (vgl. 14) ist in 6A durch eine Membranmaterialauftragseinrichtung 140 mit wenigstens einer Austrittsöffnung 140.1 angedeutet. Die Festigkeit des Membranmaterials nimmt im weiteren Verfahrensverlauf zu, gegebenenfalls wird es an einer oder mehreren Stationen aktiv verfestigt.
  • Anschließend wird an einer entsprechenden Station 241 (vgl. 14) der Applikationseinrichtung 2000 in einem in 7A, 7B illustrierten Verfahrensschritt eine Verstärkungslage 41 auf das aufgetragene Membranmaterial 40 aufgesetzt. Diese Station 241 ist in 7A durch eine Verstärkungslagenanordnungseinrichtung 141 angedeutet. Dabei ist das aufgetragene Membranmaterial 40 in einigen Ausführungsformen noch nicht (vollständig) verfestigt, vorzugsweise gegenüber dem vorstehend erläuterten Auftragen, wenigstens im Wesentlichen, noch (gar) nicht verfestigt. Auf diese Weise kann die aufgesetzte Verstärkungslage 41 durch das aufgetragene Membranmaterial 40 durchdrungen werden. Vorzugsweise erfolgt eine wesentliche, insbesondere vollständige, Verfestigung des aufgetragenen Membranmaterials 40, vorzugsweise durch Trocknung, Austrag von Lösungsmittel oder dergleichen, erst nachdem die Verstärkungslage durch das aufgetragene Membranmaterial, vorzugsweise vollständig, durchdrungen ist.
  • Dadurch wird in situ eine Protonenaustauschmembran 42 hergestellt bzw. hinzugefügt, deren Membranmaterial an der bereits teilweise ausgebildeten Einfassung und an der ersten Elektrode 31 haftet.
  • In einigen Ausführungsformen kann auf der aufgesetzten Verstärkungslage 41 weiteres Membranmaterial aufgetragen oder die Verstärkungslage 41 in das aufgetragene Membranmaterial 40 eingebracht werden. Die Verstärkungslage bzw. entsprechende Station 241 kann in einigen Ausführungsformen auch entfallen.
  • In einigen Ausführungsformen kann anstelle eines Auftragens von Membranmaterial, gegebenenfalls mit Aufsetzen bzw. Einbringen wenigstens einer Verstärkungslage, auch eine vorgefertigte Protonenaustauschmembran auf der hinzugefügten ersten Elektrode 31 angeordnet werden. In diesem Fall können die in den 6A, 6B, 7A, 7B illustrierten Verfahrensschritte bzw. die entsprechenden Stationen 240, 241 entfallen.
  • In einigen Ausführungsformen kann anstelle eines Auftragens von Elektrodenmaterial und Membranmaterial, gegebenenfalls mit Aufsetzen bzw. Einbringen wenigstens einer Verstärkungslage, auch eine vorgefertigte, bereits mit der ersten Elektrode 31 und vorzugsweise auch mit der nachfolgend erläuterten zweiten Elektrode 32 beschichtete Protonenaustauschmembran auf der ersten Gasdiffusionslage 21 angeordnet werden. In diesem Fall können die in den 5A, 5B, 6A, 6B sowie 8A, 8B illustrierte Verfahrensschritte bzw. die entsprechenden Stationen entfallen und in den 7A, 7B die mit der Elektrode 31 und gegebenenfalls Elektrode 32 beschichtete Protonenaustauschmembran hinzugefügt werden.
  • Sofern die zweite Elektrode 32 nicht bereits (durch Hinzufügen der entsprechend beschichteten Protonenaustauschmembran) hinzugefügt wurde, wird in einigen Ausführungsformen weiteres Formmaterial 71 aufgetragen, das ebenfalls einen Teil der Einfassung bildet. Zwei oder mehr Schichten dieses weiteren Formmaterials 71 können dabei aus dem gleichen Formmaterial wie eine Schicht des Formmaterials 70 bestehen.
  • Zusätzlich oder alternativ können auch zwei oder mehr Schichten dieses weiteren Formmaterials 71 aus unterschiedlichem Formmaterial bestehen.
  • Dadurch kann die Verstärkungslage 41 vorteilhafterweise, gegebenenfalls zusätzlich, fixiert werden.
  • Dieses weitere Formmaterial 71 kann in einigen Ausführungsformen auch entfallen und ist in den Figuren nur strichliert angedeutet, eine entsprechende Station in 14 nicht dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann das Formmaterial 70 (vgl. 4A, 4B) auch entsprechend höher aufgetragen und die Verstärkungslage entsprechend kleiner dimensioniert oder ihr Rand in das noch entsprechend aufnahmefähige Formmaterial versenkt werden.
  • Sofern die zweite Elektrode 32 nicht bereits (durch Hinzufügen der entsprechend beschichteten Protonenaustauschmembran) hinzugefügt wurde, wird in einigen Ausführungsformen Elektrodenmaterial auf die Protonenaustauschmembran aufgetragen, gegebenenfalls innerhalb der bereits teilweise ausgebildeten Einfassung. Dies ist in den 8A, 8B illustriert, die entsprechende Station 232 (vgl. 14) in 8A durch eine Elektrodenmaterialauftragseinrichtung 132 mit wenigstens einer Austrittsöffnung 132.1 angedeutet. Die Festigkeit dieses Elektrodenmaterials nimmt im weiteren Verfahrensverlauf zu, gegebenenfalls wird es an einer oder mehreren Stationen aktiv verfestigt.
  • Dadurch wird in situ eine zweite Elektrode 32 hergestellt bzw. hinzugefügt, die an der bereits teilweise ausgebildeten Einfassung und an der Protonenaustauschmembran haftet.
  • An einer entsprechenden Station 222 (vgl. 14) der Applikationseinrichtung 2000 wird in einem in 9A, 9B illustrierten Verfahrensschritt eine zweite Gasdiffusionslage 22 hinzugefügt, indem diese auf der zweiten Elektrode 32 angeordnet wird. Diese Station ist in 9A durch eine Gasdiffusionslagenanordnungseinrichtung 122 der Applikationseinrichtung 2000 angedeutet.
  • An einer weiteren Station 272 (vgl. 14) der Applikationseinrichtung 2000 werden in einem in 10A, 10B illustrierten Verfahrensschritt eine oder mehrere Schichten Formmaterial 72 aufgetragen, dessen Festigkeit im weiteren Verfahrensverlauf zunimmt, gegebenenfalls an einer oder mehreren Stationen aktiv verfestigt wird. Diese Station ist in 10A durch eine Formmaterialauftragseinrichtung 172 mit wenigstens einer Austrittsöffnung 172.1 angedeutet. In einigen Ausführungsformen kann das Formmaterial 72 mittels Siebdruckverfahren, (Tröpfchen)Strahldruckverfahren oder dergleichen aufgetragen werden.
  • Das aufgetragene Formmaterial 70, 72 sowie gegebenenfalls 71 bildet die vollständig ausgebildete Einfassung. Zwei oder mehr Schichten können dabei aus dem gleichen Formmaterial bestehen. Zusätzlich oder alternativ können auch zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichem Formmaterial bestehen.
  • In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Schichten des Formmaterials 72 bereits vor dem Anordnen der zweiten Gasdiffusionslage 22 aufgetragen werden, so dass diese die zweite Gasdiffusionslage 22 bereits beim Anordnen auf der zweiten Elektrode 22 fixieren. Wiederum können dabei zwei oder mehr Schichten aus dem gleichen Formmaterial und/oder zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichem Formmaterial bestehen.
  • Nach diesem Hinzufügen der zweiten Gasdiffusionslage 22 wird eine zweite Platte 10' derart hinzugefügt, dass die zweite Gasdiffusionslage 22 zwischen der zweiten Elektrode und dieser zweiten Platte angeordnet ist. Dies bzw. eine entsprechende Station ist in 11 illustriert.
  • In einigen Ausführungsformen kann diese zweite Platte 10' zugleich eine erste Platte einer weiteren Baugruppe sein, die bereits zuvor oder parallel wie hier beschrieben hergestellt worden ist (was in 12 angedeutet ist) oder anschließend wie hier beschrieben hergestellt wird, wobei dann diese erste Platte auf dem Träger 100 verbleiben bzw. auf diesem bereitgestellt werden kann. Diese zweite Platte 10' kann in einigen Ausführungsformen auch eine Bipolarteilplatte, insbesondere Anoden- oder Kathodenteilplatte, sein, die mit einer ersten Platte in Form einer (weiteren) Bipolarteilplatte, insbesondere Kathoden- bzw. Anodenteilplatte, einer weiteren Baugruppe, die wie hier beschrieben hergestellt wird oder worden ist, zu einer Bipolarplatte verbunden wird bzw. hierzu eingerichtet bzw. vorgesehen ist bzw. verwendet wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Baugruppe der 10A, 10B von dem Träger 100 getrennt und mit einer weiteren, vorzugsweise baugleichen und/oder gleich hergestellten, weiteren Baugruppe verbunden werden, vorzugsweise derart, dass die erste bzw. Bipolarplatte 10' dieser weiteren Baugruppe auf die zweite Gasdiffusionslage 22 bzw. Einfassung bzw. das Formmaterial 72 aufgesetzt und, vorzugsweise durch dieses Formmaterial 72, stoffschlüssig mit der Baugruppe der 10A, 10B verbunden wird. Gleichermaßen kann es vorteilhaft sein, die zweite bzw. Bipolarteilplatte 10' in oder nach der in Figure 11 illustrierten Konfiguration mit einer ersten bzw. Bipolarteilplatte einer weiteren, vorzugsweise baugleichen und/oder gleich hergestellten, weiteren Baugruppe zu einer Bipolarplatte zu verbinden, wobei diese weitere Baugruppe bereits hergestellt sein oder nach dem Verbinden hergestellt werden kann.
  • Wie insbesondere in 11 erkennbar, verbindet das aufgetragene Formmaterial 70, 72 und gegebenenfalls 71 wenigstens bei der fertigen Baugruppe und nach seiner Festigkeitszunahme die Aufbaukomponenten 10, 21, 31, 40 und 41 sowie die weiteren Komponenten 22, 32 und 10', isoliert die ersten Platte 10 und Protonenaustauschmembran 42 elektrisch gegeneinander und bildet eine Umfangsdichtung eines Reaktionsraums R1 zwischen der ersten Platte 10 und der Protonenaustauschmembran 42 sowie eines Reaktionsraums R2 zwischen der Protonenaustauschmembran 42 und der zweiten Platte 10'. Die erste und zweite Gasdiffusionslage 21, 22, die erste und zweite Elektrode 31, 32 und die Protonenaustauschmembran 42 sind von der durch das Formmaterial 70, 72 und gegebenenfalls 71 gebildete Einfassung eingefasst. Das Formmaterial 70, 72 und gegebenenfalls 71 ist höchstens bis zu einem Außenrand der ersten Platte aufgetragen. Die erste Bipolar(teil)platte 10 weist Übergangsbereiche mit elektrodenseitigen Öffnungen 12.1, 12.2 für Fluid auf, die wenigstens teilweise von dem aufgetragenen Formmaterial und wenigstens teilweise von der ersten Gasdiffusionslage überlappt werden. Zudem weist die erste Bipolar(teil)platte 10 Durchgangsöffnungen 11.1-11.6 für Fluid auf, die von dem aufgetragenen Formmaterial umgriffen werden.
  • In 12 ist ein Hinzufügen der zweiten Platte 10', die gleichzeitig eine Platte einer weiteren, wie vorstehend beschrieben (hergestellt)en Baugruppe ist, illustriert, wobei, wie in der Figur erkennbar, die weitere Baugruppe bereits hergestellt ist.
  • In 12 ist schematisch eine Ausführungsform illustriert, in der das aufgetragene Formmaterial 72 an einer Kontaktstelle zwischen der zweiten Platte 10' und dem Formmaterial vor einem Kontaktieren von Platte und Formmaterial Erhebungen 72.1 aufweist und die zweite Platte 10' an einer Kontaktstelle zwischen der zweiten Platte 10' und dem Formmaterial 72 Erhebungen 10.1' aufweist. In einigen Ausführungsformen können die Erhebungen 72.1 und/oder 10.1' entfallen und/oder analog an einer Kontaktstelle zwischen der ersten Platte 10 und dem Formmaterial 70 die erste Platte 10 und/oder das Formmaterial 70 vor einem Kontaktieren von Platte und Formmaterial entsprechende Erhebungen aufweisen und/oder analog auch auf der Oberseite der weiteren (in 12 oberen) Baugruppe entsprechende Erhebungen vorgesehen sein.
  • Wie vorstehend erläutert, kann die zweite Platte 10' auch eine Bipolarteilplatte sein, die mit einer weiteren Bipolarteilplatte zu einer Bipolarplatte verbunden wird bzw. hierzu eingerichtet bzw. vorgesehen ist bzw. verwendet wird.
  • 14 wurde bereits teilweise erläutert. Zudem sind in 14 exemplarisch Prüfstationen 233, 243 und 235 sowie Nacharbeitsstationen 234, 236 dargestellt.
  • In der Prüfstation 233 bzw. 235 wird durch eine Prüfvorrichtung 133 bzw. 135 die erste bzw. zweite Elektrode geprüft. Falls dabei ein Fehler erkannt wird, wird der entsprechende Träger 100 infolge einer entsprechenden (Fehler)Meldung zu der Nacharbeitsstation 234 bzw. 236 ausgeschleust und versucht, dort die erste bzw. zweite Elektrode nachzu(be)arbeiten. Gelingt dies, wird der Träger wieder (zur Station 240 bzw. 222) eingeschleust, andernfalls aus dem Prozess entfernt. Falls in der Prüfstation 243 durch eine Prüfvorrichtung 143 ein Fehler der Protonenaustauschmembran erkannt wird, wird der entsprechende Träger 100 infolge einer entsprechenden (Fehler)Meldung aus dem Prozess ausgeschleust. Diese Stationen bzw. Verfahrensschritte sind exemplarisch, in einigen Ausführungsformen können eine(r) oder mehrere dieser Stationen 233, 243, 235, 234, 236 bzw. entsprechenden Verfahrensschritte entfallen und/oder an anderer Stelle entsprechende weitere Stationen bzw. Verfahrensschritte vorgesehen sein.
  • In einigen Ausführungsformen wird der Träger 100 (auch)
    • - während des Versehens der Bipolar(teil)platte 10 mit der elektrischen Isolationsbeschichtung 14 (vgl. 2A, 2B); und/oder
    • - während des Auftragens einer oder mehrerer Schichten Formmaterial 70 (vgl. 4A, 4B); und/oder
    • - während des Auftragens von Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage 21 zum Herstellen bzw. Hinzufügen der ersten Elektrode 31 (vgl. 5A, 5B); und/oder
    • - während des Auftragens von Membranmaterial 40 auf die erste Elektrode 31 (vgl. 6A, 6B) und/oder während des Auftragens weiteren Membranmaterials auf der aufgesetzten Verstärkungslage 41; und/oder
    • - während des Auftragens weiteren Formmaterials 71 (vgl. 8A, 8B); und/oder
    • - während des Auftragens von Elektrodenmaterial auf die Protonenaustauschmembran zum Herstellen bzw. Hinzufügen der zweiten Elektrode 32 (vgl. 8A, 8B); und/oder
    • - während des Auftragens von Formmaterial 72 (vgl. 10A, 10B)
    bewegt, vorzugsweise horizontal in einer oder zwei Richtungen und/oder vertikal. Hierdurch können in einigen Ausführungsformen die entsprechenden Austrittsöffnungen (vgl. 114.1, 170.1, 131.1, 140.1, 132.1, 172.1) ortsfest und damit die entsprechende Station einfacher ausgebildet sein. Gleichermaßen können eine oder mehrere entsprechenden Austrittsöffnungen auch jeweils, vorzugsweise horizontal in einer oder zwei Richtungen und/oder vertikal, während des Auftragens zusätzlich zu einer Bewegung des Trägers bewegt werden. Damit können besonders vorteilhafte Bewegungsmuster realisiert und/oder die Prozessgeschwindigkeit erhöht werden. Gleichermaßen kann der Träger während wenigstens eines hier beschriebenen Auftragens seinerseits ruhen. Damit kann die Präzision erhöht werden.
  • Die 3A, 3B illustrieren eine auf einem Träger 100 von mehreren einzelnen Trägern des Fördersystems 1000 (vgl. 14) bereitgestellte erste Gasdiffusionslage 21.
  • 13A illustriert eine auf einer (auf einem Träger 100 von mehreren einzelnen Trägern des Fördersystems 1000 (vgl. 14) angeordneten) Unterlage 1 bereitgestellte erste Gasdiffusionslage 21.
  • 13B illustriert eine auf einem Träger 100 von mehreren einzelnen Trägern des Fördersystems 1000 (vgl. 14) bereitgestellte erste Gasdiffusionslage 21.
  • 15 illustriert eine alternative Ausführungsform der Erfindung in 5A entsprechender Darstellung, wobei anstelle der durch Auftragen von Formmaterial gebildeten Einfassung ein vorgefertigter Rahmen 300 vorgesehen ist. Wie mit Bezug auf 13A, 13B erläutert, kann auch hier die erste Gasdiffusionslage 21 statt auf der Bipolar(teil)platte 10 auf dem Träger 100 selber oder der Unterlage 1 bereitgestellt werden.
  • Zur kompakteren Darstellung ist die Isolationsbeschichtung 14 nur jeweils auf einer Seite der Platten 10, 10' gekennzeichnet. Vorzugsweise ist die Isolationsbeschichtung 14 der Platte 10 und/oder der Platte 10', insbesondere, sofern sie (jeweils) eine Bipolarplatte ist, beidseitig angeordnet bzw. ausgebildet (in 11, 12 auch auf der Unterseite der Platte 10; in Figure 11 auch auf der Ober- bzw. in 12 auch auf der Unterseite der Platte 10').
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Unterlage
    10
    erste (Bipolar(teil))Platte
    10'
    zweite (Bipolar(teil))Platte
    10.1'
    Erhebung
    11.1-11.6
    Durchgangsöffnung
    12.1, 12.2
    Übergangsbereich
    13
    Strömungsfeld mit Kanälen
    14
    Isolationsbeschichtung
    21
    erste Gasdiffusionslage
    22
    zweite Gasdiffusionslage
    31
    erste Elektrode
    32
    zweite Elektrode
    40
    Membranmaterial
    41
    Verstärkungslage
    42
    Protonenaustauschmembran
    70-72
    Formmaterial
    72.1
    Erhebung
    100
    Träger des Fördersystems der Anlage
    114
    Beschichtungseinrichtung
    114.1
    Austrittsöffnung
    121, 122
    Gasdiffusionslagenanordnungseinrichtung
    131, 132
    Elektrodenmaterialauftragseinrichtung
    131.1, 132.1
    Austrittsöffnung
    133, 135
    Prüfvorrichtung
    140
    Membranmaterialauftragseinrichtung
    140.1
    Austrittsöffnung
    141
    Verstärkungslagenanordnungseinrichtung
    143
    Prüfvorrichtung
    170, 172
    Formmaterialauftragseinrichtung
    170.1, 172.1
    Austrittsöffnung
    214, 221, 222, 231-236, 240, 241, 243, 270, 272
    Station der Applikationseinrichtung der Anlage
    300
    vorgefertigter Rahmen
    1000
    Fördersystem
    2000
    Applikationseinrichtung
    R1, R2
    Reaktionsraum

Claims (17)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe für eine elektrochemische Zelle, wobei die Baugruppe wenigstens die folgenden Aufbaukomponenten aufweist: - eine erste Gasdiffusionslage (21); - eine Protonenaustauschmembran (42); und - eine zwischen der ersten Gasdiffusionslage und der Protonenaustauschmembran angeordnete ersten Elektrode (31); wobei das Verfahren die Schritte aufweist - Bereitstellen der ersten Gasdiffusionslage; und - Aufbauen der Baugruppe, wobei das Aufbauen Hinzufügen der ersten Elektrode und der Protonenaustauschmembran umfasst; wobei - das Hinzufügen der ersten Elektrode ein Auftragen von Elektrodenmaterial auf die erste Gasdiffusionslage umfasst und eine Festigkeit dieses Elektrodenmaterials nach diesem Auftragen zunimmt; und/oder - das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran ein Auftragen von Membranmaterial (40) auf die erste Elektrode umfasst und eine Festigkeit dieses Membranmaterial nach diesem Auftragen zunimmt; wobei die erste Gasdiffusionslage - auf einem von mehreren einzelnen Trägern (100) eines Fördersystems; oder - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern (100) eines Fördersystems angeordneten Unterlage (1); oder - auf einer auf einem von mehreren einzelnen Trägern (100) eines Fördersystems angeordneten ersten Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid; bereitgestellt und dieser Träger mit der bereitgestellten ersten Gasdiffusionslage zu einer Applikationseinrichtung transportiert wird, durch welche die erste Elektrode und die Protonenaustauschmembran hinzugefügt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - ein ein- oder mehrteiliger vorgefertigter Rahmen (300) - auf der ersten Gasdiffusionslage; und/oder - auf - dem Träger, auf dem die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder - der Unterlage, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder - der ersten Platte, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, angeordnet wird; und - das Elektrodenmaterial und/oder das Membranmaterial innerhalb dieses Rahmens aufgetragen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - Formmaterial (70-72) ein- oder mehrschichtig so - auf die erste Gasdiffusionslage; und/oder - auf - den Träger, auf dem die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder - die Unterlage, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder - die erste Platte, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, aufgetragen wird, dass es eine Einfassung bildet; - eine Festigkeit dieses Formmaterial nach diesem Auftragen zunimmt; und - das Elektrodenmaterial und/oder das Membranmaterial innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung aufgetragen wird.
  4. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass - das aufgetragene Formmaterial wenigstens bei der fertigen Baugruppe - wenigstens zwei der Aufbaukomponenten verbindet; und/oder - eine erste Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, und die Protonenaustauschmembran elektrisch gegeneinander isoliert; und/oder - eine Umfangsdichtung eines Reaktionsraums zwischen einer ersten Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, und der Protonenaustauschmembran bildet; und/oder - wenigstens bei der fertigen Baugruppe die erste Gasdiffusionslage und/oder die erste Elektrode und/oder Protonenaustauschmembran von der Einfassung eingefasst ist; und/oder - das Formmaterial höchstens bis zu einem Außenrand einer ersten Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, auf diese erste Platte aufgetragen wird; und/oder - eine erste Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, wenigstens einen Übergangsbereich (12.1, 12.2) mit elektrodenseitigen Öffnungen für das Fluid aufweist, der wenigstens teilweise von dem aufgetragenen Formmaterial und/oder wenigstens teilweise von der ersten Gasdiffusionslage überlappt wird; und/oder - eine erste Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, wenigstens eine Durchgangsöffnung für das Fluid und/oder wenigstens eine Durchgangsöffnung für ein anderes Fluid aufweist, die von dem aufgetragenen Formmaterial umgriffen wird; und/oder - die auf einer ersten Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid angeordnete erste Gasdiffusionslage bei dem Auftragen des Formmaterials wenigstens zeitweise an dieser ersten Platte fixiert ist; und/oder - wenigstens eine Schicht des Formmaterials aufgetragen wird, bevor die erste Gasdiffusionslage und eine erste Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid aneinander angeordnet werden; und/oder - eine erste Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, und/oder das aufgetragene Formmaterial an einer Kontaktstelle zwischen erster Platte und Formmaterial wenigstens vor einem Kontaktieren von erster Platte und Formmaterial wenigstens eine Erhebung (10.1', 72.1) aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Elektrode an der ersten Gasdiffusionslage und/oder an dem vorgefertigten Rahmen oder der Einfassung haftet; und/oder - das Membranmaterial an der ersten Elektrode und/oder an dem vorgefertigten Rahmen oder der Einfassung haftet.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran - ein Einbringen wenigstens einer Verstärkungslage (41) in das aufgetragene Membranmaterial; und/oder - ein Aufsetzen oder Ausbilden einer Verstärkungslage (41) auf wenigstens eine Schicht des aufgetragenen Membranmaterials umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen der Protonenaustauschmembran ein Anordnen einer vorgefertigten Protonenaustauschmembran auf der hinzugefügten ersten Elektrode umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit oder nach dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran eine zweite Elektrode (32) derart hinzugefügt wird, dass die Protonenaustauschmembran zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist.
  9. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass - mit oder nach dem Hinzufügen der zweiten Elektrode eine zweite Gasdiffusionslage (22) derart hinzugefügt wird, dass die zweite Elektrode zwischen der Protonenaustauschmembran und der zweiten Gasdiffusionslage angeordnet ist; und/oder - wenigstens bei der fertigen Baugruppe die zweite Elektrode von dem auf der ersten Gasdiffusionslage angeordneten vorgefertigten Rahmen oder einem auf der Protonenaustauschmembran angeordneten vorgefertigten Rahmen oder der Einfassung eingefasst ist; und/oder - das Hinzufügen der zweiten Elektrode nach dem Hinzufügen der Protonenaustauschmembran ein Auftragen von Elektrodenmaterial auf die hinzugefügte Protonenaustauschmembran umfasst und eine Festigkeit dieses Elektrodenmaterials nach diesem Auftragen zunimmt.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass - das Elektrodenmaterial zum Hinzufügen der zweiten Elektrode innerhalb des auf der ersten Gasdiffusionslage angeordneten vorgefertigten Rahmens oder des auf der Protonenaustauschmembran angeordneten vorgefertigten Rahmens oder der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung aufgetragen wird; und/oder - die zweite Elektrode an der Protonenaustauschmembran und/oder an dem auf der ersten Gasdiffusionslage angeordneten vorgefertigten Rahmen oder dem auf der Protonenaustauschmembran angeordneten vorgefertigten Rahmen oder der Einfassung haftet; und/oder - wenigstens bei der fertigen Baugruppe die zweite Gasdiffusionslage von der Einfassung eingefasst ist.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, dass mit oder nach dem Hinzufügen der zweiten Gasdiffusionslage eine zweite Platte (10`) derart hinzugefügt wird, dass die zweite Gasdiffusionslage zwischen der zweiten Elektrode und der zweiten Platte angeordnet ist.
  12. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass: - das aufgetragene Formmaterial wenigstens bei der fertigen Baugruppe - die erste und zweite Platte verbindet; und/oder - die zweite Platte und die Protonenaustauschmembran elektrisch gegeneinander isoliert und/oder die erste und zweite Platte elektrisch gegeneinander isoliert; und/oder - eine Umfangsdichtung eines Reaktionsraums zwischen der zweiten Platte und der Protonenaustauschmembran bildet; und/oder - die zweite Platte - die erste Platte einer weiteren Baugruppe, welche - nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt worden ist; oder - nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt wird; ist; oder - mit einer ersten Platte einer weiteren Baugruppe, welche - nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt worden ist; oder - nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt wird; verbunden wird oder hierzu eingerichtet ist; und/oder - die zweite Platte und/oder das aufgetragene Formmaterial an einer Kontaktstelle zwischen zweiter Platte und Formmaterial wenigstens vor einem Kontaktieren von zweiter Platte und Formmaterial wenigstens eine Erhebung (10.1', 72.1) aufweist.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - eine erste Platte (10; 10') der Baugruppe zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid, auf dem die erste Gasdiffusionslage angeordnet wird, eine vorab oder bei dem Verfahren hergestellte Isolationsbeschichtung (14) aufweist; und/oder - wenigstens eine Schicht wenigstens eines der Materialien mittels wenigstens einer Austrittsöffnung (114.1, 131.1, 132.1, 140.1, 170.1, 172.1) und/oder eines Druckverfahrens aufgetragen und/oder thermisch und/oder mittels Bestrahlung verfestigt wird; und/oder - vor dem Hinzufügen wenigstens einer der in den Ansprüchen genannten Komponenten, insbesondere wenigstens einer der in den Ansprüchen genannten Aufbaukomponenten, der Baugruppe wenigstens eine Schicht des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, aufgetragen und diese Komponente innerhalb der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung angeordnet wird; und/oder - nach dem Hinzufügen wenigstens einer der in den Ansprüchen genannten Komponenten, insbesondere wenigstens einer der in den Ansprüchen genannten Aufbaukomponenten, der Baugruppe wenigstens eine Schicht des Formmaterials, die die Einfassung oder wenigstens einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, derart aufgetragen wird, dass diese Komponente von der wenigstens teilweise ausgebildeten Einfassung eingefasst ist; und/oder - das Auftragen von Formmaterial auf die erste Gasdiffusionslage und/oder auf den Träger, auf dem die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder die Unterlage, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, oder die erste Platte, auf der die erste Gasdiffusionslage angeordnet ist, ein Auftragen von einer Schicht aus einem ersten Formmaterial und - ein Auftragen von wenigstens einer zusätzlichen Schicht, die einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, aus dem ersten Formmaterial; und/oder - ein Auftragen von wenigstens einer zusätzlichen Schicht, die einen umlaufenden Abschnitt der Einfassung bildet, aus einem zweiten Formmaterial; und/oder - ein Auftragen von wenigstens einer zusätzlichen Schicht, die eine andere Geometrie aufweist als die eine Schicht, aus dem ersten oder einem zweiten Formmaterial umfasst.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Träger individuell beweglich sind; und/oder - der Träger von einer Station zu einer weiteren Station wenigstens eines Paars Stationen der Applikationseinrichtung transportiert und/oder in Abhängigkeit von einer Meldung aus einer Strecke des Fördersystems ausgeschleust, wird; und/oder - die Applikationseinrichtung nach Herstellen der Baugruppe durch Ersetzen wenigstens einer Station der Applikationseinrichtung durch eine andere Station modifiziert und wenigstens eine weitere Baugruppe nach einem Verfahren nach dem vorherigen Anspruch durch diese modifizierte Applikationseinrichtung hergestellt wird.
  15. Elektrochemische Zelle, insbesondere Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle, wobei die elektrochemische Zelle aufweist: - eine erste Platte (10) zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid; - eine zweite Platte (10') zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluid; - eine zwischen der ersten und zweiten Platte angeordnete Membran-ElektrodenAnordnung mit - einer der ersten Platte zugewandten ersten Elektrode (31); - einer der zweiten Platte zugewandten zweiten Elektrode (32); und - einer zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordneten Protonenaustauschmembran (42); - eine zwischen der ersten Platte und der ersten Elektrode angeordnete erste Gasdiffusionslage (21); und - eine zwischen der zweiten Elektrode und der zweiten Platte angeordnete zweite Gasdiffusionslage (22); wobei eine Baugruppe der elektrochemischen Zelle, die wenigstens die erste Gasdiffusionslage, erste Elektrode und Protonenaustauschmembran aufweist, nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist.
  16. Zellenstapel mit wenigstens zwei elektrochemischen Zellen nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Platte (10') einer der elektrochemischen Zellen mit der ersten Platte einer angrenzenden der elektrochemischen Zellen identisch oder verbunden ist.
  17. Anlage zum Herstellen wenigstens einer Baugruppe für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eines Zellenstapel, nach einem der vorherigen Ansprüche, die - ein Fördersystem (1000) mit mehreren einzelnen Trägern (100); und - eine Applikationseinrichtung (2000) zum Hinzufügen der ersten Elektrode und Protonenaustauschmembran zu der bereitgestellten Gasdiffusionslage der wenigstens einen Baugruppe aufweist.
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