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Dokumentenidentifikation DE112005002013T5 16.08.2007
Titel Randspannungsentlastung in Diffusionsmedien
Anmelder General Motors Corp., Detroit, Mich., US
Erfinder Lai, Yeh-Hung, Webster, N.Y., US;
Rocki, Jeffrey A., Fairport, N.Y., US;
Sompalli, Bhaskar, Rochester, N.Y., US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Aktenzeichen 112005002013
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 09.06.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/US2005/020161
WO-Veröffentlichungsnummer 2006025907
WO-Veröffentlichungsdatum 09.03.2006
Date of publication of WO application in German translation 16.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.08.2007
IPC-Hauptklasse H01M 2/02(2006.01)A, F, I, 20050609, B, H, DE

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft PEM-Brennstoffzellen und insbesondere ein Diffusionsmedium für eine Brennstoffzelle.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Brennstoffzellen sind bei vielen Anwendungen als eine Energiequelle verwendet worden. Beispielsweise sind Brennstoffzellen zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugantriebsanlagen als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen vom Typ mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle geliefert und Sauerstoff als das Oxidationsmittel an die Kathode geliefert. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer dünnen protonendurchlässigen, nicht elektrisch leitenden Festpolymerelektrolytmembran, die an dem Abschnitt des aktiven Bereiches einer Seite den Anodenkatalysator aufweist und an dem Abschnitt des aktiven Bereiches der entgegengesetzten Seite den Kathodenkatalysator aufweist. Die MEA ist schichtartig zwischen einem Paar nicht poröser, elektrisch leitender Elemente oder Bipolarplatten angeordnet, die als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen und geeignete Kanäle und/oder Öffnungen enthalten, die darin ausgebildet sind, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren zu verteilen.

Die elektrisch leitenden Bipolarplatten, die die MEAs schichtartig anordnen, können eine Gruppierung aus Nuten in ihren Seiten enthalten, die ein Reaktandenströmungsfeld zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle (d.h. Wasserstoff und Sauerstoff in der Form von Luft) über die Oberflächen der jeweiligen Kathode und Anode definieren. Diese Reaktandenströmungsfelder umfassen allgemein eine Vielzahl von Stegen, die eine Vielzahl von Strömungskanälen dazwischen definieren, durch die die gasförmigen Reaktanden von einer Versorgungssammelleitung an einem Ende der Strömungskanäle zu einer Austragssammelleitung an dem entgegengesetzten Ende der Strömungskanäle strömen.

Die Abschnitte der MEA-Seiten über den aktiven Bereich hinaus werden typischerweise als Abdichtungsflächen verwendet. An diesen Rändern des Membranelektrolyten sind Hauptdichtungen oder -versiegelungen angeordnet, die die Bipolarplatten um den Umfang herum einrahmen, wodurch verhindert wird, dass der Membranelektrolyt mit den Platten in Kontakt tritt. Zusätzlich sind auch dünne polymere Filmdichtungen zwischen dem Membranelektrolyt und dem Diffusionsmedium der Brennstoffzelle verwendet worden. Aufgrund signifikant höherer Kompressions- und Scherspannungen an dem Membranelektrolyt an den Dichtungsgrenzflächen während des Stapelbauprozesses kann die empfindliche Membran vorzeitig ausfallen. Somit besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Herstellung dieser Elemente.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht ein Diffusionsmedium zur Verwendung in einer PEM-Brennstoffzelle vor, die ein entlastetes Randgebiet relativ zu dem Innengebiet des Diffusionsmediums enthält. Vor dem Bau und der Kompression eines Brennstoffzellenstapels wird der Außenumfang oder Abschnitt des Diffusionsmediums, der mit einer abdichtenden Dichtung eine Schnittstelle bildet, mit einem Presswerkzeug vorkomprimiert. Das vorkomprimierte Diffusionsmedium verringert die Kompressionsspannung auf die MEA an der Dichtungsschnittstelle, wodurch eine gleichförmigere Kompression über die gesamten MEA-Oberflächen während des Baus, der Kompression wie auch des späteren Betriebs eines Brennstoffzellenstapels ermöglicht wird.

Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellendiffusionsmedium offenbart, das einen ersten Abschnitt mit einer ersten Dicke und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dicke aufweist, wobei die erste Dicke kleiner als die zweite Dicke ist. Der erste Abschnitt ist derart ausgebildet, dass er mit einer Dichtung in Eingriff steht, die eine Tennschicht zwischen dem ersten Abschnitt und einer Membranelektrodenanordnung vorsieht, wenn sie in einer Brennstoffzelle komprimiert werden.

Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffzelle offenbart. Die Brennstoffzelle umfasst eine Separatorplatte, eine MEA und ein Diffusionsmedium, das zwischen der Separatorplatte und der MEA angeordnet ist. Das Diffusionsmedium besitzt eine Hauptseite mit einem Innengebiet und einem Außengebiet. Die Hauptseite liegt neben einer ersten Reaktandenseite der MEA und definiert eine erste Schnittstelle zwischen einem Randgebiet des Diffusionsmediums beabstandet von einem MEA-Randgebiet. Eine Dichtung ist zwischen dem MEA-Randgebiet und dem Randgebiet des Diffusionsmediums angeordnet, um eine zweite Schnittstelle dazwischen zu definieren. Die Dichtung wirkt mit dem Randgebiet des Diffusionsmediums zusammen, so dass ein Kompressionsdruck, der an der ersten Schnittstelle gemessen wird, größer als oder gleich zwei Dritteln eines Kompressionsdruckes ist, der an der zweiten Schnittstelle gemessen wird, wenn die MEA und die Dichtung zwischen der Separatorplatte und dem Diffusionsmedium komprimiert sind.

Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe für eine Brennstoffzelle offenbart. Die Baugruppe umfasst ein Diffusionsmedium und eine Dichtung, wobei die Dichtung dazu dient, eine Trennschicht zwischen dem Diffusionsmedium und einer MEA zu bilden. Das Verfahren umfasst, dass: (1) eine Kraft auf einen Abschnitt des Diffusionsmediums aufgebracht wird, wodurch der Abschnitt des Diffusionsmediums komprimiert und dauerhaft verformt wird; (2) die Kraft von dem Abschnitt des Diffusionsmediums entfernt wird; und (3) die Dichtung an dem Diffusionsmedium angebracht wird.

Bei einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels offenbart, der eine Vielzahl von Brennstoffzellen aufweist, die aufeinandergestapelt und aneinander komprimiert sind. Die Brennstoffzellen umfassen ein Diffusionsmedium, eine MEA, eine Dichtung, die dazu dient, eine Trennschicht zwischen den Rändern des Diffusionsmediums und der MEA vorzusehen, und ein leitendes Elektrodenelement. Das Verfahren umfasst, dass: (1) eine Kompressionskraft auf einen Abschnitt des Diffusionsmediums aufgebracht wird, bevor das Diffusionsmedium mit der Kompression der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel komprimiert wird; (2) die Kompressionskraft entfernt wird; (3) die Brennstoffzellen in einer gewünschten Orientierung angeordnet werden; und (4) die Brennstoffzellen aneinander komprimiert werden, um den Brennstoffzellenstapel zu bilden.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:

1A eine Teilschnittansicht einer Brennstoffzellenanordnung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist;

1B ein Schaubild des Kontaktdruckes entlang der Breite der Schnittstelle zwischen MEA/Diffusionsmedium einer Brennstoffzellenanordnung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist;

2 eine Schnittansicht eines Presswerkzeuges, das ein Diffusionsmedium komprimiert, gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist;

3A3D Schnittansichten bevorzugter Konfigurationen der vorliegenden Erfindung sind;

4A eine Teilschnittansicht einer Brennstoffzellenanordnung nach dem Stand der Technik ist; und

4B ein Schaubild des Kontaktdruckes entlang der Breite der Schnittstelle zwischen MEA/Diffusionsmedium einer Brennstoffzellenanordnung nach dem Stand der Technik ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.

Brennstoffzellenstapel umfassen typischerweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen, die aufeinandergestapelt sind und in Bezug zueinander unter Kompression gehalten werden. Die Vielzahl gestapelter Brennstoffzellen bildet eine Brennstoffzellenanordnung, die komprimiert wird, um die Vielzahl von Brennstoffzellen in einer komprimierten Beziehung zu halten. 4 zeigt eine Teilschnittansicht einer Brennstoffzellenanordnung 110 nach dem Stand der Technik, die eine erste Bipolarplatte 112 und eine zweite Bipolarplatte 114 aufweist. Die Bipolarplatten 112, 114 werden hier auch als elektrisch leitende Elektroden bezeichnet. Ein Diffusionsmedium 116, 118 befindet sich benachbart jeder Bipolarplatte 112 bzw. 114. Eine MEA 120 ist zwischen den Diffusionsmedien 116, 118 angeordnet. Die MEA 120 umfasst ein ionenleitendes Element 122 mit einer Anodenelektrode 124 auf einer Seite und einer Kathodenelektrode 126 auf einer zweiten entgegengesetzten Seite. An den Rändern der MEA 120 sind eine erste Dichtungsschicht 128 und eine zweite Dichtungsschicht 130 angeordnet, wodurch verhindert wird, dass bloße MEA 120 den Bipolarplatten 112, 114 und der rauen Brennstoffzellenumgebung ausgesetzt wird. Die Brennstoffzellenanordnung erfordert eine signifikante Größe an Kompressionskraft, um die Brennstoffzellen des Stapels zusammen zu pressen. Der Bedarf nach Kompressionskraft entsteht aus dem Innengasdruck der Reaktanden in den Brennstoffzellen zusätzlich zu dem Bedarf, gute elektrische Kontakte zwischen den Innenkomponenten der Brennstoffzellen beizubehalten. Bevorzugt werden die aktiven Bereiche der Brennstoffzellen gleichförmig komprimiert, um den Wirkungsgrad der Brennstoffzellenstapelanordnung zu maximieren.

Die Anordnung 110 nach dem Stand der Technik mit den Dichtungen 128, 130, wie in 4 gezeigt ist, bewirkt typischerweise signifikant höhere Kompressions- und Scherspannungen in der MEA 120 an den Dichtungsrändern 132, 134 während des Stapelbau- und Kompressionsprozesses. Dies resultiert teilweise daraus, da Abschnitte der Diffusionsmedien 136, 138 über und unter den Dichtungen 128 bzw. 130 stärker komprimiert werden müssen, um die zusätzliche Dicke der Dichtungen 128, 130 aufzunehmen.

4B zeigt die Druckverteilung oder den Kontaktdruck über die Breite einer MEA einer Brennstoffzellenanordnung nach dem Stand der Technik entsprechend 4A. Bei Verwendung einer typischen Dichtung, die aus einem Polymerfilm mit einer Dicke von 0,025 mm hergestellt ist, und einem typischen Toray®-Papier mit einer Dicke von 0, 2 mm als dem Diffusionsmedium 116, 118 hat sich herausgestellt, dass der MEA-Druck an den Dichtungsrandschnittstellenbereichen 137 bis zum Doppelten desjenigen der aktiven Bereiche 125, 127 nach dem Bau und der Kompression einer Brennstoffzellenstapelanordnung betragen kann. Als Ergebnis ist herausgefunden worden, dass die Tendenz besteht, dass die MEA 120 an den Dichtungsrändern 132, 134 der MEA 120 vorzeitig ausfällt, was die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels ernsthaft beeinträchtigen kann.

Die vorliegende Erfindung geht das Problem der hohen Kompressionsspannung mit einer Konstruktion und einem Verfahren zur Verwendung eines Diffusionsmediums an, das ein entlastetes Randgebiet relativ zu dem Innengebiet des Diffusionsmediums aufweist. Das entlastete Randgebiet besitzt verschiedene Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften in der Dickenrichtung, was dem Randgebiet eine Spannungsentlastung verleiht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Diffusionsmedium an dem Umfang vor Verwendung in einer Brennstoffzelle vorkomprimiert. Das vorkomprimierte Diffusionsmedium verringert die Kompressionsspannung an den MEA-Dichtungsschnittstellen und erhöht die MEA-Haltbarkeit.

1A ist eine Teilschnittansicht einer Brennstoffzelle 10 mit einer Membranelektrodenanordnung (MEA) gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 1A gezeigt ist, umfasst die MEA 20 ein ionenleitendes Element 22, das durch eine Anodenelektrode 24 und eine Kathodenelektrode 26 schichtartig angeordnet ist, die ein Paar aktiver Oberflächen 25, 27 vorsehen. Die MEA 20 ist ferner durch ein Paar von Diffusionsmedien 16, 18 schichtartig angeordnet. Vor der Brennstoffzellenanordnung werden die Diffusionsmedien 16, 18 jeweils in einen Bereich entlang des Außenumfangs benachbart der Dichtungen 28, 30, die die Diffusionsmedien 16, 18 um den Umfang herum umgeben, vorkomprimiert. Ein zusätzliches Abdichtungselement (nicht gezeigt) ist in den Umfangsgebieten zwischen den Bipolarplatten 12, 14 angeordnet. Wie in der Technik bekannt ist, umfassen die Bipolarplatten 12, 14 jeweils ein Reaktandenströmungsfeld (nicht gezeigt), das allgemein durch eine Vielzahl von Stegen gekennzeichnet ist, die eine Vielzahl von Strömungskanälen definieren, durch die die Reaktanden strömen. Die Dichtungen 28, 30 und Abdichtungselemente sind typischerweise elastomerer Natur, können jedoch auch Materialien umfassen, wie Polyester und Polytetrafluorethylen (PTFE). Jedoch können die Dichtungen und Abdichtungselemente ein beliebiges Material sein, das zum Dichten der MEA 20 ausreicht.

Das ionenleitende Element 22 ist bevorzugt ein dünner Festpolymermembranelektrolyt und bevorzugt eine PEM. Das Element 22 wird hier auch als eine Membran 22 bezeichnet. Bevorzugt besitzt das ionenleitende Element 22 eine Dicke im Bereich von etwa 10 &mgr;m – 100 &mgr;m und am bevorzugtesten eine Dicke von etwa 25 &mgr;m. Polymere, die für derartige Membranelektrolyte geeignet sind, sind in der Technik gut bekannt und in den U.S. Patenten Nrn. 5,272,017 und 3,134,697 und an anderen Stellen in der Patent- und Nichtpatentliteratur beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass die Zusammensetzung des ionenleitenden Elementes 22 beliebige der protonenleitenden Polymere umfassen kann, die herkömmlich in der Technik verwendet werden. Bevorzugt werden perfluorierte Sulfonsäurepolymere, wie kommerziell erhältliches NAFION®, verwendet. Ferner kann das Polymer den alleinigen Bestandteil der Membran bilden, kann mechanisch stützende Fibrillen eines anderen Materials enthalten oder kann mit Partikeln (beispielsweise mit Siliziumdioxid, Zeolithen oder anderen ähnlichen Partikeln) durchsetzt sein. Alternativ dazu kann das Polymer oder das Ionomer in den Poren eines anderen Materials getragen sein.

Das ionenleitende Element 22 ist eine kationenpermeable, protonenleitende Membran mit H+-Ionen als dem mobilen Ion; das Brennstoffgas ist Wasserstoff (oder Reformat), und das Oxidationsmittel ist Sauerstoff oder Luft. Die Gesamtzellenreaktion ist die Oxidation von Wasserstoff zu Wasser, und die jeweiligen Reaktionen an der Anode und Kathode sind H2 = 2H+ + 2e (Anode) und 1/2 O2 + 2H+ + 2e = H2O (Kathode).

Die Zusammensetzung der Anodenelektrode 24 und der Kathodenelektrode 26 umfasst bevorzugt elektrochemisch aktives Material, das in einem Polymerbinder dispergiert ist, der wie das ionenleitende Element 22 ein protonenleitendes Material ist, wie NAFION®. Das elektrochemisch aktive Material umfasst bevorzugt katalysatorbeschichtete Kohlenstoff- oder Graphitpartikel. Die Anodenelektrode 24 und die Kathodenelektrode 26 umfassen bevorzugt Platin-Ruthenium, Platin oder andere Pt/Übergangsmetalllegierungen als dem Katalysator. Obwohl die Anode 24 und die Kathode 26 in den Figuren mit gleicher Größe gezeigt sind, sei angemerkt, dass es nicht außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegt, dass die Anode 24 und die Kathode 26 verschiedene Größen besitzen (d.h. die Kathode größer als die Anode oder umgekehrt ist). Eine bevorzugte Dicke der Anode und Kathode liegt im Bereich von etwa 2 – 30 &mgr;m und am bevorzugtesten bei etwa 10 &mgr;m. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Brennstoffzelle ein katalysatorbeschichtetes Diffusionsmedium verwenden. Bei dieser Konstruktion besteht die MEA ausschließlich aus dem ionenleitenden Element 22, wobei die Elektroden und das elektrochemisch aktive Material in den Diffusionsmedien 16, 18 (nicht gezeigt) enthalten sind.

Es sei zu verstehen, dass die Anodenelektrode 24 und die Kathodenelektrode 26 über dem ionenleitenden Element 22 als kontinuierliche, glatte Schichten angeordnet sind, die eine im Wesentlichen flache Oberfläche zur Auflage der Dichtungen 28, 30 und der Diffusionsmedien 16, 18 vorsehen. Dies ist nützlich, da, wenn diese Elemente zusammen mit der MEA 20 in einer Brennstoffzellenstapelanordnung komprimiert werden, um die elektrische heitfähigkeit der in der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugten Elektronen zu erleichtern und zu steigern, das ionenleitende Element 22 allgemein einem gleichförmigen Druck über seine ganzen Oberflächen hinweg ausgesetzt ist. Wenn das ionenleitende Element gleichförmigen Drücken über seine Oberflächen hinweg ausgesetzt ist, wird eine übermäßige Spannung an dem ionenleitenden Element 22 verringert oder vermieden. Es sei auch zu verstehen, dass, obwohl 1A die Anode 24 und die Kathode 26 über der gesamten Fläche des ionenleitenden Elements 22 angeordnet zeigt, sich die Schichten der Anode 24 und der Kathode 26 nicht unbedingt bis zu den äußersten Rändern der MEA 20 erstrecken müssen.

Die Diffusionsmedien 16, 18 können allgemein beliebige Diffusionsmedien sein, die in der Technik bekannt sind. Bevorzugt sind die Diffusionsmedien 16, 18 Kohlepapiere, Kohlenstoffgewebe oder Kohlenstoffschäume mit einer Dicke im Bereich von etwa 50 – 500 &mgr;m. Die Diffusionsmedien 16, 18 unterstützen eine Verteilung von Reaktandengasen über die Elektroden 24, 26 und leiten Strom von den Elektroden 24, 26 an die Stege (nicht gezeigt) der elektrisch leitenden Bipolarplatten 12, 14. Ein bevorzugtes Diffusionsmedium der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Abschnitt 40 mit einer ersten Dicke und einen zweiten Abschnitt 42 benachbart des aktiven Bereiches der MEA 25, 27, der eine zweite und größere Dicke aufweist. Der erste Abschnitt 40 ist dauerhaft verformt und derart ausgebildet, dass er mit einer Dichtung 28, 30 in Eingriff steht, die eine Trennschicht zwischen dem ersten Abschnitt 40 und der MEA 20 vorsieht, wenn sie in einer Brennstoffzellenanordnung komprimiert werden. Die Dichtung 28, 30 dient dazu, den Randbereich der Brennstoffzelle zu sichern. Sie erlaubt eine Wärmeübertragung von dem aktiven Bereich der Brennstoffzelle an den Außenumfang und verhindert, dass irgendwelche Fasern der Diffusionsmedien 16, 18 in direkten Kontakt mit der bloßen Membran kommen.

Wie vorher angemerkt wurde, muss, um die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Diffusionsmedien 16, 18 und den Elektroden 24, 26 zu erleichtern, die MEA 20 bei einem hohen Druck komprimiert werden. Bevorzugt besitzt die erste Dicke eine Größe, die einen Kompressionsdruck an den Schnittstellen 37 der MEA 20 und den Dichtungen 28, 30 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches für die bestimmte Brennstoffzellenanordnung zur Folge hat. Bei einer Ausführungsform, wie in den 1A und 1B gezeigt ist, ist der Kompressionsdruck an den Schnittstellen 37 kleiner als der oder gleich dem Kompressionsdruck an den aktiven Bereichen 25, 27 zwischen der MEA 20 und den Diffusionsmedien 16, 18. Um dieses Ergebnis zu erhalten, besitzen die Dichtungen 28, 30 bevorzugt eine Dicke, so dass die Dicke des zweiten Abschnittes 42 größer als die Gesamtdicke der Dichtungen 28, 30 und des ersten Abschnittes 40 der Diffusionsmedien 16, 18 ist. Die Dicke des zweiten Abschnittes 42 kann bis zu dem 1,2-fachen größer als die Dicke des ersten Abschnittes 40 sein (bis zu 120 %). Es sei angemerkt, dass eine definitive Neigungs- oder Gradientenabweichung der Dicke zwischen dem verformten ersten Abschnitt 40 und dem nicht verformten zweiten Abschnitt 42 nicht unbedingt vorhanden sein muss, wie in den 1 bis 3 gezeigt ist. Insbesondere sei zu verstehen, dass, wenn eine Gradientenabweichung zwischen derartigen Abschnitten vorhanden ist, die Figuren nicht unbedingt den korrekten Maßstab der Abweichung darstellen.

Der Vorkompressionsdruck hängt von der Dicke der Dichtungen 28, 30, der Ziel-Stapelkompression und dem Kompressionsverhalten der Diffusionsmedien 16, 18 ab. Das Kompressionsverhalten der Diffusionsmedien 16, 18 kann durch ihre Kompressionsspannungs-/Dehnungskurve beschrieben werden, die durch eine Serie von Belastungs-, Entlastungs- und Wiederbelastungszyklen erzeugt wird, wobei bei nachfolgenden Zyklen ein höherer Kompressionsdruck vorherrscht. Die Größe der Kompressionskraft, die dazu verwendet wird, die Diffusionsmedien 16, 18 vorzukomprimieren, sollte so gewählt sein, dass der Umfang oder die Ränder 40 der Diffusionsmedien 16, 18 in dem anschließenden Herstellprozess bis zu einem ersten gewünschten Druck wiederbelastet werden können, so dass der aktive Bereich 25, 27 der MEA 20 bis zu einem zweiten gewünschten Druck komprimiert wird. Bei einer Ausführungsform ist der erste gewünschte Druck kleiner als oder gleich 150 % des zweiten gewünschten Druckes über die MEA in dem aktiven Bereich 25, 27.

Ein Verfahren zum Herstellen eines vorkomprimierten Diffusionsmediums der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform komprimiert ein Presswerkzeug 44 die Ränder 40 des Diffusionsmediums bis zu einer vorbestimmten Kompressionskraft. Die Dichtung 28, 30 ist mit einer entfernbaren Verstärkung 46 auf einer ersten Seite und einer Schicht eines druckempfindlichen Klebstoffes (PSA) 48 auf einer zweiten entgegengesetzten Seite versehen. Bevorzugt ist die entfernbare Verstärkung 46 auf die Dichtung laminiert, und der PSA 48 ist auf die entgegengesetzte Seite aufgebracht. Dies kann auf individueller Basis ausgeführt werden oder alternativ dazu kann eine Baugruppe 50 aus PSA/Dichtung/Verstärkung in Lagenform (nicht gezeigt) hergestellt und später in gewünschte Formen und Größen gemäß dem Dichtung, das verwendet wird, geschnitten oder geformt werden. Sobald die Baugruppe 50 aus PSA/Dichtung/Verstärkung hergestellt ist, wird sie an den Diffusionsmedien 16, 18 angeordnet, und es wird ein leichter Druck ausgeübt, um die Baugruppe 50 an der Stelle zu fixieren. Ein Presswerkzeug 44 wird dann auf der Baugruppe 50 ausgerichtet und angeordnet, und es wird eine vorbestimmte Kompressionskraft auf die Baugruppe 50 und das darunterliegende Diffusionsmedium 16, 18 ausgeübt. Bei der Aufbringung von Druck wird das Diffusionsmedium dauerhaft an den Rändern 40 verformt. Der PSA 48 klebt die Dichtung 28, 30 an das Diffusionsmedium 16, 18 durch Verteilen in die Bereiche 52 des Diffusionsmediums 16, 18, die mit der Dichtung 28, 30 in Kontakt stehen. Bevorzugt ist die Dicke der entfernbaren Verstärkung 46 so gewählt, dass das Presswerkzeug 44 mit dem nicht komprimierten aktiven Bereich 42 des Diffusionsmediums während der Kompression nicht physikalisch in Kontakt steht.

PSA's werden allgemein als eine Beschichtung auf einem Substrat geliefert und werden von verschiedenen Trägern getragen, wie Papier, Gewebe, Zellulose, Kunststofffilme, Metallfolie. Chemische Familien von PSA's umfassen natürlichen Gummi bzw. Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, rückgewonnener Gummi bzw. Kautschuk, Nitrilkautschuk, Polyacrylate, Polyvinylether und Silikone. Generell besitzen reine gummibasierte Materialien schlechte Alterungscharakteristiken. Die meisten basieren auf Gummis mit verschiedenen Zusätzen, einschließlich Haftvermittlern. Der PSA ist leicht aufzubringen, wobei die Klebleistung dennoch durch die Aufbringungsausstattung kompliziert beeinflusst wird. Allgemein besitzen PSA-Aufkleber und -Bänder eine gleichförmige Dicke, und eine Anhaftung wird bei Raumtemperatur normalerweise dauerhaft (d.h. es ist keine Aktivierung durch Wärme, Wasser oder Lösemittel erforderlich), obwohl eine Vernetzung einiger Formulierungen möglich ist. Bevorzugt ist der gewählte PSA in der Lage, Substrate aneinander zu halten, wenn sie in Kontakt unter kurzem Druck bei Raumtemperatur gebracht werden. Das PSA-Material muss die Fähigkeit besitzen, Energie während der Anhaftung zu dissipieren, ein teilelastisches Verhalten besitzen und die Tendenz besitzen, einer übermäßigen Strömung zu widerstehen, d.h. die Fähigkeit, Bindungsbruchenergie zu speichern, um ein Abziehen und Anhaften vorzusehen (d.h. Viskoelastizität). Silikon-PSA's besitzen einen breiteren Temperaturanwendungsbereich als die meisten anderen und besitzen eine ausgezeichnete chemische und Lösemittelbeständigkeit und – flexibilität. Silikon-PSA's basieren auf einem Gummi und Harz.

Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Diffusionsmedium 16, 18 ohne die gleichzeitige Verbindung oder Anbringung der Dichtung 28, 30 komprimiert werden. Diese Ausführungsform umfasst, dass eine Kraft auf einen Abschnitt des Diffusionsmediums aufgebracht wird, wodurch ein Abschnitt des Diffusionsmediums komprimiert und dauerhaft verformt wird. Bevorzugt wird der äußere Umfangsabschnitt des Diffusionsmediums komprimiert. Das Diffusionsmedium kann unter Verwendung eines Presswerkzeugs 44 komprimiert werden, wie vorher beschrieben ist, das so abgeändert ist, dass es eine vorragende Form der Dichtung aufweist. Eine andere Ausführungsform umfasst, dass das Diffusionsmedium durch eine Vorrichtung vom Rahmentyp gepresst wird, die eine derartige Kontur aufweist, dass sie die Form der Dichtung 28, 30 besitzt. Es sei zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsformen, in denen das Diffusionsmedium vorkomprimiert ist, beschränkt sein soll, und dass zahlreiche Variationen und Verfahren zum Komprimieren von Abschnitten der Diffusionsmedien von Fachleuten verwendet werden können.

Die 3A3D zeigen verschiedene Ausführungsformen und Baugruppen der vorliegenden Erfindung. 3A zeigt das vorkomprimierte Diffusionsmedium 16, 18 selbst als eine einheitliche Ausführungsform. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Dichtung 28, 30 mit dem Diffusionsmedium 16, 18 verbunden sein, um eine Anordnung zu bilden, wie in 3B gezeigt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dichtung 28, 30 an dem Diffusionsmedium 16, 18 angebracht und überlappt das Diffusionsmedium 16, 18 nur entlang des vorkomprimierten Abschnitts 40 des Diffusionsmediums 16, 18. Die 3C und 3D repräsentieren das Diffusionsmedium und die Baugruppe aus Diffusionsmedium/Dichtung, die an jeder Seite einer Bipolarplatte 12, 14 angebracht ist. Bevorzugt ist das Diffusionsmedium 16, 18 mit der Bipolarplatte 12, 14 über einen elektrisch leitenden Klebstoff verbunden. Der Klebstoff kann vor dem Zusammenbau mit dem Diffusionsmedium 16, 18 zwischen den beiden Flächen entlang des Außenumfangs aufgebracht oder auf die Stege der Bipolarplatte 12, 14 aufgebracht werden. Geeignete leitende Klebstoffe können eine Vielzahl von Materialien umfassen, einschließlich Flocken und Pulvermetall, und sind in der Technik gut bekannt. Leitende Klebstoffe sind gegenüber Lötverfahren bevorzugt, da ein leitender Klebstoff eine allgemein größere Beständigkeit gegenüber Korrosion und aggressive Materialien in rauen Umgebungen, wie Brennstoffzellen besitzt. Zusätzlich reduziert ein Klebstoff im Vergleich zu Lot das Gewicht für die Verbindungsmaterialien um einen Faktor von 10 bis 20.

Nun wird ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels beschrieben, das umfasst, dass eine Vielzahl von Brennstoffzellen aufeinander angeordnet wird und die Anordnung komprimiert wird. Jede Brennstoffzelle umfasst Diffusionsmedien 16, 18, eine MEA 20, Dichtungen 28, 30, die dazu dienen, eine Trennschicht zwischen den Diffusionsmedien 16, 18 und der MEA 20 vorzusehen, und ein Paar leitende Elektrodenelemente 12, 14. Das Verfahren umfasst, dass eine Kompressionskraft aufgebracht und entfernt wird, um einen Abschnitt des Diffusionsmediums dauerhaft zu verformen, wie vorher beschrieben wurde. Das vorkomprimierte Diffusionsmedium 16, 18 wird mit den anderen Brennstoffzellenkomponenten in ein gewünschtes Gebilde angeordnet, und die gesamte Anordnung der Elemente wird aneinander komprimiert, wodurch ein Brennstoffzellenstapel gebildet wird. Die Kompressionskraft, die auf die Brennstoffzellenanordnung aufgebracht wird, kann typischerweise durch obere und untere Endplatten (nicht gezeigt) erzeugt werden, die in einer fixierten beabstandeten Beziehung durch Seitenplatten (nicht gezeigt) gehalten werden, wie in der Technik bekannt ist. Fachleute erkennen, dass die Anzahl von Brennstoffzellen, die benachbart aneinander gestapelt sind, um die Brennstoffzellenanordnung zu bilden, abweichen kann und von den Anforderungen des Brennstoffzellenstapels abhängt.

Es sei angemerkt, dass, während die vorliegende Erfindung bevorzugte Ausführungsformen offenbart, die Diffusionsmedien 16, 18 aufweisen, die vorkomprimierte Ränder besitzen, alternative Verfahren zum Entlasten von Spannung an der MEA an den Schnittstellen zwischen MEA/Dichtung erwogen werden können. Beispielsweise können die Ränder des Diffusionsmediums geschnitten oder durch andere Mittel entfernt werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Laserätzen, chemisches Ätzen, Stechen bzw. Gravieren, Schleifen, Mahlen, Umformen, Sandstrahlen und andere ähnliche Prozesse vom mechanischen Typ, die in der Technik bekannt sind, um ein massives Element zu formen und zu verformen. Somit ist die Beschreibung der Erfindung lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht von der Grundidee der Erfindung abweichen, sind als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen werden nicht als Abweichung von der Grundidee und dem Schutzumfang der Erfindung betrachtet.

Zusammenfassung

Es ist ein Diffusionsmedium zur Verwendung in einer PEM-Brennstoffzelle offenbart, das ein entlastetes Randgebiet relativ zu dem Innengebiet des Diffusionsmediums aufweist. Der Außenumfang oder Abschnitt des Diffusionsmediums, der mit einer abdichtenden Dichtung eine Schnittstelle bildet, wird vorkomprimiert. Das vorkomprimierte Diffusionsmedium verringert die Kompressionsspannung an der MEA an den Dichtungsschnittstellen, wodurch eine gleichförmigere Kompression an allen MEA-Oberflächen während des Aufbaus, der Kompression und des späteren Betriebs eines Brennstoffzellenstapels ermöglicht wird.


Anspruch[de]
Brennstoffzellendiffusionsmedium, mit:

einem ersten Abschnitt mit einer ersten Dicke; und

einem zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dicke,

wobei die erste Dicke kleiner als die zweite Dicke ist und der erste Abschnitt derart ausgebildet ist, dass er mit einer Dichtung in Eingriff steht, die eine Trennschicht zwischen dem ersten Abschnitt und einer Membranelektrodenanordnung vorsieht, wenn sie in einer Brennstoffzelle komprimiert sind.
Diffusionsmedium nach Anspruch 1, wobei die erste Dicke eine Größe besitzt, die zur Folge hat, dass ein Kompressionsdruck an einer Schnittstelle des ersten Abschnittes und der Dichtung in einem Brennstoffzellenstapel in einem vorbestimmten Bereich liegt. Diffusionsmedium nach Anspruch 2, wobei der Kompressionsdruck an der Schnittstelle kleiner als ein Kompressionsdruck zwischen dem zweiten Abschnitt und der Membranelektrodenanordnung ist. Diffusionsmedium nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt einen Umfang des Diffusionsmediums umfasst. Diffusionsmedium nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt ein dauerhaft verformter Abschnitt ist. Brennstoffzelle, mit:

einer Separatorplatte;

einer Membranelektrodenanordnung, die ein MEA-Randgebiet, ein MEA-Innengebiet benachbart des MEA-Randgebietes und eine erste Reaktandenoberfläche aufweist, die an einer Seite des MEA-Innengebietes ausgebildet ist;

einem Diffusionsmedium, das zwischen der Separatorplatte und der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist, wobei das Diffusionsmedium eine Hauptseite, die an einem Diffusionsmediuminnengebiet ausgebildet ist und neben der ersten Reaktandenseite liegt, um eine erste Schnittstelle dazwischen zu definieren, und ein Diffusionsmediumrandgebiet aufweist, das von dem MEA-Randgebiet beabstandet ist; und

einer Dichtung, die zwischen dem MEA-Randgebiet und dem Diffusionsmediumrandgebiet angeordnet ist, um eine zweite Schnittstelle dazwischen zu definieren,

wobei die Dichtung mit dem Diffusionsmediumrandgebiet zusammenwirkt, so dass ein Kompressionsdruck, der an der ersten Schnittstelle gemessen wird, größer als oder gleich zwei Dritteln eines Kompressionsdruckes ist, der an der zweiten Schnittstelle gemessen wird, wenn die Membranelektrodenanordnung und die Dichtung zwischen der Separatorplatte und dem Diffusionsmedium komprimiert sind.
Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei das Diffusionsmediuminnengebiet eine erste Dicke besitzt und das Diffusionsmediumrandgebiet eine zweite Dicke besitzt, die kleiner als die erste Dicke ist. Brennstoffzelle nach Anspruch 7, wobei das Diffusionsmedium ferner ein komprimiertes Diffusionsmediumrandgebiet umfasst. Brennstoffzelle nach Anspruch 7, wobei die Dichtung eine dritte Dicke besitzt, wobei die erste Dicke bis zu dem 1,2-fachen größer als eine Summe der zweiten und dritten Dicke ist. Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei das Diffusionsmediumrandgebiet sich um den Umfang des Diffusionsmediums erstreckt. Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei die Dichtung klebend an dem MEA-Randgebiet angebracht ist. Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei sich die Dichtung von dem MEA-Randgebiet seitlich nach außen erstreckt. Brennstoffzelle nach Anspruch 6, ferner mit:

einer zweiten Reaktandenoberfläche, die an einer Seite des MEA-Innengebietes entgegengesetzt der ersten Reaktandenoberfläche ausgebildet ist;

einer zweiten Separatorplatte;

einem zweiten Diffusionsmedium, das zwischen der zweiten Separatorplatte und der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist, wobei das zweite Diffusionsmedium eine Hauptseite, die an einem zweiten Diffusionsmediuminnengebiet ausgebildet ist und neben der zweiten Reaktandenseite liegt, um eine dritte Schnittstelle dazwischen zu bilden, und ein zweites Diffusionsmediumrandgebiet aufweist, das von dem MEA-Randgebiet beabstandet ist; und

einer zweiten Dichtung, die zwischen dem MEA-Randgebiet und dem zweiten Diffusionsmediumrandgebiet angeordnet ist, um eine vierte Schnittstelle dazwischen zu definieren;

wobei die zweite Dichtung mit dem zweiten Diffusionsmediumrandgebiet zusammenwirkt, so dass ein Kompressionsdruck, der an der dritten Schnittstelle gemessen wird, größer als oder gleich zwei Dritteln eines Kompressionsdruckes ist, der an der vierten Schnittstelle gemessen wird, wenn die Membranelektrodenanordnung und die zweite Dichtung zwischen der zweiten Separatorplatte und dem Diffusionsmedium komprimiert sind.
Brennstoffzelle nach Anspruch 13, wobei das zweite Diffusionsmediuminnengebiet eine dritte Dicke besitzt, und das zweite Diffusionsmediumrandgebiet eine vierte Dicke besitzt, die kleiner als die dritte Dicke ist. Brennstoffzelle nach Anspruch 14, wobei das zweite Diffusionsmedium ferner ein komprimiertes Diffusionsmediumrandgebiet umfasst. Brennstoffzelle nach Anspruch 14, wobei die zweite Dichtung eine fünfte Dicke besitzt, wobei die dritte Dicke bis zu dem 1,2-fachen größer als eine Summe der vierten und fünften Dicke ist. Brennstoffzelle nach Anspruch 13, wobei das zweite Diffusionsmediumrandgebiet sich um den Umfang des zweiten Diffusionsmediums erstreckt. Brennstoffzelle nach Anspruch 13, wobei die zweite Dichtung klebend an dem MEA-Randgebiet angebracht ist. Brennstoffzelle nach Anspruch 13, wobei sich die zweite Dichtung von dem MEA-Randgebiet seitlich nach außen erstreckt. Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe für eine Brennstoffzelle, wobei die Baugruppe ein Diffusionsmedium und eine Dichtung aufweist, wobei die Dichtung dazu dient, einen Rand des Diffusionsmediums und eine Membranelektrodenanordnung zu trennen, wobei das Verfahren umfasst, dass:

(a) eine Kraft auf einen Abschnitt des Diffusionsmediums aufgebracht wird, wodurch der Abschnitt des Diffusionsmediums komprimiert und dauerhaft verformt wird;

(b) die Kraft von dem Abschnitt des Diffusionsmediums entfernt wird; und

(c) die Dichtung mit dem Diffusionsmedium in Eingriff gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei (c) vor einer Ausführung von (a) ausgeführt wird, und (a) umfasst, dass die Kompressionskraft auf einen Abschnitt der Dichtung aufgebracht wird, der den Abschnitt des Diffusionsmediums überlappt. Verfahren nach Anspruch 21, wobei (c) umfasst, dass ein druckempfindlicher Klebstoff auf die Dichtung aufgebracht wird, die Dichtung an dem Diffusionsmedium positioniert wird, wobei der Klebstoff in Kontakt mit dem Diffusionsmedium steht, und ein leichter Druck auf die Dichtung aufgebracht wird, wodurch die Dichtung mit dem Diffusionsmedium in Eingriff gebracht wird, und (a) umfasst, dass die Dichtung an dem Diffusionsmedium mit dem Klebstoff durch Aufbringen der Kompressionskraft auf den Abschnitt der Dichtung angebracht wird. Verfahren nach Anspruch 22, wobei (c) umfasst, dass eine Verstärkungsschicht lösbar an der Dichtung auf einer Seite, die dem druckempfindlichen Klebstoff entgegengesetzt ist, angebracht wird, und (a) umfasst, dass die Kompressionskraft auf die Verstärkungsschicht aufgebracht wird, und wobei die Verstärkungsschicht eine Dicke besitzt, die verhindert, dass eine Vorrichtung, die die Kompressionskraft aufbringt, mit dem Diffusionsmedium in Kontakt tritt. Verfahren nach Anspruch 20, wobei (a) umfasst, dass der Abschnitt des Diffusionsmediums auf einen vorbestimmten Druck komprimiert wird. Verfahren nach Anspruch 24, wobei (a) umfasst, dass das Diffusionsmedium auf einen vorbestimmten Druck auf Grundlage zumindest eines aus einer Dicke der Dichtung, einer gewünschten Kompression der Brennstoffzelle und einer Charakteristik des Diffusionsmediums komprimiert wird. Verfahren nach Anspruch 20, wobei (c) umfasst, dass die Dichtung an dem Diffusionsmedium so angebracht wird, dass die Dichtung das Diffusionsmedium nur entlang des Abschnitts des Diffusionsmediums überlappt. Verfahren nach Anspruch 20, wobei (a) umfasst, dass ein Außenumfangsabschnitt des Diffusionsmediums komprimiert wird. Verfahren nach Anspruch 20, wobei (a) umfasst, dass die Kompressionskraft auf das Diffusionsmedium mit einem Abschnitt eines Rahmens aufgebracht wird, der die gleiche Kontur wie die Dichtung aufweist. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Baugruppe ein leitendes Elektrodenelement aufweist, und ferner umfasst, dass das Diffusionsmedium mit der angebrachten Dichtung mit dem leitenden Elektrodenelement verbunden wird. Verfahren nach Anspruch 20, wobei (a) umfasst, dass eine Kompressionskraft aufgebracht und entfernt wird, die ausreichend ist, um einen Kompressionsdruck an einer Schnittstelle der Dichtung und des Diffusionsmediums, wenn sie in einem Brennstoffzellenstapel komprimiert werden, zur Folge zu haben, der in einem vorbestimmten Bereich liegt. Verfahren nach Anspruch 20, wobei (a) umfasst, dass eine Kompressionskraft aufgebracht und entfernt wird, die ausreichend ist, um einen Kompressionsdruck an einer Schnittstelle der Dichtung und des Diffusionsmediums, wenn sie in einem Brennstoffzellenstapel komprimiert werden, zur Folge zu haben, der kleiner als 150 % eines Kompressionsdruckes zwischen einem aktiven Bereich der Membranelektrodenanordnung und dem Diffusionsmedium in dem Brennstoffzellenstapel ist. Verfahren zum Herstellung eines Brermstoffzellenstapels, der eine Vielzahl von Brennstoffzellen umfasst, die aufeinander gestapelt und aneinander komprimiert sind, wobei die Brennstoffzellen ein Diffusionsmedium, eine Membranelektrodenanordnung, eine Dichtung, die dazu dient, eine Trennschicht zwischen dem Diffusionsmedium und der Membranelektrodenanordnung vorzusehen, und ein leitendes Elektrodenelement aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass:

(a) eine Kompressionskraft auf einen Abschnitt des Diffusionsmediums aufgebracht wird, bevor das Diffusionsmedium mit der Kompression der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel komprimiert wird;

(b) die Kompressionskraft entfernt wird;

(c) die Brennstoffzellen in einer gewünschten Orientierung angeordnet werden; und

(d) die Brennstoffzellen aneinander komprimiert werden, um den Brennstoffzellenstapel zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei (a) umfasst, dass die Dichtung an dem Abschnitt des Diffusionsmediums angebracht wird und die Kompressionskraft auf einen Abschnitt der Dichtung aufgebracht wird, der den Abschnitt des Diffusionsmediums überlappt. Verfahren nach Anspruch 33, ferner umfassend, dass das Diffusionsmedium mit der angebrachten Dichtung an dem leitenden Elektrodenelement vor der Ausführung von (c) angebracht wird. Verfahren nach Anspruch 32, ferner umfassend, dass das Diffusionsmedium an dem leitenden Elektrodenelement nach einer Ausführung von (a) und (b) und vor einer Ausführung von (c) angebracht wird. Verfahren nach Anspruch 35, ferner umfassend, dass die Dichtung an der Membranelektrodenanordnung vor einer Ausführung von (c) angebracht wird und die Membranelektrodenanordnung mit der angebrachten Dichtung relativ zu dem Diffusionsmedium positioniert wird, so dass die Dichtung an den Abschnitt des Diffusionsmediums komprimiert wird, wenn (d) ausgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 32, wobei (a) umfasst, dass eine Kompressionskraft einer vorbestimmten Größe aufgebracht wird, und die vorbestimmte Größe auf zumindest einem aus einer Dicke der Dichtung, einer gewünschten Kompression der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel und einer Charakteristik des Diffusionsmediums basiert. Verfahren nach Anspruch 32, wobei (a) umfasst, dass eine Kompressionskraft aufgebracht wird, die ausreichend ist, um einen Kompressionsdruck an einer Schnittstelle der Dichtung und dem Diffusionsmedium zur Folge zu haben, der in einem vorbestimmten Bereich liegt, wenn die Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel aneinander komprimiert sind. Verfahren nach Anspruch 32, wobei (d) umfasst, dass die Brennstoffzellen aneinander komprimiert werden, so dass zwischen einem aktiven Bereich der Membranelektrodenanordnung und dem Diffusionsmedium ein Kompressionsdruck in einem vorbestimmten Bereich vorhanden ist, und (a) umfasst, dass eine Kompressionskraft aufgebracht wird, die ausreichend ist, um zur Folge zu haben, dass ein Kompressionsdruck an einer Schnittstelle der Dichtung und des Diffusionsmediums, wenn sie in dem Brennstoffzellenstapel aneinander komprimiert sind, kleiner als 150 % des Kompressionsdruckes zwischen dem aktiven Bereich der Membranelektrodenanordnung und dem Diffusionsmedium ist. Verfahren nach Anspruch 32, wobei (a) umfasst, dass eine Kompressionskraft aufgebracht wird, die zur Folge hat, dass eine Dicke des Abschnitts des Diffusionsmediums kleiner als eine Dicke eines nicht komprimierten Abschnitts des Diffusionsmediums ist, wenn die Kompressionskraft entfernt ist.






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