特許 7123144 アセンブリ、燃料電池スタック、およびアセンブリの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-12

(45)【発行日】2022-08-22

(54)【発明の名称】アセンブリ、燃料電池スタック、およびアセンブリの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0273 20160101AFI20220815BHJP

   H01M 8/1004 20160101ALI20220815BHJP

   H01M 8/0286 20160101ALI20220815BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0273

H01M8/1004

H01M8/0286

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020533347

(86)(22)【出願日】2018-08-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-19

(86)【国際出願番号】 EP2018071476

(87)【国際公開番号】W WO2019048166

(87)【国際公開日】2019-03-14

【審査請求日】2020-04-27

(31)【優先権主張番号】102017215504.3

(32)【優先日】2017-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】591006586

【氏名又は名称】アウディ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＡＵＤＩ ＡＧ

(73)【特許権者】

【識別番号】591037096

【氏名又は名称】フオルクスワーゲン・アクチエンゲゼルシヤフト

【氏名又は名称原語表記】ＶＯＬＫＳＷＡＧＥＮ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】ギャラファー，エマーソン アール．

【審査官】高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０６６７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０３２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８１１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７２２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９９５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６２８４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２７３

Ｈ０１Ｍ ８／１００４

Ｈ０１Ｍ ８／０２８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池スタック（１００）用のアセンブリ（１０）であって、
極板（１２）と、
極板（１２）に接着的に接続されたフレーム（１３）であって、極板（１２）とは反対側に、フレーム（１３）に接続された少なくとも１つのシール（１４）を備えた、フレーム（１３）と、
膜（２４）と、その両側に配置された触媒と、それらの触媒の両側に配置されたガス拡散層（２６）と、を備えた膜電極アセンブリ（２２）であって、極板（１２）および／またはフレーム（１３）に固定されるとともに、その外側周辺領域が、フレーム（１３）と極板（１２）との間に少なくとも部分的に配置された、膜電極アセンブリ（２２）と、
を備え、
極板（１２）が凹部を有し、膜電極アセンブリ（２２）は、膜（２４）が極板（１２）の凹部以外の周辺領域の面上で平らになるように、凹部内に配置されることを特徴とする、アセンブリ（１０）。

【請求項2】

フレーム（１３）は、膜電極アセンブリ（２２）に周方向に接着的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ（１０）。

【請求項3】

膜電極アセンブリ（２２）が、極板（１２）に周方向に接着的に接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載のアセンブリ（１０）。

【請求項4】

フレーム（１３）がフィルムフレームであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のアセンブリ（１０）。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載のアセンブリ（１０）を備えた燃料電池スタック（１００）。

【請求項6】

請求項１～４のいずれか一項に記載のアセンブリ（１０）の製造方法であって、
フレーム（１３）にシール（１４）を製造し、
次いで、フレーム（１３）の、極板（１２）とは反対側にシール（１４）を配置するように、フレーム（１３）を極板（１２）に接着接続する、
ステップを備えた、アセンブリ（１０）の製造方法。

【請求項7】

接着接続は、接着剤（２８）によって生じることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

シール（１４）の製造が、該シール（１４）をフレーム（１３）上に成形することによって実行されることを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極板とシールとを含む燃料電池スタック用のアセンブリに関する。さらに、本発明は、アセンブリを含む燃料電池スタック、およびアセンブリの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、電気エネルギーを生成するために、燃料と酸素の水を生成する化学反応を利用する。この目的のために、燃料電池はコア成分として所謂膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を含み、このアセンブリは、イオン伝導（通常はプロトン伝導）膜と、それぞれの場合に膜の両側に配置された触媒電極（アノードとカソード）と、からなる構造である。後者は通常、担持された希金属、特に白金を備える。加えて、ガス拡散層（ＧＤＬ）を、膜電極アセンブリの両側における、電極の、膜とは反対側の側面に配置することができる。原則として、燃料電池は、スタック（燃料電池スタック）に配置された複数のＭＥＡによって形成され、その電力が加算される。原則として、個々の膜電極アセンブリの間にバイポーラプレート（流れ場プレートまたはセパレータプレートとも呼ばれる）が配置され、個々のセルに作動媒体、すなわち反応物を確実に供給し、通常、冷却にも使用される。さらに、バイポーラプレートは、膜電極アセンブリとの導電性接触を保証する。燃料電池スタックのスタックマージンには、バイポーラプレートの代わりに、モノポーラプレートが配置される。バイポーラプレートは両側に反応物の流れ場を有し、モノポーラプレートは片側に反応物の流れ場を有する。バイポーラプレートとモノポーラプレートは双方とも、極板という用語に含まれる。

【0003】

燃料電池の作動中、燃料（アノード作動媒体）、特に水素Ｈ₂または水素含有ガス混合物が、アノード側に開口する流れ場を介してアノードのバイポーラプレートに供給され、Ｈ₂のプロトンＨ⁺への電気化学的酸化が、電子の放出とともに発生する（Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-）。反応空間を気密に互いに分離するとともに電気的に絶縁する電解質または膜を介して、アノード空間からカソード空間へのプロトンの（水が結合したまたは水なしの）輸送が行われる。アノードにもたらされた電子は、電線を介してカソードに供給される。カソード作動媒体としての酸素または酸素含有ガス混合物（たとえば、空気）が、カソード側に開口するバイポーラプレートの流れ場を介してカソードに供給され、それにより電子の取り込みを伴うＯ₂からＯ^2-への還元が生じる（１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｏ^2-）。同時に、カソード空間では、酸素アニオンが膜を介して輸送されたプロトンと反応して、水が形成される（Ｏ^2-＋２Ｈ⁺→Ｈ₂Ｏ）。

【0004】

燃料電池スタックへの作動媒体、つまりアノード作動ガス（例えば、水素）、カソード作動ガス（例えば、空気）、および冷却剤の供給は、積層方向全体に亘ってそのスタックを通過する主供給チャネルを介して行われ、それらのチャネルにより、作動媒体がバイポーラプレートを介して個々のセルへと供給される。各作動媒体に対して、少なくとも２つのそのような作動媒体チャネル（主供給チャネル）が存在する。すなわち、一つは作動媒体を供給し、一つは作動媒体を除去するためのものである。

【0005】

燃料電池スタックの個々のセルのシールを、射出成形法によって膜電極アセンブリまたは燃料電池スタックの極板に直接成形することが知られている。

【0006】

ここで、シールは、膜電極アセンブリのフレーム上に成形され得る。一方、フレームのために、大量のプラスチック廃棄物が生成される。さらに、触媒被覆膜（ＣＣＭ）の不十分な使用しか達成されず、コストが増加する。さらに、フラッシュカット（flush-cut）膜電極アセンブリ上にシールを成形することが知られている。しかしながら、前記のアセンブリは、特に多数の部品を備えた燃料電池スタックの組立時の位置決めを困難にする柔軟な縁部を有する。

【0007】

シールが極板に直接成形されている場合、これは比較的薄いプレートに高い応力をもたらす。したがって、成形には、比較的複雑な射出成形金型および厚くなりがちなプレートが必要となる。

【0008】

したがって、シールの成形は、比較的高い出力密度の用途に必要な比較的薄い極板と適合しないように思われる。これは、シールが膜電極アセンブリ上に成形されているという点でこれまで考慮されてきた。これは、膜電極アセンブリが比較的弾力性があり、応力を吸収できるために可能であった。ただし、結果として得られるコンポーネント部品は、取り扱いや組み立てが困難である。シールは、積層膜電極アセンブリに成形することもできる。しかし、両側に対称的に形成されたシールをほとんど無駄なく適用することは非常に困難である。

【0009】

特許文献１は、燃料電池スタック用のバイポーラプレートアセンブリを開示している。少なくとも１つのシーリング要素が、バイポーラプレートアセンブリの少なくとも１つの側面に適用される。２つのプレートの少なくとも一方は、プレートに少なくとも１つのシーリング要素を固定するように設計されたロック要素を含む。ロック要素を含む領域では、少なくとも１つのシーリング要素の一部が２つのプレート間の間隙に配置される。シーリング要素の材料は、射出成形によってプレートに適用される。

【0010】

公開された特許文献２もまた、射出成形によるバイポーラプレートブランクの表面側へのシールの適用を開示している。そのシールは、入口および／または出口領域を完全に囲む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５０１５３９２号明細書

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５００４８０３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の根底にある目的は、燃料電池スタックの製造と組み立てを簡素化する解決策を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この目的は、独立請求項の特徴を有するアセンブリによって達成される。

【0014】

本発明によれば、燃料電池スタック用のアセンブリが提供される。アセンブリは、極板と、極板に接着的（cohesively）に接続されたフレームとを備え、フレームは、極板から離れた側に、フレームに接続された少なくとも１つのシールを含む。

【0015】

本発明により、少なくとも１つのシールを有する極板が提供され、これにより、燃料電池スタックの連続生産、比較的薄い極板、および膜電極アセンブリの高度の利用が可能になる。これは、シールが極板に直接成形されるのではなく、フレームを介して極板に適用されるため、可能となる。それにより、極板の電圧ピークが防止される。

【0016】

好ましくは、フレームはプラスチックフィルムである。さらに、フレームは電気絶縁性であることが好ましい。特に、フレームはプラスチックフィルムである。フレームは、フィルム、特にラミネートフィルムとも呼ばれる。特に、シールの材料は、シリコーン、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ Ethylene Propylene Diene； Ｍグループ）、または燃料電池に適した別のシール材料である。特に、フレームは、シール以外の材料を含み、フレームとシール材料は、達成する目的に関して選択することができる。接着接続（cohesive connection）は、特に、接続部が材料を極板に周方向に密封して接続するように形成される。接着接続とは、原子または分子の力によって接続パートナーが互いに結合している接続のことである。この出願で言及されている接着性の接続は、特に接着（bonds）であり、接着用の接着剤として、特に熱可塑性プラスチックまたはエポキシドが使用される。

【0017】

好ましくは、アセンブリは、極板および／またはフレームに固定される膜電極アセンブリを備えることが提供される。極板および／またはフレームの「固定される」とは、極板および／またはフレームに「保持される」ことを意味する。したがって、アセンブリが積層されるという点で、燃料電池スタックを形成するために特に簡単な方法で組み立てることができるアセンブリが作成される。膜電極アセンブリは極板および／またはフレームに固定されているため、組立時の、極板および／またはフレームに対する膜電極アセンブリの正しい位置決めが保証される。膜電極アセンブリは、特に膜、好ましくは触媒被覆膜（ＣＣＭ）を含む。加えて、膜電極アセンブリは、膜の両側に配置されたガス拡散層を含むことができる。ガス拡散層は、特に、接着的に膜に接続することができる。フレームは、特に片側のみにシールを備えているため、両側にシールを製造する場合の問題は回避される。

【0018】

好ましくは、膜電極アセンブリの外側周辺領域は、フレーム、特にフレームの内側周辺領域と極板との間に少なくとも部分的に配置されることが提供される。したがって、膜電極アセンブリは、極板に確実にロックする方法で固定される。

【0019】

好ましくは、膜電極アセンブリは、極板上に固定され、膜電極アセンブリは、フレームおよび／または極板に接着的に接続される。

【0020】

本発明の好ましい実施形態によれば、フレーム、特にフレームの内側周縁領域は、膜電極アセンブリに、膜電極アセンブリの外側周縁領域に周方向に接着結合されることが提供される。したがって、膜電極アセンブリは、極板上に固定されるだけでなく、さらに、膜電極アセンブリの２つの対向する側面の互いに対する周方向の密封が確保される。この目的のために、フレームは、膜電極アセンブリの膜に周方向に接着的に接続されることが好ましい。

【0021】

本発明の追加の好ましい実施形態によれば、膜電極アセンブリ、特に膜電極アセンブリの外側周辺領域は、極性板に周方向に接着的に接続されることが提供される。これは、膜電極アセンブリの２つの対向する側面の互いに対する周方向の密封を保証するための代替または追加の可能性を表す。

【0022】

さらに、本発明によるアセンブリを含む燃料電池スタックが提供される。燃料電池スタックは、特に、本発明による複数の積層アセンブリを含み、それらのアセンブリの間に中間層が配置されないことが好ましい。取り扱いが容易なアセンブリにより、燃料電池スタックを特に簡単な方法で製造することができる。

【0023】

さらに、本発明による燃料電池スタックを含む車両が提供される。車両は、特に、燃料電池システムの燃料電池によって電気エネルギーが供給される車両を駆動するための電気モーターを備える。したがって、車両は燃料電池車とも呼ばれる。

【0024】

さらに、本発明によるアセンブリを製造するための本発明による方法が提供され、この方法は、フレーム上（フレームの領域内）にシールを製造するステップを備える。さらに、この方法は、極板とは反対側のフレームの側面にシールが配置されるように、極板にフレームを接着接続する後続のステップを備える。

【0025】

フィルムは、極板とは反対側のフレームの側面にのみ少なくとも１つのシール、つまり片側に配置、特に成形されたシールを含むため、その両側にシールを成形することができるように射出成型時に圧力を調整または補正しようとする際に発生する問題を回避することができる。

【0026】

好ましくは、接着接続は接着剤によって行われることが提供される。特に、フレームまたは極板は接着剤で（事前に）コーティングされている。好ましくは、フレームは、自己接着（self-adhesive）フレーム、特に接着フィルムのフレームである。さらに、フレーム上のシールの製造を簡素化するために、極板を接着剤でコーティングすることができる。接着剤によるコーティングは、プレスすることによって生じうる。

【0027】

本発明の好ましい実施形態によれば、シールの製造は、シールをフレーム上に成形することにより実行されることが提供される。したがって、すでに実証済みの射出成形法をシールの製造に使用することができる。

【0028】

好ましくは、この方法は、極板上に膜電極アセンブリを配置するステップを備えることが提供される。その工程またはその後で、膜電極アセンブリを極板に固定することができる。

【0029】

この目的のために、フレームの極板への接着接続のステップ中に、フレームの膜電極アセンブリへの接着接続が生じることが好ましい。したがって、フレームと膜電極アセンブリとの間にシール、特に周方向シールを生成することができる。

【0030】

代替的または付加的に、この方法は、膜電極アセンブリを極板に接着接続するステップを備えることが好ましい。したがって、極板と膜電極アセンブリとの間の周方向のシールが生成される。

【0031】

本発明の追加の好ましい実施形態は、従属請求項に記載された残余の特徴に起因する。

【0032】

本願で言及された本発明の異なる実施形態は、個々の場合において特段の指示がない限り、有利に互いに組み合わせることができる。

【0033】

本発明は、関連する図面を参照しながら実施形態の例に以下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】好ましい実施形態による燃料電池スタックを示す図である。

【図2】アセンブリの第１の好ましい実施形態の個々のコンポーネントを示す図である。

【図3】アセンブリの第１の好ましい実施形態を示す図である。

【図4】アセンブリの第２の好ましい実施形態の個々のコンポーネントを示す図である。

【図5】アセンブリの第２の好ましい実施形態を示す図である。

【図6】アセンブリの第３の好ましい実施形態の個々のコンポーネントを示す図である。

【図7】アセンブリの第３の好ましい実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１は、概略図で、好ましい実施形態による１００で示される燃料電池スタックを示す。燃料電池スタック１００は、燃料電池スタック１００によって電気エネルギーが供給される電気牽引モーターを備える、特に詳細には示されていない車両、特に電気自動車の一部である。

【0036】

燃料電池スタック１００は、複数の（積層された）アセンブリ１０を備え、これらのアセンブリ１０は、その平坦な側面に交互に一列に（積層されて）配置されている。アセンブリ１０はそれぞれ、極板１２および少なくとも１つのシール１４を含む。さらに、アセンブリはそれぞれ、膜電極アセンブリ（この図では見えない）を含むことができる。

【0037】

したがって、全体として、複数の積層されたアセンブリ１０または個々のセル１１は、燃料電池スタック１００を形成し、個々のセル１１の１つおよび全体としての燃料電池スタック１００の両方を燃料電池と呼ぶことができる。

【0038】

極板１２は、膜電極アセンブリ１０の間に配置される限り、バイポーラプレートとして形成することができる。燃料電池スタック１００のエンドプレート１６に最も近く配置される２つの極板１２は、モノポーラプレートと呼ばれる。極板１２とそれぞれの膜電極アセンブリとの間に、図示されていないアノードおよびカソード空間が配置され、これらは周囲シール１４によって区切られる。とりわけ、シール１４のシール機能を確立するために、燃料電池スタック１００は、クランプ装置１８によってスタック方向Ｓに一緒に押圧される（圧縮される）。この目的のために、クランプ装置１８は、２つのエンドプレート１６間に引張力を伝達し、エンドプレート１６は、この目的のために、クランプ装置１８は、燃料電池スタック１００のスタック方向Ｓに延びる。さらに、燃料電池スタック１００は、２つの集電装置２０を含む。

【0039】

図２は、アセンブリ１０の第１の好ましい実施形態の個々の構成要素を示す。アセンブリ１０は、個々の構成要素として、極板１０、例えばバイポーラプレートまたはモノポーラプレートを含む。さらに、アセンブリは、ラミネートフィルムであってもよいフレーム１３を含む。フレーム１３には、複数のシール１４または１つ≡≡の（共通の）シール１４のみが接続されている。以下では、「シール（seal）」と「複数のシール（seals）」という用語は同義語として使用する。アセンブリ１０はさらに、膜２４と、膜２４の両側に配置された触媒（明示せず）とを含む膜電極アセンブリ２２を含むことができる。膜２４は、触媒被覆膜２２（ＣＣＭ）として形成できる。さらに、膜電極アセンブリ２２は、膜２４の両側に配置されたガス拡散層２６を有することができる。ガス拡散層２６は、膜２４に接着することができる。

【0040】

シール１４は、例えば、シリコーンゴムまたはエチレンプロピレンジエンゴム（エチレンプロピレンジエン； Ｍグループ、ＥＰＤＭ）から製造することができる。

【0041】

アセンブリ１０を製造するために、まず、フレーム１３上にシール１４を成形することにより少なくとも１つのシール１４が製造される。通常、これは、射出成形プロセス（液体射出成形、ＬＩＭ）の射出成形で生じる。少なくとも１つのシール１４は、単一のシールまたは複数の別個のシールを含むことができる。シール１４は、フレーム１３の片側のみに成形（形成）されるため、射出成形プロセスが簡略化される。

【0042】

膜２４および極板１２に面するガス拡散層２６を含む膜電極アセンブリ２２は、極板１２上に配置される。膜２４およびガス拡散層２６は既に接着されていてもよい。極板１２から離れる側を向くガス拡散層２６は、（周方向に）他のガス拡散層２６よりもわずかに小さい設計であり、膜２４上に配置される。あるいは、２つのガス拡散層２６を膜に予め接着することもできる。極板１２に面する膜２４の側はアノード側であり、膜２４のもう一方の側はカソード側を形成する（またはその逆）。

【0043】

フレーム１３の極板１２への接着接続が生じるのは、フレーム１３上にシール１４が製造された後、特に、シール１４がフレーム１３の極板１２から離れる方向を向いた側に配置されるように製造された後のみである。

【0044】

図２および図３に示す本発明の第１の好ましい実施形態によれば、この目的のために、シール１４の製造の前または後にフレーム１３に接着剤２８をプレコートすることができる。接着剤２８は熱可塑性接着剤であってもよい。熱可塑性接着剤は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含むことができる。そのようなポリフッ化ビニリデンは、例えば、アルケマ（Arkema）社のキナー（Kynar）という商品名で知られている。

【0045】

接着接続のために、フレーム１３はシール１４とともに極板１２および膜電極アセンブリ２２上に配置または押圧され、加熱され、それにより熱可塑性接着剤が極板１２に接続される。接着剤２８は片側のフレーム１３と極板１２との間ならびに反対側の膜２４との間の周方向接着接続（２７）を表す。ここで、接着剤２８は、極板１２とは反対側の膜２４の側に対して周方向にフレーム１３を封止し、膜電極アセンブリ２２を固定する。極板１２とは反対側のガス拡散層２６は接着剤２８によって固定される。

【0046】

図３では、それにより、燃料電池スタック１００用のアセンブリ１０が製造され、これは、極板１２およびフレーム１３を含むことが分かる。フレーム１３は、極板１２に接着するように接続され、極板１２の反対側には、フレーム１３に接続された少なくとも１つのシール１４を備える。さらに、アセンブリ１０は、極板１２に固定された膜電極アセンブリ２２を含み、膜電極アセンブリ２２の外側の周辺領域は、フレーム１３の内側周辺領域と極板１２との間に少なくとも部分的に配置される。フレーム１３の内側周辺領域は、接着剤２８により膜電極アセンブリ２２の外側周辺領域に周方向に接着結合される。

【0047】

したがって、シール１４は、有利に製造可能な支持体、すなわち、シール１４を極板１２に接着するために使用されるフレーム１３上に製造することができる支持体上に配置されている。それにより極板１２には相対的に僅かな応力しか生じない。

【0048】

さらに、フレーム１３は、膜電極アセンブリ２２を極板１２に接合してアセンブリ１０を形成するために使用することができる。この目的のために、膜電極アセンブリ２２の個々の構成要素は、極板１２に関する切断後すぐに整列させることができ、それにより、最適な位置合わせが行われ、無駄が最小限に抑えられる。極板１２自体は、複数の個別の板（図示せず）を有することができる。接合されたアセンブリ１０により、燃料電池スタック１００は特に簡単な方法で組み立てることができる。加えて、膜電極アセンブリ、特に触媒被覆膜２４の材料の高度な利用が達成される。

【0049】

図４は、アセンブリ１０の第２の好ましい実施形態の個々の構成要素を示し、図５は、完成した製造状態のアセンブリ１０の第２の好ましい実施形態を示す。示される実施形態は、以下に言及される点を除いて、図２および３に示される実施形態に対応する。この実施形態により、（ＣＣＭの）膜２４の材料の潜在的に改善された利用が達成される。

【0050】

第１に、接着剤２８の追加の層が、極板１２上に適用、例えば、プレスされる。接着剤２８は、熱可塑性接着剤またはエポキシ（樹脂）とすることができる。これらの接着剤は、原則として、言及したすべての実施形態に適している。続いて、周方向にわずかに小さい寸法を有するガス拡散層２６が、極板１２、特に極板１２の凹部に配置される。図３に示す膜電極アセンブリ２２は、膜２４が極板１２と面一に配置されるように極板１２の凹部に配置することもできる。ここで、ガス拡散層２６は、極板１２に適用された接着剤２８の境界内に配置される。より大きいため、すでに配置されたガス拡散層２６に比較して周方向に突出する膜２４（ＣＣＭ）と、第２のガス拡散層２６と、が次いで極板１２上に配置される。膜２４および第２のガス拡散層２６は、予め接着することができる。同様に、２つのガス拡散層２６および膜２４を含む膜電極アセンブリ２２全体を予め接着することができ、その結果、膜電極アセンブリ２２のみが全体として極板１２上に配置される必要がある。

【0051】

上述の実施形態の製造とは異なり、膜電極アセンブリ２２は、次に、極板１２に周方向に接着的に接続される。したがって、接着剤２８は、周方向の接着接続（２７）をもたらし、したがって、膜電極アセンブリ２２の膜２４の外側周縁領域と、極板１２との間のシールをもたらす。続いてまたは同時に、再び接着剤２８またはアセンブリ１０全体が設けられたフレーム１３が加熱され、熱可塑性接着剤２８が、フレーム１３と極板１２との間に正のロック結合をもたらす。同時に、フレーム１３は、ガス拡散層２６および膜２４が極板１２上に保持されるように、極板１２とは反対側を向くガス拡散層２６にも接着される。

【0052】

図２および３に示す実施形態とは対照的に、フレーム１３は膜２４に接着されていない。フレーム１３の中央開口部を、フレーム１３が、極板１２から離れる方向に面する拡散層２６を極板１２上で保持しない点まで広げることも可能である。膜２４と極板１２との間、ならびに膜２４と極板１２から離れて面するガス拡散層２６との間の接着接続（２７）により、膜電極アセンブリ２２は、それにもかかわらず、極板１２上に保持される。

【0053】

図６は、アセンブリ１０の第３の好ましい実施形態の個々の構成要素を示し、図７は、組み立てられた状態のアセンブリ１０の第３の好ましい実施形態を示す。示される実施形態は、以下に言及される相違点を除いて、図４および５に示される実施形態に対応する。

【0054】

上記の２つの実施形態では、シール１４は熱可塑性接着剤２８でコーティングされたフレーム１３（ラミネートフィルム）に成形される。これには、接着剤２８の溶融温度より低い成形温度、あるいは、例えば、金型が接着剤２８を封入するという点で金型が接着剤を溶融し、流すのに適している成形温度のいずれかを要する。

【0055】

この実施形態によれば、既に述べた接着剤２８の１つが、例えば押圧されて、極板１２に適用される。ここで、接着剤２８は、例えば、個々のセル１１に作動媒体を供給するために使用される作動媒体チャネル３０、および極板１２の外側周辺領域など、シールされる領域の周りに塗布される。さらに、接着剤２８は、図４および図５から分かるように、極板１２に面するガス拡散層２６が挿入される極板１２の凹部の周囲（膜電極アセンブリ２２の後の周囲）に周方向に適用される。

【0056】

それにより、シール１４は、唯一の構成要素としてプラスチックフィルムのみを有するフレーム１３上に再び鋳造（成形）することができる。これは、極板１２上へのシール１４の直接成形よりも製造するのが潜在的に容易である。次いで、シール１４と共にフレーム１３を極板１２に接着結合（接着）する。膜電極アセンブリ２２も同様に、接着剤２８を用いることにより極板１２に接着結合される。

【0057】

膜電極アセンブリ２２の活性領域を覆わないように使用されるフレーム１３の窓は、極板１２とは反対側を向くガス拡散層２６が、極板１２（図７参照）に保持（固定）されるような寸法にすることができる。図４および図５の直前の実施形態に関して既に述べたように、窓は、フレームが極板１２とは反対側のガス拡散層２６のわずかに外側で終わる点まで拡大することもできる。

【0058】

全体として、本発明は、高出力密度のための比較的薄い構成要素が、同時に多数の部品を用いた連続生産に適していることを可能にする。
さらに、実施形態の解決策は互いに組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0059】

１０…アセンブリ
１１…個々のセル
１２…極板（polar plate）
１３…フレーム
１４…シール
１６…エンドプレート
１８…引張り（pulling）装置
２０…集電体
２２…膜電極アセンブリ
２４…膜／触媒被覆膜
２６…ガス拡散層
２７…接着接続
２８…接着剤
３０…作動媒体チャネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】