[发明专利]燃料电池结构、燃料电池系统和燃料电池车辆

说明书

本发明涉及一种燃料电池结构，其带有膜电极组件(1)，该膜电极组件包括膜(2)和第一电极(3)，该第一电极布置在膜(2)的第一侧(4)处并且该第一电极关联有第一气体扩散层(7)，以及带有框架(11)，其中，在膜电极组件(1)的边缘区域(9)处存在有将膜电极组件(1)与框架(11)至少局部地直接连接的粘附涂层(10)。粘附涂层(10)穿透第一电极(3)，并且膜(2)由于该穿透直接与框架(11)连接。本发明还涉及包括这种燃料电池结构的燃料电池系统和燃料电池车辆。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池结构，其带有膜电极组件，该膜电极组件包括膜和第一电极，该第一电极布置在膜的第一侧处并且与第一气体扩散层相关联；以及带有框架，该框架优选布置在第一电极与第一气体扩散层之间，其中，在膜电极组件的边缘区域处存在有将膜电极组件与框架至少局部地直接连接的粘附涂层。本发明还涉及带有一个或多个这种燃料电池结构的燃料电池系统和燃料电池车辆。

背景技术

这种燃料电池结构由申请人的未公开的申请已知，该燃料电池结构已被证明为良好的并且该燃料电池结构在稳定性高的同时对于其制造而言仅表现出低的材料投入。

另一种燃料电池结构可由WO2018/217586A1得出，其中，粘接涂层将双极板与膜电极组件的电极连接。在WO2010/080450A1和US2014/0004442A1中描述了燃料电池结构，其研究膜电极组件的固定和密封。

发明内容

因此，本发明的任务是，给出改善的燃料电池结构。此外，本发明的任务是，提供改善的燃料电池系统和改善的燃料电池车辆。

本发明的任务通过根据权利要求1的特征的燃料电池结构、通过带有权利要求9的特征的燃料电池系统以及通过带有权利要求10的特征的燃料电池车辆解决。带有本发明的适宜的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的燃料电池结构在此尤其通过以下方式出众，粘附涂层部分地、但优选完全地穿透第一电极，并且膜由于该穿透与框架直接连接。

这一方面确保了：电极与框架在机械上更稳定地连接，因为粘附涂层部分地、但优选完全地穿透电极。但另一方面，通过利用粘附涂层的材料穿透电极而附加地确保膜在框架处的可靠的固定，这有助于提升燃料电池结构的稳定性。两者此外都引起电极在膜处的还更好的固定。

粘附涂层或粘接剂的材料优选由聚合物构成。由此，实现膜与粘附涂层的适当的接触，因为因此存在聚合物与（如有可能另外的）聚合物的连接，随之而来的是增强的粘附效果。当框架也由聚合物构成时，则由此也实现粘附涂层与框架的适当的接触。在此，则也存在聚合物与（如有可能另外的）聚合物的连接，随之而来的是增强的粘附效果

在本发明中尤其正好一个框架布置在第一电极与第一气体扩散层之间，其中，粘附涂层在边缘区域中横向地至少部分地包围膜电极组件。所述正好一个框架减少了对于燃料电池结构所需的材料并且对于燃料电池结构所需的层，从而简化了制造。同时，粘附涂层实现膜电极组件的膜与框架的稳定的连接，其中，通过使粘附涂层仅布置在膜电极组件的边缘区域中也减少了材料量。

膜电极组件的边缘区域理解为在外周缘侧包围膜电极组件的、至少穿透第一电极的、平行于堆叠方向(Stapelrichtung)且部分地正交于堆叠方向延伸的区域。边缘区域正交于堆叠方向的延伸在此分别相应于膜电极组件的横向的总延伸的少于百分之30、优选少于百分之20、进一步优选少于百分之10并且完全特别优选少于百分之5。

粘附涂层的横截面在此优选U形或C形地构成。由此粘附涂层不仅用作附加的横向保护涂层，而且用于膜电极组件的绝缘和/或密封。在一种备选的设计方案中，粘附涂层的横截面也可L形地构成。

尤其有意义的是，膜电极组件包括第二电极，该第二电极布置在与第一侧相对置的第二侧上，其中，第二电极优选地关联有第二气体扩散层。粘附涂层在该改进设计方案中也可以构造成，穿透第二电极并且由此直接接触膜电极组件的膜。