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Patent Searching and Data


Title:
FUEL CELL STRUCTURE, FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/182364
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fuel cell structure having a membrane electrode arrangement (1), which comprises a membrane (2) and a first electrode (3), which is arranged on a first side (4) of the membrane (2), and which is associated with a first gas diffusion layer (7), and having a frame (11), wherein there is a bonding layer (10) on an edge region (9) of the membrane electrode arrangement (1) connecting the membrane electrode arrangement (1) to the frame (11) at least in regions. The bonding layer (10) penetrates the first electrode (3) and the membrane (2) is directly connected to the frame (11) due to said penetration. The invention further relates to a fuel cell system and to a fuel cell vehicle comprising such a fuel cell structure.

Inventors:
RIEDE NICO (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/052214
Publication Date:
September 17, 2020
Filing Date:
January 30, 2020
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
International Classes:
H01M8/0273; H01M8/0271; H01M8/1004; H01M8/242; H01M8/1018
Domestic Patent References:
WO2018217586A12018-11-29
WO2010080450A12010-07-15
Foreign References:
DE102016212912A12017-01-19
US20060127738A12006-06-15
EP1018177A12000-07-12
US20140004442A12014-01-02
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Claims:
ANSPRÜCHE:

1. Brennstoffzellenaufbau mit einer Membranelektrodenanordnung (1 ), wel che eine Membran (2) und eine erste Elektrode (3) umfasst, die an einer ersten Seite (4) der Membran (2) angeordnet ist und der eine erste Gas diffusionslage (7) zugeordnet ist, sowie mit einem Rahmen (11 ), wobei an einem Randbereich (9) der Membranelektrodenanordnung (1 ) eine die Membranelektrodenanordnung (1 ) mit dem Rahmen (11 ) zumindest be reichsweise unmittelbar verbindende Haftschicht (10) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (10) die erste Elektrode (3) durchdringt, und dass die Membran (2) aufgrund dieser Durchdringung unmittelbar mit dem Rahmen (11 ) verbunden ist.

2. Brennstoffzellenaufbau nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (3) eine Porosität aufweist, die derart gewählt ist, dass die Haftschicht (10) die erste Elektrode (3) teilweise oder vollständig durchdringt, um den Rahmen (11 ) mit der Membran (2) zu verbinden.

3. Brennstoffzellenaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Haftschicht (10) eine Viskosität aufweist, die derart gewählt ist, dass diese die erste Elektrode (3) teilweise oder vollständig durch dringt, um den Rahmen (11 ) mit der Membran (2) zu verbinden.

4. Brennstoffzellenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Haftschicht (10) eine Oberflächenenergie und/oder einer Oberflächenspannung aufweist, die derart gewählt ist, dass diese die erste Elektrode (3) teilweise oder vollständig durchdringt, um den Rahmen (11 ) mit der Membran (2) zu verbinden.

5. Brennstoffzellenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Membranelektrodenanordnung (1 ) eine zweite Elektrode (5) umfasst, die auf einer der erste Seite (4) gegenüberliegen- den zweiten Seite (6) angeordnet ist, dass der zweiten Elektrode (5) eine zweite Gasdiffusionslage (8) zugeordnet ist, und dass die Haftschicht (10) einen die Membran (2) der Membranelektrodenanordnung (1 ) an dem Randbereich (9) mit dem Rahmen (1 1 ) verbindenden ersten Haftschicht- abschnitt (16) und einen die Membran (2) der Membranelektrodenanord nung (1 ) an dem Randbereich (9) mit der zweiten Gasdiffusionslage (9) verbindenden zweiten Haftschichtabschnitt (17) aufweist.

6. Brennstoffzellenaufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) und die Elektroden (3, 5) in lateraler Ausdehnung mit ei- nem identischen Flächeninhalt gebildet sind.

7. Brennstoffzellenaufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1 1 ) eine Aussparung (12) mit einem Strömungsquerschnitt (13) aufweist, dessen Flächeninhalt geringer als der laterale Flächeninhalt der Membran (2) ist.

8. Brennstoffzellenaufbau nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass eine die erste Gasdiffusionslage (7) umfangsseitig abdichtende erste Dichtungslage (22) dem Rahmen (1 1 ) auf einer ersten Rahmenseite (23) zugeordnet ist und eine die zweite Gasdiffusionslage (8) und die Membran (2) umfangsseitig abdichtende zweite Dichtungslage (24) dem Rahmen (1 1 ) auf einer der ersten Rahmenseite (23) gegenüber liegenden zweiten Rahmenseite (25) zugeordnet ist.

9. Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Brennstoffzellenfahzeug mit einem Brennstoffzellensystem umfassend einen Brennstoffzellenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

Description:
Brennstoffzellenaufbau, Brennstoffzellensystem

und Brennstoffzellenfahrzeug

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenaufbau mit einer Membranelekt rodenanordnung, welche eine Membran und eine erste Elektrode umfasst, die an einer ersten Seite der Membran angeordnet ist und der eine erste Gasdiffusionslage zugeordnet ist, sowie mit einem Rahmen, welcher vor- zugsweise zwischen der ersten Elektrode und der ersten Gasdiffusionslage angeordnet ist, wobei an einem Randbereich der Membranelektrodenanord nung eine die Membranelektrodenanordnung mit dem Rahmen zumindest bereichsweise unmittelbar verbindende Haftschicht vorhanden ist. Die Erfin dung betrifft außerdem ein Brennstoffzellensystem und ein Brennstoffzellen- fahrzeug mit einem oder mit mehreren solcher Brennstoffzellenaufbauten.

Ein derartiger Brennstoffzellenaufbau ist aus einer nicht vorveröffentlichen Anmeldung der Anmelderin bekannt, welcher sich gut bewährt hat und der für seine Herstellung nur einen geringen Materialeinsatz bei gleichzeitig ho- her Stabilität vorweist.

Ein weiterer Brennstoffzellenaufbau ist der WO 2018 / 217 586 A1 zu ent nehmen, bei dem eine Klebeschicht die Bipolarplatte mit der Elektrode einer Membranelektrodenanordnung verbindet. In der WO 2010 / 080 450 A1 und der US 2014 / 0 004 442 A1 sind Brennstoffzellenaufbauten beschrieben, die sich mit der Fixierung und Abdichtung der Membranelektrodenanordnung beschäftigen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Brennstoffzellenaufbau anzugeben. Zudem ist es die Aufgabe der vorliegen den Erfindung, ein verbessertes Brennstoffzellensystem und ein verbesser tes Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Brennstoffzellen aufbau gemäß dem Merkmalsbestand des Anspruchs 1 , durch ein Brenn stoffzellensystem mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 9 und durch ein Brennstoffzellenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vor teilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenaufbau zeichnet sich dabei insbe sondere dadurch aus, dass die Haftschicht die erste Elektrode teilweise, vor zugsweise aber vollständig durchdringt, und dass die Membran aufgrund dieser Durchdringung unmittelbar mit dem Rahmen verbunden ist.

Dies gewährleistet einerseits, dass die Elektrode mechanisch stabiler mit dem Rahmen verbunden ist, da die Haftschicht die Elektrode teilweise, vor zugsweise aber vollständig durchdringt. Andererseits wird aber durch die Durchdringung der Elektrode mit dem Material der Haftschicht zusätzlich ei ne sichere Fixierung der Membran an den Rahmen gewährleistet, was zu einer gesteigerten Stabilisierung des Brennstoffzellenaufbaus beiträgt. Bei des führt zudem zu einer noch besseren Fixierung der Elektrode an die Membran.

Das Material der Haftschicht oder des Klebstoffes ist vorzugsweise aus ei nem Polymer gebildet. Damit ergibt sich eine geeignete Kontaktierung der Membran mit der Haftschicht, denn dann liegt eine Verbindung eines Poly mers mit einem - ggfs weiteren - Polymer vor, womit ein verstärkter adhäsi ver Effekt einhergeht. Wenn der Rahmen ebenfalls aus einem Polymer ge bildet ist, so ergibt sich auch hierdurch eine geeignete Kontaktierung der Haftschicht mit dem Rahmen. Auch hier liegt dann eine Verbindung eines Polymers mit einem - ggfs weiteren - Polymer vor, womit ein verstärkter adhäsiver Effekt einhergeht. Bei der Erfindung ist insbesondere genau ein Rahmen zwischen der ersten Elektrode und der ersten Gasdiffusionslage angeordnet, wobei die Haft schicht die Membranelektrodenanordnung in einem Randbereich lateral zu mindest zum Teil umschließt. Der genau eine Rahmen reduziert das für den Brennstoffzellenaufbau benötigte Material und die für den Brennstoffzellen aufbau benötigten Lagen, so dass die Herstellung vereinfacht wird. Gleich zeitig ermöglicht die Haftschicht ein stabiles Verbinden der Membran der Membranelektrodenanordnung mit dem Rahmen, wobei die Materialmenge ebenfalls dadurch reduziert wird, dass sie lediglich in einem Randbereich der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist.

Unter dem Randbereich der Membranelektrodenanordnung wird ein die Membranelektrodenanordnung außenumfangsseitig umgebender, zumindest die erste Elektrode durchdringender, mit einem sich parallel zur Stapelrich tung und sich teilweise orthogonal zur Stapelrichtung erstreckender Bereich verstanden. Die Erstreckung des Randbereichs orthogonal zur Stapelrich tung entspricht dabei jeweils weniger als 30 Prozent, vorzugsweise weniger als 20 Prozent, weiterhin vorzugsweise weniger als 10 Prozent und ganz be sonders bevorzugt weniger als 5 Prozent der lateralen Gesamterstreckung der Membranelektrodenanordnung.

Der Querschnitt der Haftschicht ist dabei vorzugsweise U-förmig oder C- förmig gebildet. Dadurch dient die Haftschicht sowohl als zusätzliche laterale Schutzschicht, als auch der Isolierung und/oder Abdichtung der Membra nelektrodenanordnung. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Quer schnitt der Haftschicht auch L-förmig gebildet sein.

Insbesondere ist es sinnvoll, dass die Membranelektrodenanordnung eine zweite Elektrode umfasst, die auf einer der erste Seite gegenüberliegenden zweiten Seite angeordnet ist, wobei der zweiten Elektrode vorzugsweise eine zweite Gasdiffusionslage zugeordnet ist. Die Haftschicht kann in dieser Wei tergestaltung auch ausgebildet sein, die zweite Elektrode zu durchdringen und damit die Membran der Membranelektrodenanordnung unmittelbar zu kontaktieren.

Die Durchdringung der Elektroden mit dem Material der Haftschicht lässt sich auf eine vorteilhafte Weise dadurch realisieren, dass die erste Elektrode eine Porosität aufweist, die derart gewählt ist, dass die Haftschicht die erste Elekt rode teilweise, vorzugsweise vollständig durchdringt, um den Rahmen mit der Membran zu verbinden. Die Porosität/Oberflächenenergie (oder im All gemeinen: die Beschaffenheit) der Elektrode und das Fließverhalten (Visko sität, etc.) des Klebstoffs sind dabei aufeinander abgestimmt.

Alternativ oder ergänzend kann die Haftschicht auch eine Viskosität aufwei sen, die derart gewählt ist, dass diese die erste Elektrode teilweise, vor zugsweise vollständig durchdringt, um den Rahmen mit der Membran zu verbinden. Auch hier ist eine geeignete Abstimmung der Einzelnen Kompo nenten aufeinander vorhanden, die zur gewünschten Haftverbindung führt. Damit kann auch bei einer geringen Porosität der Elektroden erreicht wer den, dass eine unmittelbare Kontaktierung der Haftschicht mit der Polymer elektrolytmembran erfolgt.

Zusätzlich oder alternativ kann die Haftschicht eine Oberflächenenergie und/oder einer Oberflächenspannung bezüglich des Elektrodenmaterials aufweisen, die derart gewählt ist, dass die erste und/oder die zweite Elektro de teilweise, vorzugsweise vollständig durchdrungen werden, um insbeson dere den Rahmen mit der Membran zu verbinden.

Zur Vereinfachung der Montage des Brennstoffzellenaufbaus hat es sich als sinnvoll erwiesen, wenn die die Membran umschließende Haftschicht einen die Membran der Membranelektrodenanordnung an dem Randbereich mit dem Rahmen verbindenden ersten Haftschichtabschnitt und einen die Mem bran der Membranelektrodenanordnung an dem Randbereich mit der zweiten Gasdiffusionslage verbindenden zweiten Haftschichtabschnitt aufweist. Zur weiteren Reduzierung des Herstellungaufwands ist es bevorzugt, dass die Membran und die Elektroden in lateraler Ausdehnung mit einem identi schen Flächeninhalt gebildet sind. Aufgrund der Auswahl geeigneter Ein heitsgrößen, lassen sich Rüstzeiten zur Umstellung von Stanzvorrichtung oder der Vorbereitung von Heißpressen reduzieren.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Rahmen eine Ausspa rung mit einem Strömungsquerschnitt aufweist, dessen Flächeninhalt gerin ger als der laterale Flächeninhalt ist. Dies verbessert das Strömungsverhal ten der Reaktanten der Brennstoffzelle.

Es ist vorteilhaft, wenn die erste Gasdiffusionslage auf ihrer der ersten Elek trode zugewandten Seite eine erste mikroporöse Lage aufweist und/oder die zweite Gasdiffusionslage auf ihrer der zweiten Elektrode zugewandten Seite eine zweite mikroporöse Lage aufweist. Die mikroporösen Lagen dienen der Verbesserung eines Kathoden- oder eines Brennstofftransports und erhöht die Leistung der Brennstoffzelle, indem der Wassergehalt der Membranelekt rodenanordnung erhöht wird. Die mikroporösen Lagen können dabei integra ler Bestandteil der jeweiligen Gasdiffusionslage sein. Sie können aber auch als getrenntes, separates Bauteil vorliegen.

Es ist zudem die Möglichkeit vorhanden, dass eine die erste Gasdiffusionsla ge umfangsseitig abdichtende erste Dichtungslage dem Rahmen auf einer ersten Rahmenseite zugeordnet ist und eine die zweite Gasdiffusionslage und die Membran umfangsseitig abdichtende zweite Dichtungslage dem Rahmen auf einer der ersten Rahmenseite gegenüberliegenden zweiten Rahmenseite zugeordnet ist. Dabei sind die Dichtungslagen bevorzugt als komprimierbare Dichtungslippen oder Dichtungslinien gebildet.

Um die umfangsseitige Abdichtung zu verbessern, sind die Dichtungslippen lateral jeweils mehrfach vorgesehen, insbesondere zweifach oder dreifach. Die Dichtungslippen der ersten Dichtungslage weisen dabei bevorzugt einen größeren Durchmesser auf als die Dichtungslippen der zweiten Dichtungsla ge. Dies ermöglicht, dass die Gasdiffusionslagen und die Membranelektro- denanordnung in lateraler Richtung flüssigkeits- und/oder gasdicht bzw.

fluiddicht abgedichtet sind.

Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenaufbau entfaltet seine Vorteile beim Einsatz in einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem. Die für den Brennstoffzellenaufbau beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausfüh rungsformen gelten dabei auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellen system, welches sich durch eine erhöhte Sicherheit und Stabilität auszeich net.

Die für den Brennstoffzellenaufbau beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten dabei auch für das erfindungsgemäße Brennstoff zellenfahrzeug. Es zeichnet sich durch eine größere Reichweite aus, denn Diffussionsverluste von Reaktanten, insbesondere von Brennstoff, treten beim Einsatz des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenaufbaus seltener auf als bisher.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmals kombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombina tionen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombi nationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Brennstoffzellenaufbaus. Fig. 1 zeigt einen Brennstoffzellenaufbau mit einer Membranelektrodenan ordnung 1 , welche eine semipermeable Membran 2 mit einer ersten Elektro de 3 auf ihrer ersten Seite 4 und mit einer zweite Elektrode 5 auf ihrer der ersten Seite 4 gegenüberliegenden zweiten Seite 6 umfasst. Die erste Elek trode 3 ist dabei vorzugsweise als eine Anode gebildet und die zweite Elekt rode 5 ist vorzugsweise als eine Kathode gebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die erste Elektrode 3 die Kathode und die zweite Elektrode 5 die Anode der Membranelektrodenanordnung 1 bildet. Die Membran 2 ist vorzugsweise auf der ersten Seite 4 und auf der zweiten Seite 6 mit einer Katalysatorschicht aus Edelmetallen oder Gemischen umfassend Edelmetal le wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der Brennstoffzelle dienen. Die jeweilige Katalysatorschicht ist dabei integraler Bestandteil der entsprechen den Elektrode 3, 5 oder bildet diese selbst aus.

In einer derartigen Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM- Brennstoffzelle) werden an der ersten Elektrode 3 (Anode) Brennstoff oder Brennstoffmoleküle, insbesondere Wasserstoff, in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran 2 lässt die Protonen (z.B. H + ) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e ). Die Membran 2 ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder ei nem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Die Membran 2 kann alternativ auch als eine sulfonierte Flydrocarbon-Membran gebildet sein. An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H 2 - 4 FT + 4e (Oxidation/Elektronenabgabe).

Während die Protonen durch die Membran 2 zur zweiten Elektrode 5 (Katho de) hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet. An der Kathode ist ein Kathodengas, insbesondere Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft, bereitgestellt, so dass hier die folgende Reaktion stattfindet: 0 2 + 4H + + 4e -> 2H 2 0 (Reduktion/Elektronenaufnahme). Der ersten Elektrode 3 ist eine erste Gasdiffusionslage 7 zugeordnet und der zweiten Elektrode 5 ist eine zweite Gasdiffusionslage 8 zugeordnet. Die Gasdiffusionslagen sind bevorzugt aus Kohlenstoff-Faser-Papier (CFP=, Carbon Fiber Paper“) gebildet. Einheitliche Abmessungen halten den Fertigungsaufwand für die Einzelbestandteile des Brennstoffzellenaufbaus 1 so gering wie möglich. Deshalb weist die Membran 2 in lateraler Ausdehnung einen (Querschnitts-)Flächeninhalt auf, der demjenigen der Elektroden 3, 5 entspricht.

Zur Verbesserung einer Fluid- oder Gasströmung innerhalb des Brennstoff zellenaufbaus und zur Erhöhung eines Wassergehalts in der Membran ist der ersten Gasdiffusionslage 7 auf ihrer der ersten Elektrode 3 zugewandten Seite eine erste mikroporöse Lage 20 zugeordnet. Ebenso ist der zweiten Gasdiffusionslage 8 an ihrer der zweiten Elektrode 5 zugewandten Seite eine zweite mikroporöse Lage 21 zugeordnet. Die lateralen Abmessungen der mikroporösen Lagen 20, 21 entsprechen dabei im Wesentlichen den latera len Abmessungen der jeweiligen Gasdiffusionslage 7, 8.

Um die Stabilität des Brennstoffzellenaufbaus zu vergrößern, ist zwischen der ersten Elektrode 3 und der ersten Gasdiffusionslage 7 ein Rahmen 11 mit einer Aussparung 12 angeordnet. Ein aktiver Bereich 14 der Membran elektrodenanordnung 1 kann dabei mittels eines durch die Aussparung 12 vorgegebenen Strömungsquerschnitts 13 vorgegeben sein.

Gleichzeitig weist der Strömungsquerschnitt 13 der Aussparung 12 einen geringeren Flächeninhalt auf als der Flächeninhalt eines Strömungsquer schnitts 15 der zweiten Gasdiffusionslage 8. Der Strömungsquerschnitt 33 der ersten Gasdiffusionslage 7 entspricht im Wesentlichen dem Strömungs querschnitt 15 oder dem orthogonal zur Stapelrichtung orientierten Quer schnitt der zweiten Gasdiffusionslage 8.

Die Membranelektrodenanordnung 1 weist außenumfangsseitig einen Rand bereich 9 auf. Unter dem Randbereich 9 der Membranelektrodenanordnung 1 wird ein die Membranelektrodenanordnung 1 außenumfangsseitig umge- bender, sich parallel und zum Teil orthogonal zur Stapelrichtung erstrecken der Bereich der Membranelektrodenanordnung 1 verstanden.

Für eine feste Verbindung des Rahmens 11 mit der Membranelektrodenano rdnung 1 ist eine Haftschicht 10 vorhanden. Die Haftschicht 10 verbindet den Rahmen 11 erfindungsgemäß unmittelbar mit der Membran 2 der Membra nelektrodenanordnung. Dabei ist die erste Elektrode 3 vom Material der Haftschicht 10 vollständig durchdrungen, wozu sie vorzugsweise eine geeig nete Porosität aufweist. In gleicher Weise kann die Membran 2 der Membra nelektrodenanordnung 1 im Randbereich 9 zusätzlich mit der zweiten Gasdif fusionslage 8 mittels der Haftschicht 10 unmittelbar verbunden sein, wobei auch hier die zweite Elektrode 5 mit geeigeneter Porosität versehen und vom Material der Haftschicht 10 vollständig durchdrungen ist.

Vorliegend umschließt die Haftschicht 10 die Membran der Membranelek trodenanordnung 1 in dem Randbereich 9 lateral, das heißt außenumfangs seitig; insbesondere vollständig. Die Haftschicht 10 weist dabei einen U- förmigen oder C-förmigen Querschnitt auf und ist aus einem ersten Haft schichtabschnitt 16 und einem zweiten Haftschichtabschnitt 17 gebildet. Der erste Haftschichtabschnitt 16 verbindet - durch die erste Elektrode 3 hin durch - die Membran 2 in einem Randbereich 9 der Membranelektroden anordnung 1 mit einem nahe der Aussparung 12 vorhandenen Innenrandbe reich 18 des Rahmens 11. Der Innenrandbereich 18 des Rahmens 11 ist da bei als ein innenumfangsseitig sich zum Teil nach außen erstreckender Teil bereich des Rahmens 11 gebildet. Der zweite Haftschichtabschnitt 17 ver bindet die zweite Gasdiffusionslage 8 - durch die zweite Elektrode 5 hin durch - mit der Membran 2 im Randbereich 9 der Membranelektrodenanord nung 1. Darüber hinaus ist eine zweite Haftschicht 19 vorhanden, die den Innenrandbereich 18 des Rahmens 11 mit der ersten Gasdiffusionslage 7 verbindet. Bei der Montage des Brennstoffzellenaufbaus verschmelzen die beiden Haftschichtabschnitte 16 und 17 zu einer gemeinsamen Haftschicht 10 mit einem monolithischen Aufbau. Zur Zuführung von Brennstoff an die erste Elektrode 3 ist anodenseitig eine an die erste Gasdiffusionslage 7 angelegte oder dieser zugeordnete sowie ein Anodengasflussfeld 28 bereitstellende erste Bipolarplatte 27 vorhanden. Weiterhin ist der kathodenseitigen, zweiten Gasdiffusionslage 8 eine zweite Bipolarplatte 29 zur Zuführung des Kathodengases zugeordnet, die über ein Kathodengasflussfeld 30 verfügt. Mittels des Kathodengasflussfeldes 30 wird das Kathodengas durch die zweite Gasdiffusionslage 8 hindurch der zweiten Elektrode 5 zugeführt.

Die laterale Erstreckung, d.h. die Erstreckung senkrecht zur Stapelrichtung, der Bipolarplatten 27, 28 ist größer als die der Gasdiffusionslagen 7, 8 und entspricht im Wesentlichen der des Rahmens 11. Zwischen einer ersten Rahmenseite 23 des Rahmens 11 und der ersten Bipolarplatte 27 ist eine die erste Gasdiffusionslage 7 umfangsseitig abdichtende erste Dichtungslage 22 angeordnet. Zwischen einer zweiten Rahmenseite 25 des Rahmens und der zweiten Bipolarplatte 28 ist eine zweite Dichtungslage 24 vorgesehen. Die Dichtungslagen 22, 24 sind dabei als komprimierbare Dichtungslippen gebil det, die lateral jeweils mehrfach vorgesehen sind. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel sind lateral jeweils drei Dichtungslippen vorgesehen, die um fangsseitig um die erste Gasdiffusionslage 7 und die zweite Gasdiffusionsla ge 8 angeordnet sind. Die erste Dichtungslage 22 und die zweite Dichtungs lage 24 weisen also jeweils insgesamt sechs der Dichtungslippen auf. Eine andere Anzahl ist möglich. Dabei weisen die Dichtungslippen der ersten Dichtungslage 22 einen größeren Durchmesser auf als die Dichtungslippen der zweiten Dichtungslage 26.

Weiterhin sind lateral zur Membranelektrodenanordnung 1 jeweils ein sich in Stapelrichtung durch die erste Bipolarplatte 27, die zweite Bipolarplatte 29 und den Rahmen 11 erstreckender erster Kanal 31 zur Zuführung des Brennstoffes vorgesehen und ein zweiter Kanal 32 zur Zuführung des Katho dengases zum Brennstoffzellenaufbau. Die Kanäle 31 , 32 sind dabei derart innerhalb des Brennstoffzellenaufbaus angeordnet, dass auf der zu den Gasdiffusionslagen 7, 8 zugewandten Seite jeweils zwei Dichtungslippen der ersten Dichtungslage 22 und jeweils zwei Dichtungslippen der zweiten Dich- tungslage 24 innerhalb angeordnet sind und auf der dazu gegenüberliegen den Seite jeweils eine Dichtungslippe der ersten Dichtungslage 22 und eine Dichtungslippe der zweiten Dichtungslage 24 außerhalb angeordnet sind. Aufgrund der Durchdringung der Elektroden 3 5 mit dem Material der Haft schicht 10 ergibt sich eine geeignete Paarung an Kontaktpartnern, da sowohl die Membran 2 als auch die Haftschicht 10 aus einem Polymer bestehen, was zu einer verbesserten adhäsiven Verbindung führt. Da auch der Rah men 11 aus einem Polymer gebildet sein kann, ist auch an der Kontaktfläche des Rahmens 11 mit der Haftschicht 10 ein solcher verstärkter adhäsiver Effekt zu verzeichnen. Dies führt insgesamt zu einem noch stabileren Brenn stoffzellenaufbau, der zugleich eine verbesserte Abdichtung aufweist.

BEZUGSZEICHENLISTE:

Membranelektrodenanordnung

Membran

erste Elektrode

erste Seite (Membran)

zweite Elektrode

zweite Seite (Membran)

erste Gasdiffusionslage

zweite Gasdiffusionslage

Randbereich (Membranelektrodenanordnung)

Haftschicht

Rahmen

Aussparung

Strömungsquerschnitt (Aussparung)

aktiver Bereich (Membranelektrodenanordnung)

Strömungsquerschnitt (zweite Gasdiffusionslage) erster Haftschichtabschnitt

zweite Haftschichtabschnitt

Innenrandbereich des Rahmens

zweite Haftschicht

erste mikroporöse Lage

zweite mikroporöse Lage

erste Dichtungslage

erste Rahmenseite

zweite Dichtungslage

zweite Rahmenseite

erste Bipolarplatte

Anodengasflussfeld

zweite Bipolarplatte

Kathodengasflussfeld

erster Kanal

zweiter Kanal

Strömungsquerschnitt (erste Gasdiffusionslage)