(57)【要約】  本発明は、燃料電池（１０）用のメンブレン電極アッセンブリ（２８）に関する。メンブレン電極アッセンブリ（２８）は、メンブレン電極ユニット（２０）と、第１の部分区間（４２）及び第２の部分区間（４４）を備える一体的なシール（３０）とを有する。メンブレン電極ユニット（２０）は、穿孔（３６）を備え、この穿孔に沿って、シール（３０）が、メンブレン電極ユニット（２０）の両側に延在し、シール（３０）の第１の部分区間（４２）が、メンブレン電極ユニット（２０）の第１の平坦面に配置され、第２の部分区間（４４）が、メンブレン電極ユニット（２０）の第２の平坦面に配置され、両部分区間（４２，４４）が、穿孔（３６）を経て互いに一体的に結合されている。加えて、本発明は、多数の本発明によるメンブレン電極アッセンブリ（２８）を有する燃料電池（１０）に関する。
2015532516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メンブレン電極ユニット（２０）と、第１の部分区間（４２）及び第２の部分区間（４４）を備える一体的なシール（３０）とを有する燃料電池（１０）用のメンブレン電極アッセンブリ（２８）において、
メンブレン電極ユニット（２０）が、穿孔（３６）を備え、この穿孔に沿って、シール（３０）が、メンブレン電極ユニット（２０）の両側に延在し、シール（３０）の第１の部分区間（４２）が、メンブレン電極ユニット（２０）の第１の平坦面に配置され、第２の部分区間（４４）が、メンブレン電極ユニット（２０）の第２の平坦面に配置され、両部分区間（４２，４４）が、穿孔（３６）を経て互いに一体的に結合されていること、を特徴とするメンブレン電極アッセンブリ（２８）。
【請求項２】
両部分区間（４２，４４）が、シール面（４８）を備え、第１の部分区間（４２）と第２の部分区間（４４）のシール面（４８）が、実質的に合同の垂直投影領域を、メンブレン電極ユニット（２０）上に投影すること、を特徴とする請求項１に記載のメンブレン電極アッセンブリ（２８）。
【請求項３】
メンブレン電極ユニット（２０）が、少なくとも一方の平坦面の周縁領域に周縁補強部（３８）を備え、シール（３０）が、周縁補強部（３８）に沿って延在すること、を特徴とする請求項１又は２に記載のメンブレン電極アッセンブリ（２８）。
【請求項４】
メンブレン電極ユニット（２０）の化学的活性領域（３２）が、シール（３０）によって環状に包囲されていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のメンブレン電極アッセンブリ（２８）。
【請求項５】
メンブレン電極ユニット（２０）の電極が、少なくとも実質的に、シール（３０）によって環状に包囲された化学的活性領域（３２）内に配置されていること、を特徴とする請求項４に記載のメンブレン電極アッセンブリ（２８）。
【請求項６】
メンブレン電極ユニットが、ガス拡散層（２４）を有し、これらガス拡散層が、シール（３０）によって環状に包囲された化学的活性領域（３２）内に配置されていること、を特徴とする請求項４又は５に記載のメンブレン電極アッセンブリ（２８）。
【請求項７】
メンブレン電極ユニット（２０）が、作動媒体を通過させるための少なくとも１つの開口（３４）を備え、この開口が、シール（３０）によって環状に包囲されていること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のメンブレン電極アッセンブリ（２８）。
【請求項８】
シール（３０）が、２つのシールリップ（４６）を備えること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のメンブレン電極アッセンブリ。
【請求項９】
交互に積み重ねられた多数の二極プレート（２６）と請求項１〜８のいずれか１項に記載のメンブレン電極アッセンブリ（２８）とを有する燃料電池（１０）。
【請求項１０】
二極プレート（２６）が溝を備え、これら溝に、シール（３０）の部分区間（４２，４４）が係合すること、を特徴とする請求項９に記載の燃料電池（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メンブレン電極ユニットと、２つの部分区間を有する一体的なシールとを有する燃料電池用のメンブレン電極アッセンブリに関する。加えて、本発明は、多数の本発明によるメンブレン電極アッセンブリを有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気エネルギーを発生させるために、酸素と燃料の水への化学変換を利用する。このため、燃料電池は、中核構成要素としていわゆるメンブレン電極ユニット（ＭＥＡ：ｍｅｎｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を包含し、このメンブレン電極ユニットは、イオン伝導性、特にプロトン伝導性のメンブレンと、このメンブレンの両側に配置されたそれぞれ１つの電極（陽極及び陰極）とから成る複合体である。加えて、メンブレン電極ユニットは、ガス拡散層を有し、これらガス拡散層は、通常は、メンブレン電極ユニットの両側で、電極のメンブレンとは反対の側に配置されている。通常、燃料電池は、スタック内に配置された多数のＭＥＡによって構成され、これらＭＥＡの電力は加算される。燃料電池の作動中、燃料、特に水素Ｈ２又は水素を含有するガス混合物は、陽極に供給され、ここで、電子を放出しつつＨ２からＨ＋への電気化学的酸化が行なわれる。反応室をガス密に互いに分離して電気的に絶縁する電解質又はメンブレンの上で、陽極室から陰極室へのプロトンＨ＋の（水と結びついた又は水のない）搬送が行なわれる。陰極に提供される電子は、電気伝導を介して陽極に導かれる。陰極には、酸素又は酸素を含有するガス混合物が供給されるので、電子を吸収しつつＯ２からＯ２−への還元が行なわれる。同時に陰極室で、これら酸素アニオンが、メンブレンを介して搬送されたプロトンと、水を生成させつつ反応する。化学エネルギーから電気エネルギーへの直接変換により、燃料電池は、カルノー因子の迂回に基づいて他の発電機に対して改善された効率を達成する。
【０００３】
現在最も発展させた燃料電池技術は、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）に基づくが、これらポリマー電解質膜の場合、メンブレン自身は、ポリマー電解質から成る。この場合、しばしば酸変性ポリマー、特にパーフルオロ化されたポリマーが使用される。このクラスのポリマー電解質の最も普及した代表者は、スルホン化されたポリテトラフルオロエチレンコポリマー（商品名：ナフィオン；テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルのスルホン酸フッ化物誘導体とから成るコポリマー）から成るメンブレンである。この場合、電解質伝導は、水和されたプロトンを介して行なわれ、それ故、プロトン伝導性のためには、水の存在が条件であり、ＰＥＭ燃料電池の作動中は、作動ガスに湿度を与えることが必要である。水の必要性に基づいて、これら燃料電池の最大作動温度は、標準圧力の場合は１００℃以下に限定されている。その電解質伝導性が、静電的な複合体形成によってポリマー電解質膜のポリマー構造に結び付いた電解質に基づき（例えばリン酸をドーピングしたポリベンジイミダゾール（ＰＢＩ）膜）、１６０℃の温度で作動させられる高温ポリマー電解質膜燃料電池（ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池）と区別して、この燃料電池タイプは、低温ポリマー電解質膜燃料電池（ＮＴ−ＰＥＭ燃料電池）とも呼ばれる。
【０００４】
冒頭で述べたように、燃料電池は、スタック内に配置された多数のシングルセルによって構成されるので、燃料電池スタックの話をする。メンブレン電極ユニットの間に、通常は、いわゆる二極プレートが配置され、これら二極プレートは、作動媒体の、即ち反応物質と通常は冷却液のシングルセルへの供給を保証する。加えて、二極プレートは、メンブレン電極ユニットに対する導電接触を生じさせる。
【０００５】
図１に、複数のシングルセル１４、２つのエンドプレート１６及び牽引要素１８を備える燃料電池スタック１２を有する燃料電池１０が、概略的に図示されている。シングルセル１４は、プロトン伝導性のメンブレン２２（ポリマー電解質膜）とこのメンブレン２２の両側に配置された電極（陽極及び陰極；図示されてない）とを備えるそれぞれ１つのメンブレン電極ユニット２０を有する。加えて、メンブレン電極ユニット２０は、両側にそれぞれ１つのガス拡散層２４を有することができ、その場合には、電極は、メンブレン２２とガス拡散層２４の間に配置されている。電極は、メンブレン２２の両側をコーティングされているか、いわゆるガス拡散電極としてのガス拡散層２４と結合されているかのいずれかとすることができる。メンブレン電極ユニット２０は、更にまた二極プレート２６の間に配置されている。二極プレート２６は、メンブレン電極ユニット２０に、そのガス拡散層２４を介して反応物質を供給し、このため、通常は、適当な通路が二極プレート２６内に設けられている。加えて、二極プレート２６は、隣接する２つのメンブレン電極ユニット２０を導電結合し、これにより、これらメンブレン電極ユニットは、直列に接続されている。末端の両二極プレート２６は、単極プレートとも呼ばれるが、それは、これらが、片側にしか、接続するメンブレン電極ユニット２０を提供せず、このためその一方の側にしか相応の通路を有しないからである。
【０００６】
メンブレン電極ユニット２０と二極プレート２６の間に、ここでは見ることのできないシールが配置され、これらシールは、陽極室及び陰極室を外に向かってシールし、燃料電池スタック１２からの作動媒体の流出を防止する。
【０００７】
シールの機能能力並びにメンブレン電極ユニット２０に対する二極プレート２６の導電接触を、振動時にも保証するため、燃料電池スタック１２は圧迫される。これは、通常は、複数の牽引要素１８と組み合わせた、燃料電池スタック１２の両端に配置された２つのエンドプレート１６を介して行なわれる。牽引要素１８は、張力をエンドプレート１６に導入するので、エンドプレート１６は、燃料電池スタック１２を圧縮する。
【０００８】
メンブレン電極ユニット２０と二極プレート２６の間に配置されたシールは、メンブレン電極ユニット２０及び／又は二極プレート２６の側に設けること、及び、特にこれら構成要素と結合することができる。
【０００９】
この目的のため、シールは、二極プレート２６の片側又は両側に加硫付けすることができる。更に、シールビードの形態のシールを、ロボットによって二極プレート２６に貼り着けることができる。ロボットによって貼り着けられるシールは、著しい許容差を備えることがあり、これら許容差は、リークを生じさせることがある。この問題には、これまではロボットによるシールビードの貼付けのプロセス最適化によって対処がなされた。
【００１０】
欧州特許第２  ２０１  １５７号明細書には、二極プレートの周縁領域にシール溝を有する二極プレートが記載されており、シール溝には、シール、特にＯリング又はシールリング及び／又は貼着け式のシールが導入されている。貼着け式のシールは、軟質のプラスチック又はエラストマーから成り、例えば多成分射出成形法で二極プレートに一体化することができる。
【００１１】
このようなシールバリエーションの場合、その間にメンブレン電極ユニットが位置する二極プレートの位置ズレは不都合であり、それは、位置ずれしたシールによって、比較的軟質のメンブレン電極ユニットが容易に変形し得るからである。
【００１２】
独国実用新案第２０  ２００５  ００８  ７４９号明細書には、両側を電極構造体でコーティングされかつ周縁領域内の少なくとも片側で電極構造体の間から突出するポリマーメンブレンを有するメンブレン電極ユニットが記載されている。ポリマーメンブレンは、部分的にエラストマー材料から成るシール体内に埋設されている。埋設は、特にシール体の鋳包み又は鋳付けによって行なわれる。加えて、ポリマーメンブレンの両側の電極構造体は、シール体によってオーバーラップされる。この場合、ポリマーメンブレンの周縁領域は、特に物質融合式にシール体内に埋設されている。シール体は、例えばシールリップ又はシール溝の形態のシール構造を備えることができ、これらシール構造は、例えばメンブレン電極ユニットの電気化学的活性領域をフレーム状に包囲する。
【００１３】
米国特許第６，０５７，０５４号明細書には、メンブレン電極ユニットの多孔質の電極層に浸透したメンブレン電極ユニット用のシールが記載されている。シールは、例えば射出成形法によって、特に真空を加えて形成される。
【００１４】
欧州特許第１  ６０８  ０３３号明細書では、互いに位置ずれしたチャンバーを特徴とする、改善されたリブ構造を有するメンブレン電極ユニット用のシールが提案されている。これは、リブ構造の均質な剛性分布を生じさせる。シールは、メンブレン電極ユニットの、浸透部を備える周縁領域を包囲する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】欧州特許第２  ２０１  １５７号明細書
【特許文献２】独国実用新案第２０  ２００５  ００８  ７４９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０５７，０５４号明細書
【特許文献４】欧州特許第１  ６０８  ０３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の根底にある課題は、確実にメンブレン電極ユニットに位置決めされたシールを有するメンブレン電極ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この課題は、請求項１の特徴を有するメンブレン電極アッセンブリによって解決される。本発明の別の好ましい形成は、従属請求項に記載された残りの特徴からわかる。
【００１８】
本発明による燃料電池用のメンブレン電極アッセンブリは、メンブレン電極ユニットと、第１の部分区間及び第２の部分区間を備える一体的なシールとを有するメンブレン電極アッセンブリを有する。メンブレン電極ユニットが、穿孔を備え、この穿孔に沿って、シールが、メンブレン電極ユニットの両側に延在し、シールの第１の部分区間が、メンブレン電極ユニットの第１の平坦面に配置され、第２の部分区間が、メンブレン電極ユニットの第２の平坦面に配置され、両部分区間が、穿孔を経て互いに一体的に結合されている。
【００１９】
本発明によるメンブレン電極アッセンブリにより、シールは、噛合い係合式にメンブレン電極ユニットと結合されている。典型的に、穿孔及び穿孔を経て延在するシールによって、多数の噛合い係合式の結合箇所が提供される。
【００２０】
メンブレン電極ユニットは、通常は、少なくとも部分的に２つの電極の間に配置されたメンブレンを有する。加えて、メンブレン電極ユニットは、ガス拡散層を有し、メンブレンは、２つの電極と共にガス拡散層の間に配置されている。
【００２１】
好ましくは、メンブレン電極ユニット（ＭＥＡ）に対する両部分区間の垂直投影は、合同の領域を有し、メンブレン電極ユニットは、合同の領域内に穿孔を備える。穿孔は、ＭＥＡを貫通する切欠きを、任意の形態、例えば円形で、任意の配置、即ち規則的又は不規則な間隔で、及び、任意の数、しかしながら少なくとも１つで、有する。通常、シールは、閉じられ環状に形成されているので、シールは、メンブレン電極ユニットの一部を包囲する。
【００２２】
両部分区間は、第１の部分区間がメンブレン電極ユニットの第１の主面（第１の平坦面）に沿って延在し、第２の部分区間がメンブレン電極ユニットの第２の主面（第２の平坦面）に沿って延在することによって、メンブレン電極ユニットの両側に延在する。
【００２３】
好ましくは、両部分区間が、シール面を備え、第１の部分区間と第２の部分区間のシール面が、実質的に合同の垂直投影領域を、メンブレン電極ユニット上に投影する。シール面は、例えば二極プレートの相手面に当接してシールするために形成された面である。特に好ましくは、シール面が、メンブレン電極ユニット（もしくはこのメンブレン電極ユニット内に位置する平面）に対して鏡面対称に形成されている。
【００２４】
特に、メンブレン電極ユニットが、少なくとも一方の平坦面の周縁領域に周縁補強部を備え、シールが、周縁補強部に沿って延在する。周縁補強部により、メンブレン電極ユニットの周縁領域を補強することができる。特に、メンブレン電極ユニットは、両平坦面にそれぞれ１つの周縁補強部を有し、これら周縁補強部の間に、メンブレン電極ユニットが配置されている。この場合、シールの両部分区間は、両周縁補強部に沿って延在する。
【００２５】
周縁補強部用の好ましい材料は、金属、紙又はプラスチックである。特に、周縁補強部は、プラスチックから成る周縁補強フィルムである。特に、周縁補強フィルムは、ＰＥＮフィルム（ポリエチレンナフタレート）であるか、周縁補強フィルムがＰＥＮを有する。
【００２６】
本発明の好ましい形成によれば、メンブレン電極ユニットが、調心ロッドを通すための調心開口を備え、メンブレン電極ユニットが、電気的に絶縁するスペーサを有し、これらスペーサが、調心開口の周囲に配置され、メンブレン電極ユニットの面の広がりに対して直角な方向に延在する。スペーサにより、調心開口を経る２つの二極プレートの短絡が防止されることによって、短絡に対する安全性が高められる。特に、スペーサは、シールと同じ材料から形成されている。スペーサは、有利には、同じ射出成形プロセスで、シールと同時にメンブレン電極ユニットに射出形成することができる。これは、余分な部品としての絶縁ディスクを必要としないので、結果的にコスト削減を生じさせる。特に、スペーサは、メンブレン電極ニットの両側に配置され、特に別の穿孔を経て互いに一体的に結合されている。好ましくは、スペーサが、調心開口を環状に包囲する。
【００２７】
特に、作動中に作動媒体の作用を受けるメンブレン電極ユニットの化学的活性領域が、シールによって環状に包囲されている。シールが化学的活性領域を包囲することにより、反応物質及び反応生成物がメンブレン電極アッセンブリを有する燃料電池から流出することが阻止される。
【００２８】
本発明の好ましい形成によれば、メンブレン電極ユニットの電極が、少なくとも実質的に、シールによって環状に包囲された化学的活性領域内に配置されている。この形成により、電極の広がりは、少なくとも実質的に化学的活性領域に限定され、これにより、材料及びコストが節約される。実質的に、この関係で、化学的活性領域外の電極の面積が、化学的活性領域内の電極の面積の好ましくは３０％以下、特に好ましくは１５％以下に相当することを意味する。特に、電極は、完全にシールによって環状に包囲されており、即ち、シール外には、電極面が存在しない。
【００２９】
特に、メンブレン電極ユニットが、ガス拡散層を有し、これらガス拡散層が、シールによって環状に包囲された化学的活性領域内に配置されている。従って、この形成により、シール外の周縁領域には、ガス拡散層が存在しない。この形成により、ガス拡散層は、シール内の化学的活性領域に限定され、これにより、コストが節約され、メンブレン電極アッセンブリの全高が低減され得るが、それは、シールが比較的厚肉のガス拡散層外に配置されているからである。
【００３０】
本発明の特に好ましい形成では、シールが配置されたメンブレン電極ユニットの周縁領域が、メンブレンと特に両側の周縁補強部だけを有する。
【００３１】
好ましくは、メンブレン電極ユニットが、作動媒体を通過させるための少なくとも１つの開口を備え、この開口が、シールによって環状に包囲されている。作動媒体を通過させるための開口は、メンブレン電極ユニットに作動媒体を供給するために使用される。これにより、燃料電池スタックは、コンパクトかつ省スペースに作動媒体を供給され得る。作動媒体は、反応物質、即ち燃料（例えば水素）及び酸化剤（例えば酸素又は空気）と、冷媒、特に冷却液を含む。更に、反応生成物（例えば水）は、メンブレン電極ユニットの通路を介して排出することができる。
【００３２】
本発明の好ましい形成によれば、化学的活性領域と作動媒体を通過させるための開口とが、シールによって共に環状に包囲され、一重に互いに分離されている。従って、シールは、作動媒体を通過させるための開口の周囲と化学的活性領域の周囲とに延在し、これら両方を互いに分離する。この場合、作動媒体を通過させるための開口と化学的活性領域は、シールによって二重ではなく、単に一重に互いに分離される。
【００３３】
特に、シールは、物質融合式にメンブレン電極ユニットと結合されている。従って、シールとメンブレン電極ユニットの間の噛合い係合式の結合以外に、付加的にシールとメンブレン電極ユニットの間の物質融合式の結合も実現されている。これは、典型的に、当該材料の部分的な鋳付け下でのメンブレン電極ユニットへのシールの射出形成によって実現可能である。
【００３４】
好ましくは、シールが、２つのシールリップを備え、これらシールリップは、部分区間の相応の成形によって構成される。これにより、互いに依存しない２つのシールラインが、即ち実質的に２つのシール領域が生じ、これらシール領域は、リークに対する二重の安全を生じさせる。典型的に、２つのシールリップは、シールされる領域の周囲に延在する。
【００３５】
更に、燃料電池を提供する。燃料電池は、交互に積み重ねられた多数の二極プレートと本発明によるメンブレン電極アッセンブリとを有する。典型的に、シールの部分区間は、メンブレン電極ユニットと二極プレートの間の空間をシールする。本発明によるメンブレン電極アッセンブリにより、燃料電池内でのシールの特に確実な固定が可能にされる。シールが噛合い係合式にメンブレン電極ユニットと結合されていることにより、組立て時又は燃料電池の作動中、ショールの両部分区間は、メンブレン電極ユニット上では位置ずれすることができない。
【００３６】
特に、シールの両部分区間は、対応付けされた二極プレートの溝に係合する。典型的に、シールとこれに対応付けされた二極プレートの間のシール領域は、溝の溝底に存在する。従って、二極プレート内でのシール噛合い係合式の固定が得られている。
【００３７】
更に、以下のステップを有する本発明によるメンブレン電極アッセンブリの製造方法を提供する：
１）射出成形機の開放された射出成形型内にメンブレン電極ユニットを挿入する。
２）射出成形型を閉鎖する。
３）架橋すべきポリマー又はモノマー及び場合によっては架橋剤を含む反応混合物を射出成形型内へ射出する。
４）架橋及び／又は重合を生じさせるために所定の持続時間にわたって反応混合物を加熱する。
５）射出成形型を開放する。
６）メンブレン電極アッセンブリを取り出す。
【００３８】
更に、本発明による燃料電池を有する自動車を提供する。燃料電池は、特に電流を自動車の電気駆動装置に供給するために使用される。
【００３９】
本発明を、以下で添付図による実施例で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】燃料電池
【図２】本発明によるメンブレン電極アッセンブリの支持構造の斜視図
【図３】本発明によるメンブレン電極アッセンブリの平面図と拡大した詳細図及び断面図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１には、従来技術を説明するために、既に立ち入った。本発明による燃料電池は、基本的に図１による構成を備えるが、本発明によるメンブレン電極アッセンブリを含んでいる。
【００４２】
図２は、本発明によるメンブレン電極アッセンブリ２８を、発明の好ましい形成で示す。メンブレン電極アッセンブリ２８は、メンブレン電極ユニット２０（ＭＥＡ）とシール３０とを有する。メンブレン電極ユニット２０は、典型的に化学的活性領域３２を備え、更に、作動媒体を通過させるための開口３４も備えることができる。
【００４３】
化学的活性領域３２と作動媒体を通過させるための開口３４とは、示したようにシール３０によって共に環状に包囲することができ、シールによって一重に互いに分離されている。
【００４４】
以下で、図３に基づいて図２に示したメンブレン電極アッセンブリ２８の構成に関する更なる詳細を説明する。このため、図３は、本発明によるメンブレン電極アッセンブリ２８を、平面図と拡大した詳細図及び断面図によって発明の好ましい形成で示す。
【００４５】
図２に示した図に対して付加的に、メンブレン電極ユニット２０の、平面図で本来はシール３０によって覆われた穿孔３６が概略的に図示されており、この穿孔は、詳細Ｄに拡大して図示されている。穿孔は、規則的な間隔で配置された多数の空所を有し、これら空所が、メンブレン電極ユニット２０を貫通する。空所は、例えば示したように円形の形を備えることができ、それぞれの適用例に調和させられている。
【００４６】
穿孔３６の空所の１つを経る切断平面に応じた断面図Ａ−Ａにおいて、メンブレン電極ユニット２０とシール３０の構成が明らかである。
【００４７】
メンブレン電極ユニット２０は、その化学的活性領域に、典型的にメンブレン２２（ポリマー電解質膜）を有し、このメンブレンは、図示してない電極（陽極又は陰極）の間に配置され、これら電極は、メンブレン２２の触媒コーティングとして形成することができる。加えて、メンブレン電極ユニット２０は、示したように、２つのガス拡散層２４を有し、これらガス拡散層は、電極と共にメンブレン２２に隣接する。本発明の図３で示した好ましい形成によれば、電極とガス拡散層２４は、化学的活性領域３２に限定される。これにより、電極とガス拡散層２４用の材料を節約することができる。典型的に、メンブレン２２は、しばしば化学的活性領域３２を経て延在し、メンブレン電極ユニット２０の周縁領域へシームレスで移行する。
【００４８】
周縁領域で、メンブレン電極ユニット２０のメンブレン２２は、２つの周縁補強フィルム３８の間に配置され、これら周縁補強フィルムは、いわゆる周縁補強部を構成する。周縁補強フィルム３８は、典型的に非常に薄い可撓性のメンブレン２２の機械的安定化のために使用される。加えて示した例では、周縁補強部は、シール３０のキャリヤとして使用される。この詳細な構成は、特に断面図Ａ−Ａと比べて更に拡大された詳細図Ｒにおいて明らかである。周縁補強フィルム３８は、ＰＥＮフィルム（ポリエチレンナフタレート）であるか、ＰＥＮを有することができる。接着剤４０、例えばアクリル接着剤により、周縁補強フィルム３８は、更にメンブレン２２と物質融合式に結合することができる。
【００４９】
化学的活性領域３２と周縁領域の間のできるだけ安定した移行を可能にするため、メンブレン電極ユニット２０は、周縁補強フィルム３８とガス拡散層２４がオーバーラップする移行領域を備える。
【００５０】
断面図Ａ−Ａには、更にシール３０が断面にして図示されている。シール３０は、メンブレン電極ユニット２０の第１の平坦面に配置された第１の部分区間４２と、メンブレン電極ユニと２０の第２の平坦面に配置された第２の部分区間４４とを有する。両部分区間４２，４４は、穿孔３６を経て互いに一体的に結合されている。穿孔３６の空所を介して、メンブレン電極ユニット２０へのシール３０の噛合い係合式の機械的結合が行なわれる。断面図Ａ−Ａで、第１の部分区間４２は、メンブレン電極ユニットの上に配置され、第２の部分区間４４は、メンブレン電極ユニットの下に配置されている。両部分区間４２，４４は、成形部、例えば示したようにそれぞれ２つのシールリップ４６を形成することができ、これらシールリップ４６のいずれも、シール面４８を備える。
【００５１】
示した形成では、第１の部分区間４２と第２の部分区間４４のシール面４８は、実質的に合同の垂直投影領域をメンブレン電極ユニット上に備える。両部分区間４２，４４は、この例ではメンブレン２２を経て延在する鏡面に対して鏡面対称である。これにより、燃料電池１０内のシール３０の圧縮時に、メンブレン電極ユニット２０の変形が回避される。
【００５２】
メンブレン電極ユニット２０は、調心ロッドを通すための図示してない調心開口を備えることができる。この調心開口の周囲で、メンブレン電極ユニット２０の両側に、電気的に絶縁するスペーサをメンブレン電極ユニット２０上と、特に周縁補強フィルム３８上に配置することができる。電気的に絶縁するスペーサの取付けは、特にシール３０の取付けと同じ製造ステップで行なわれる。特に、スペーサは、シール３０と同じ材料から成ることができる。シール３０と同様に、スペーサの周囲に閉じられて延在し、別の穿孔を介して互いに一体的に結合することができる。電気的に絶縁するスペーサにより、燃料電池１０内で、メンブレン電極アッセンブリ２８に隣接する二極プレート２６の導電接触が防止される。二極プレート２６は、スペーサなしで、調心開口を経て突出し、接触することがあり、これにより、短絡を生じさせることがある。
【００５３】
本発明によるメンブレン電極アッセンブリ２８は、例えば成形されるシールをメンブレン電極ユニット２０の周縁補強部上へ射出形成する（メンブレン電極ユニットを射出被覆する）ことによって製造することができる。このため、メンブレン電極ユニット２０は、射出成形機の開放した射出成形型内へ挿入される。次いで、射出成形型が閉鎖され、未架橋のポリマー又はモノマーが、シール３０のエラストマーを生じさせるために射出成形型内へ注入される。その後、射出成形型が開放され、メンブレン電極アッセンブリ２８が取り出される前に、架橋及び／又は重合を生じさせるために、所定の持続時間にわたってシール３０のポリマーの加熱（昇温）が行なわれる。この射出形成工程により、特にシール３０とメンブレン電極ユニット２０、示した例では周縁補強フィルムとの間の物質融合式の結合を得ることができる。
【００５４】
燃料電池１０内に本発明によるメンブレン電極アッセンブリ２８を配置する場合、交互にメンブレン電極アッセンブリ２８と二極プレート２６が燃料電池スタック１２に積み重ねられている。本発明による燃料電池１０は、既に検討したように、基本的に図１による構成を備えるが、本発明により、本発明によるメンブレン電極アッセンブリ２８を含んでいる。燃料電池スタック１２は、圧迫されるので、メンブラン電極アッセンブリ２８のシール３０が圧縮される。これにより、シール３０、特にその部分区間４２，４４は、そのシール面４８において、それぞれ１つのメンブレン電極アッセンブリ２８と二極プレート２６の間の空間を環状にシールする。これら空間は、特に化学的活性領域３２と作動媒体を通過させるための開口３４を包囲する。
【００５５】
これは、好ましくは、両部分区間４２，４４が二極プレートの溝に係合する、即ち少なくとも部分的に溝内に配置されることによって、及び、特に、シール面４８が、溝の溝底に押し付けられることによって、行なわれる。これにより、メンブレン電極ユニット２０とシール３０の噛合い係合式の結合に対して付加的に、隣接する二極プレート２６とシール３０の噛合い係合式の結合も与えられている。従って、シール３０は、二極プレート２６に対するメンブレン電極アッセンブリ２８の位置ズレに対して鈍感であるが、それは、シールリップが、曲げ強度を有する二極プレートのシール溝に対して密接しているからである。
【００５６】
シール３０により、約１ｍｍのセル間隔（その間にメンブレン電極アッセンブリ２８が位置する１つの二極プレート２６の中心から次に配置された二極プレート２６の中心までの垂直間隔）を有する特に金属の燃料電池スタック１２のシールが実現可能である。これから、圧迫された状態で周縁補強部と二極プレートの間に約０．４ｍｍしかないシールの部分区間４２，４４の高さが生じる。
【符号の説明】
【００５７】
１０    燃料電池
１２    燃料電池スタック
１４    シングルセル
１６    エンドプレート
１８    牽引要素
２０    メンブレン電極ユニット
２２    メンブレン
２４    ガス拡散層
２６    二極プレート
２８    メンブレン電極アッセンブリ
３０    シール
３２    科学的活性領域
３４    作動媒体を通過させるための開口
３６    穿孔
３８    周縁補強フィルム
４０    接着剤
４２    第１の部分区間
４４    第２の部分区間
４６    シールリップ
４８    シール面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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