【DE102019108375A1】燃料电池和燃料电池生产工艺【专利】

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*DE102019108375A120191024*

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DE 10 2019 108 375 A1 2019.10.24

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Offenlegungsschrift

(21)Aktenzeichen: 10 2019 108 375.3(22)Anmeldetag: 01.04.2019(43)Offenlegungstag: 24.10.2019(51) Int Cl.:

H01M 8/242 (2016.01)

H01M 8/0286 (2016.01)H01M 8/0271 (2016.01)

(30)Unionspriorität:

2018-079571

18.04.2018JP

(71)Anmelder:

TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA, Toyota-shi, Aichi-ken, JP (74)Vertreter:

KUHNEN & WACKER Patent- und

Rechtsanwaltsbüro PartG mbB, 85354 Freising,DE (72)Erfinder:

Kurihara, Takuya, Toyota-shi, Aichi-ken, JP;Nonoyama, Nobuaki, Toyota-shi, Aichi-ken, JP;Sato, Kenji, Toyota-shi, Aichi-ken, JP; Okada,Sachio, Toyota-shi, Aichi-ken, JP

Prüfungsantrag gemäß § 44 PatG ist gestellt.

Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen.

(54)Bezeichnung: BRENNSTOFFZELLE UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN DER BRENNSTOFFZELLE

(57) Zusammenfassung: Gestapelte Einheitszellen 100 ei-ner Brennstoffzelle weisen jeweils eine Membranelektroden-anordnung 10, ein Paar von Gasseparatoren 40 und 50 und einen ersten Dichtungsabschnitt 26, der zwischen dem Paar von Gasseparatoren vorgesehen ist, auf. Die Brennstoffzelle weist ferner einen zweiten Dichtungsabschnitt, der zwischen benachbarten der Einheitszellen vorgesehen ist, einen ers-ten Verteiler, in dem Reaktionsgas strömt, und einen zweiten Verteiler, in dem ein Kühlmittel strömt, auf. Ein Dichtungs-abschnitt aus dem ersten Dichtungsabschnitt und dem zwei-ten Dichtungsabschnitt ist ein Klebedichtungsabschnitt, und der andere Dichtungsabschnitt aus dem ersten Dichtungs-abschnitt und dem zweiten Dichtungsabschnitt ist aus einer Dichtung ausgebildet. Der Klebedichtungsabschnitt und die Dichtung sind entlang des Außenumfangs des Verteilers in der Brennstoffzelle in einer Stapelrichtung betrachtet vorge-sehen. Die Dichtung und der Klebedichtungsabschnitt sind in dieser Reihenfolge ausgehend von einer Seite näher an dem Verteiler angeordnet.

DE 10 2019 108 375 A1 2019.10.24

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Beschreibung Hintergrund Gebiet

[0001] Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzelle.

Zugehöriger Stand der Technik

[0002] Brennstoffzellen werden im Allgemeinen durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen her-gestellt, die jeweils durch dazwischen Aufnehmen ei-nes Elements, einschließlich einer Membranelektro-denanordnung, mit bzw. zwischen einem Paar von Gasseparatoren vorbereitet werden. Die Membran-elektrodenanordnung weist eine Elektrolytmembran mit einer Oberfläche auf, auf der eine Elektrode aus-gebildet ist. Ein herkömmliches Verfahren zum Her-stellen einer solchen Brennstoffzelle, das vorgeschla-gen wurde, umfasst das Erwärmen und Aushärten des gesamten Dichtungselements, das zwischen ei-nem Paar von Gasseparatoren vorgesehen ist, die eine Membranelektrodenanordnung dazwischen auf-nehmen, um eine Dichtungsleistung für das Innere der Einheitszelle sicherzustellen (siehe z.B. Patentli-teratur 1).

[0003] Patentliteratur 1: JP 2014-238997 A [0004] Diese Konfiguration, bei der das Innere der Einheitszelle durch Erwärmen und Aushärten des zwischen den Gasseparatoren vorgesehenen Dich-tungselements abgedichtet wird, wie vorstehend be-schrieben, erfordert jedoch eine lange Zeitspanne für die Aushärtung. Es besteht daher die Forderung nach einer hohen Effizienz des Herstellungsprozes-ses, das heißt, nach einer höheren Produktivität. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben ein Ver-fahren zum Verbinden bzw. Verkleben eines zwi-schen Gasseparatoren vorgesehenen Dichtungsele-ments und der Gasseparatoren aneinander durch Heißpressen untersucht, um die Produktivität eines Prozesses zum Bereitstellen des Dichtungselements zwischen den Gasseparatoren zu verbessern. Infol-gedessen haben die Erfinder ein Problem in einer Dichtungsstruktur für einen Verteiler und einen Fluid-strömungspfad in oder zwischen den mit einem sol-chen Verfahren ausgebildeten Einheitszellen festge-stellt. Insbesondere nehmen das Dichtungselement und die Gasseparatoren, welche miteinander verbun-den wurden, durch den Druck eines in dem Vertei-ler strömenden Fluids eine Lösekraft auf, was zu ei-ner unzureichenden Haltbarkeit der Dichtung führen kann.

Kurzfassung

[0005] Die vorliegende Offenbarung dient der Lö-sung der vorstehend beschriebenen Probleme und kann mit den folgenden Aspekten implementiert wer-den.

[0006] (1) Ein Aspekt der vorliegenden Offenba-rung stellt eine Brennstoffzelle bereit, die eine Mehr-zahl von gestapelten Einheitszellen aufweist. Die Ein-heitszellen weisen jeweils auf: eine Membranelek-trodenanordnung mit einer Elektrolytmembran, auf deren beiden Oberflächen Elektroden ausgebildet sind; ein Paar Gasseparatoren, die einen Gassepa-rator, der auf der Seite einer ersten Oberfläche der Membranelektrodenanordnung vorgesehen ist, und einen Gasseparator, der auf der Seite einer zweiten Oberfläche der Membranelektrodenanordnung vor-gesehen ist, umfassen; und einen ersten Dichtungs-abschnitt, der außerhalb eines Außenumfangs der Membranelektrodenanordnung zwischen dem Paar von Gasseparatoren vorgesehen ist. Die Brennstoff-zelle weist ferner auf: einen zweiten Dichtungsab-schnitt, der zwischen benachbarten der Einheitszel-len vorgesehen ist; einen ersten Verteiler, in dem Re-aktionsgas strömt, wobei der erste Verteiler durch die Brennstoffzelle in einer Stapelrichtung der Einheits-zellen ausgebildet ist und mit einem zelleninternen Gasströmungspfad in Verbindung steht, durch den das Reaktionsgas zwischen der Membranelektroden-anordnung und dem Gasseparator strömt; und einen zweiten Verteiler, in dem ein Kühlmittel strömt, wobei der zweite Verteiler durch die Brennstoffzelle in der Stapelrichtung der Einheitszellen ausgebildet ist und mit einem Zwischenzellen-Kühlmittelströmungspfad verbunden ist, in dem das Kühlmittel zwischen be-nachbarten der Einheitszellen strömt. Ein Abschnitt aus dem ersten Dichtungsabschnitt und dem zwei-ten Dichtungsabschnitt umfasst Klebedichtungsab-schnitte, die an den beiden Gasseparatoren in Kon-takt mit dem einen Abschnitt aus dem ersten Dich-tungsabschnitt und dem zweiten Dichtungsabschnitt haften, und ein anderer Abschnitt aus dem ersten Dichtungsabschnitt und dem zweiten Dichtungsab-schnitt umfasst Dichtungen, und eine der Dichtungen und einer der Klebedichtungsabschnitte sind in die-ser Reihenfolge ausgehend von einer Seite näher an dem ersten Verteiler und/oder dem zweiten Verteiler angeordnet, wenn die Brennstoffzelle in der Stapel-richtung betrachtet wird, wobei die eine der Dichtun-gen und der eine der Klebedichtungsabschnitte ent-lang eines Außenumfangs des ersten Verteilers und/oder des zweiten Verteilers vorgesehen sind.[0007] Bei der Brennstoffzelle gemäß diesem As-pekt kann mit der Dichtung, die näher am Verteiler als der Klebedichtungsabschnitt vorgesehen ist, das Ab-lösen des Klebedichtungsabschnitts verhindert und die Haltbarkeit der Abdichtung in der Brennstoffzel-le verbessert werden. Darüber hinaus kann mit dem