本發(fā)明涉及一種用于燃料電池堆的電化學(xué)單元，在該燃料電池堆中，分別具有電化學(xué)單元的多個(gè)燃料電池單元沿著堆疊方向依次排布，其中，電化學(xué)單元包括膜電極單元，膜電極單元具有陽極側(cè)的電化學(xué)活性面，通過陽極側(cè)的電化學(xué)活性面能將可燃?xì)怏w輸送給膜電極單元的陽極，并且陽極側(cè)的電化學(xué)活性面具有由陽極側(cè)的邊緣限定元件限定的外邊緣，膜電極單元還具有陰極側(cè)的電化學(xué)活性面，通過陰極側(cè)的電化學(xué)活性面能將氧化劑輸送給膜電極單元的陰極，并且陰極側(cè)的電化學(xué)活性具有由陰極側(cè)的邊緣限定元件限定的外邊緣。

背景技術(shù)：

在其內(nèi)沿著堆疊方向彼此相疊地布置有多個(gè)燃料電池單元的燃料電池堆中，不同的媒介在燃料電池單元的不同平面中以及視設(shè)計(jì)而定地也在同一平面的不同區(qū)域中被導(dǎo)引。這些媒介可以尤其是陽極側(cè)的流體(可燃?xì)怏w)、陰極側(cè)的流體(氧化劑)以及必要時(shí)還指的是冷卻流體。

這些被導(dǎo)引通過燃料電池堆的媒介應(yīng)當(dāng)既不互相混合也不從電化學(xué)電池中溢出，因此在多個(gè)平面中都需要密封裝置。

彼此相鄰的電化學(xué)單元分別通過隔板或雙極板彼此分開。

密封裝置可以作為單獨(dú)的部件置入燃料電池堆中或固定在雙極板上或固定在用于燃料電池單元的電化學(xué)單元的組成部分上，例如固定在氣體擴(kuò)散層上或在膜電極單元上。

由于操作和制造中的優(yōu)勢以及由于簡單的密封實(shí)施方案，通常優(yōu)選將密封裝置固定在雙極板上或氣體擴(kuò)散層上。這一點(diǎn)可以例如通過將特別是由彈性體材料制成的密封裝置噴濺到雙極板的層上或氣體擴(kuò)散層上完成。

在這種密封配置中，固定在雙極板上或氣體擴(kuò)散層上的密封裝置與在膜電極單元的邊緣區(qū)域中固定在膜電極單元上(特別是在以催化劑涂層的膜(ccm)上)的邊緣增強(qiáng)設(shè)施的組合被證實(shí)是合適的，其中，邊緣增強(qiáng)設(shè)施充當(dāng)用于密封裝置的對(duì)應(yīng)部件，有助于防止膜電極單元的不利的機(jī)械負(fù)荷且同時(shí)確保了膜電極單元的電化學(xué)活性區(qū)域到膜電極單元的邊緣區(qū)域的有利的連接。

這種邊緣增強(qiáng)設(shè)施例如在ep1403949b1中公開。

這種邊緣增強(qiáng)設(shè)施也被稱為子墊圈(sub-gasket)。

這種邊緣增強(qiáng)設(shè)施可以包括一個(gè)或多個(gè)層，其中，常見的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)層，這兩個(gè)層被布置在形式為環(huán)繞式框的膜電極單元的兩個(gè)彼此對(duì)置的側(cè)上。

在制造燃料電池堆時(shí)，每個(gè)燃料電池單元的雙極板、氣體擴(kuò)散層、膜電極單元、密封裝置和必要時(shí)邊緣增強(qiáng)設(shè)施(子墊圈)都必須相對(duì)彼此進(jìn)行定位，其中，這些部件可以單獨(dú)地或作為已經(jīng)至少部分地相互連接的組件被組裝起來。

在使用邊緣增強(qiáng)設(shè)施時(shí)，邊緣增強(qiáng)設(shè)施的邊緣增強(qiáng)層必須相對(duì)膜電極單元來定位。在兩件式的邊緣增強(qiáng)設(shè)施中，邊緣增強(qiáng)設(shè)施的第二邊緣增強(qiáng)層也必須相對(duì)膜電極單元和/或相對(duì)邊緣增強(qiáng)設(shè)施的第一邊緣增強(qiáng)層來定位。

兩個(gè)氣體擴(kuò)散層必須分別相對(duì)由膜電極單元和邊緣增強(qiáng)設(shè)施構(gòu)成的單元來定位。

由膜電極單元和邊緣增強(qiáng)設(shè)施構(gòu)成的單元然后必須相對(duì)雙極板和密封裝置來定位，其中，密封裝置可以在雙極板上和/或在邊緣增強(qiáng)設(shè)施上使用。

沿堆疊方向看，在膜電極單元的兩個(gè)彼此對(duì)置的側(cè)(主表面)上的電化學(xué)活性區(qū)域(與陽極側(cè)的或陰極側(cè)的催化劑子層鄰接)視結(jié)構(gòu)的類型而定地被邊緣增強(qiáng)設(shè)施限界或被密封元件限界，其中，電化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生在所述電化學(xué)活性區(qū)域中，密封元件分別與膜電極單元處于直接接觸且由此禁止了在陽極或陰極上朝著膜電極單元的氣體流動(dòng)。

在公知的燃料電池單元中，在膜電極單元的兩側(cè)上的電化學(xué)活性面在名義上分別大小相同且沿著堆疊方向看全等地實(shí)施，其中，電化學(xué)活性面由邊緣增強(qiáng)設(shè)施的大小和/或位置或者由密封裝置來限定。

由于單個(gè)部件的制造公差和單個(gè)部件以及組件在組裝中的定位公差，由密封裝置或邊緣增強(qiáng)設(shè)施的邊緣增強(qiáng)層限定的電化學(xué)活性區(qū)域在膜電極單元的兩個(gè)側(cè)上可能在有些地方(沿垂直于堆疊方向取向的方向)彼此移位地布置。因此可能局部地在膜電極單元的邊緣區(qū)域中產(chǎn)生若干區(qū)段，在這些區(qū)段中，膜電極單元僅在一側(cè)被邊緣增強(qiáng)設(shè)施或密封裝置遮蓋，并且在這些區(qū)段中，膜電極單元的電化學(xué)活性區(qū)域從另一側(cè)(陽極或陰極)被供以反應(yīng)氣體。當(dāng)現(xiàn)在膜電極單元的一個(gè)區(qū)域僅被供以氧化劑時(shí)，那么在這個(gè)局部限界的區(qū)域中膜電極單元缺乏可燃?xì)怏w(通常是含氫的氣體)的供應(yīng)會(huì)導(dǎo)致加劇老化效應(yīng)。在此運(yùn)行的機(jī)制在文獻(xiàn)書籍已作詳細(xì)探討，主要涉及由于燃料電池被水部分淹沒而堵塞氣體路徑，例如在《electrochemicalandsolid-stateletters(電化學(xué)與固體快報(bào))》9(4)(2006)，a183至a185頁中，在《ecstransactions(電化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊)》3(1)(2006)，811至825頁中以及在《internationaljournalofheatandmasstransfer(傳熱和傳質(zhì)國際期刊)》50(2012)，4745至4765頁中。

在供應(yīng)不足的區(qū)域中的膜(電解質(zhì))電勢尤其因?yàn)榭扇細(xì)怏w的局部不充分的供應(yīng)以及與之關(guān)聯(lián)的陽極上氫氣的氧化的減少而下降。在陽極上和陰極上的電極電勢大幅上升，因此可能出現(xiàn)膜電極單元的部件的電化學(xué)損傷或化學(xué)損傷。

因此，在陽極側(cè)的和陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的邊緣區(qū)域中由于密封裝置或邊緣增強(qiáng)設(shè)施的相對(duì)移位引起的在膜電極單元的陽極側(cè)上的氣體路徑的局部阻塞可能在這個(gè)局部限界的區(qū)域中會(huì)對(duì)催化劑子層的老化和膜電極單元的膜的老化有加速作用。幾個(gè)十分之一毫米的移位量在燃料電池的很高的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間下就已經(jīng)可能導(dǎo)致很強(qiáng)的老化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種本文開頭所述類型的用于燃料電池堆的電化學(xué)單元，在該電化學(xué)單元中，避免了由于向膜電極單元的若干區(qū)域僅供應(yīng)氧化劑而引起的膜電極單元的加劇的老化。

通過本發(fā)明，該技術(shù)問題在具有權(quán)利要求1的前序部分的特征的電化學(xué)單元中通過如下方式解決，即，膜電極單元的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣至少區(qū)段式地相對(duì)膜電極單元的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣沿著垂直于堆疊方向延伸的方向向外移位。

本發(fā)明基于這樣的構(gòu)想，即，電化學(xué)單元被有意地這樣設(shè)計(jì)，使得膜電極單元的被供以可燃?xì)怏w的陽極側(cè)的電化學(xué)活性區(qū)域至少區(qū)段式地在側(cè)向突出超過膜電極單元的被供以氧化劑的陰極側(cè)的電化學(xué)活性區(qū)域。由此避免了，由于單個(gè)部件的制造公差和/或單個(gè)部件和組件在組裝時(shí)的定位公差而產(chǎn)生膜電極單元的如下區(qū)域，該區(qū)域在陰極側(cè)被供以氧化劑，但在陽極側(cè)沒有被供以可燃?xì)怏w。

更確切地說，有意地假設(shè)的是，通過膜電極單元的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面相對(duì)膜電極單元的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的至少局部的擴(kuò)大，在膜電極單元上產(chǎn)生了如下區(qū)域，這些區(qū)域在陽極側(cè)被供以可燃?xì)怏w，但在陰極側(cè)沒有被供以氧化劑。

這個(gè)構(gòu)想基于這樣的認(rèn)識(shí)，即，加劇的老化機(jī)理不是源于僅在一側(cè)向膜電極單元供以用于膜電極單元的可燃?xì)怏w，并且就膜電極單元的耐久度來說，僅在一側(cè)向膜電極單元供以可燃?xì)怏w比相反的情況(在一側(cè)向膜電極單元供以氧化劑)更好。

電化學(xué)活性面的陽極側(cè)和陰極側(cè)的邊緣限定元件(它們?cè)诖怪庇诙询B方向延伸的平面中向外限界出膜電極單元的電化學(xué)活性面)在此優(yōu)選以如下方式實(shí)施，使得被供以可燃?xì)怏w的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面在移位的區(qū)域中在側(cè)向突出超過被供以氧化劑的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面，并且使得被供以可燃?xì)怏w的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣相對(duì)被供以氧化劑的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣在垂直于堆疊方向延伸的平面中至少區(qū)段式移位地布置。

特別有利的是，陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣在其整個(gè)長度的至少三分之二上，特別是在其整個(gè)長度的至少90％上，尤其優(yōu)選在其基本上整個(gè)長度上相對(duì)陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣沿著垂直于堆疊方向延伸的方向向外移位。

除了膜電極單元的在其內(nèi)確保了兩側(cè)供應(yīng)反應(yīng)氣體，亦即氧化劑和可燃?xì)怏w的區(qū)域之外，產(chǎn)生了僅在一側(cè)供應(yīng)可燃?xì)怏w的區(qū)域，更確切地說優(yōu)選在膜電極單元的環(huán)繞的邊緣上產(chǎn)生了這樣的區(qū)域。對(duì)于膜電極單元來說，加劇的老化機(jī)理并不是源于局部僅供應(yīng)可燃?xì)怏w。

垂直于堆疊方向?qū)δる姌O單元的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面和陰極側(cè)的電化學(xué)活性面進(jìn)行限界的部件，特別是密封元件和/或邊緣增強(qiáng)設(shè)施以如下方式實(shí)施，使得即使在充分考慮到電化學(xué)單元的部件的制造公差和組裝公差時(shí)，在膜電極單元的任何一個(gè)區(qū)域內(nèi)，陰極側(cè)的電化學(xué)活性面都不會(huì)大于陽極側(cè)的電化學(xué)活性面。

針對(duì)移位量v的額定大小，即，針對(duì)陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣優(yōu)選至少區(qū)段式地，特別是在這些邊緣的整個(gè)長度的至少90％上，特別優(yōu)選在這些邊緣的整個(gè)長度上相對(duì)陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣向外所移位的移位量的額定大小為至少約0.1mm，特別是至少約0.2mm。

為了使膜電極單元的僅被供以可燃?xì)怏w的區(qū)域(在其上不會(huì)發(fā)生電化學(xué)的反應(yīng))不會(huì)過大，有利的是，針對(duì)移位量v的額定大小,即，針對(duì)陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣至少區(qū)段式地，優(yōu)選在這些邊緣的整個(gè)長度的至少90％上，特別是在這些邊緣的整個(gè)長度上相對(duì)陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣向外所移位的移位量的額定大小最大約為0.6mm，特別是最大約為0.4mm。

特別有利的是，陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣在任何部位上都不會(huì)相對(duì)陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣沿著垂直于堆疊方向的方向向內(nèi)移位。

在本發(fā)明的一種特別的設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，陽極側(cè)的邊緣限定元件和/或陰極側(cè)的邊緣限定元件包括至少一個(gè)密封元件。

這種密封元件可以被固定在分別配屬的氣體擴(kuò)散層上或雙極板上。

至少一個(gè)密封元件可以包括至少一個(gè)接駁區(qū)域和密封區(qū)域，接駁區(qū)域限定陽極側(cè)或陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的邊緣，密封區(qū)域具有至少一個(gè)密封唇，優(yōu)選兩個(gè)或兩個(gè)以上的密封唇。

在此優(yōu)選規(guī)定，用來在安裝燃料電池堆時(shí)擠壓接駁區(qū)域的擠壓力小于用來在安裝燃料電池堆時(shí)擠壓整個(gè)密封元件的擠壓力的50％，特別是小于該擠壓力的30％。

當(dāng)電化學(xué)單元包括陽極側(cè)的密封元件和陰極側(cè)的密封元件時(shí)，那么優(yōu)選陽極側(cè)的密封元件的至少一個(gè)密封唇和陰極側(cè)的密封元件的至少一個(gè)密封唇至少部分彼此相疊地布置。

在沿著堆疊方向的投影中，陽極側(cè)的密封元件的至少一個(gè)密封唇和陰極側(cè)的密封元件的至少一個(gè)密封唇至少部分重疊，優(yōu)選基本上完全重疊。

作為對(duì)此的備選或補(bǔ)充可以規(guī)定，陽極側(cè)的邊緣限定元件和/或陰極側(cè)的邊緣限定元件包括至少一個(gè)例如形式為邊緣增強(qiáng)覆膜的邊緣增強(qiáng)層。

特別優(yōu)選的是，無論是陽極側(cè)的邊緣限定元件還是陰極側(cè)的邊緣限定元件都分別包括邊緣增強(qiáng)層，其中，邊緣增強(qiáng)層被布置在膜電極單元的彼此對(duì)置的側(cè)上。

可以規(guī)定，陽極側(cè)的邊緣限定元件和/或陰極側(cè)的邊緣限定元件包括至少一個(gè)由彈性體材料構(gòu)成的密封元件或包括邊緣增強(qiáng)覆膜，其中，密封元件或邊緣增強(qiáng)覆膜限定陽極側(cè)的電化學(xué)活性面或陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的邊緣。

陽極側(cè)的邊緣限定元件和/或陰極側(cè)的邊緣限定元件可以分別固定在電化學(xué)單元的氣體擴(kuò)散層上，特別是當(dāng)這種邊緣限定元件涉及優(yōu)選由彈性體材料制成的密封元件時(shí)。

作為對(duì)此的備選或補(bǔ)充可以規(guī)定，至少一個(gè)陽極側(cè)的邊緣限定元件和/或至少一個(gè)陰極側(cè)的邊緣限定元件被固定在雙極板上且在燃料電池堆的已安裝的狀態(tài)下貼靠在膜電極單元上。

作為對(duì)此的備選或補(bǔ)充可以規(guī)定，至少一個(gè)陽極側(cè)的邊緣限定元件和/或至少一個(gè)陰極側(cè)的邊緣限定元件被固定在膜電極單元上。

因?yàn)樵诎幢景l(fā)明的電化學(xué)單元中，膜電極單元的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣相對(duì)膜電極單元的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣向外移位，所以也可以規(guī)定，電化學(xué)單元的陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層具有如下的外邊緣，該外邊緣至少區(qū)段式地相對(duì)電化學(xué)單元的陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層的外邊緣沿著垂直于堆疊方向延伸的方向向外移位。

在此優(yōu)選規(guī)定，陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層的外邊緣至少區(qū)段式地，特別是在該外邊緣的長度的至少90％上，尤其優(yōu)選在該外邊緣的整個(gè)長度上相對(duì)陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層的外邊緣沿著垂直于堆疊方向延伸的方向向外移位。

但作為對(duì)此的備選也可以規(guī)定，陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層和陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層基本上彼此全等地構(gòu)造且它們的外邊緣沿著堆疊方向看基本上彼此相疊。

在按本發(fā)明的電化學(xué)單元的一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，膜電極單元的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面大于膜電極單元的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面。

電化學(xué)單元在此尤其被有意地這樣設(shè)計(jì)，使得膜電極單元的被供以可燃?xì)怏w的陽極側(cè)的電化學(xué)活性區(qū)域具有比膜電極單元的被供以氧化劑的陰極側(cè)的電化學(xué)活性區(qū)域更大的額定大小。

按本發(fā)明的電化學(xué)單元尤其適合使用在燃料電池堆中，該燃料電池堆包括多個(gè)按本發(fā)明的電化學(xué)單元，它們沿堆疊方向依次排布。

按本發(fā)明的電化學(xué)單元的膜電極單元優(yōu)選包括聚合物電解質(zhì)膜。

陽極側(cè)的電化學(xué)活性面的和陰極側(cè)的電化學(xué)活性面的外邊緣相對(duì)彼此的移位量優(yōu)選至少與單個(gè)部件的制造公差以及單個(gè)部件的彼此間的組裝公差之和一樣大，因而即使在考慮到制造公差和組裝公差時(shí)也不會(huì)在膜電極單元上產(chǎn)生如下區(qū)域，在該區(qū)域中，陰極側(cè)的電化學(xué)活性面突出超過陽極側(cè)的電化學(xué)活性面。

限定了膜電極單元的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面和陰極側(cè)的電化學(xué)活性面且優(yōu)選與膜電極單元處于直接接觸的邊緣限定元件可以尤其是密封元件、邊緣增強(qiáng)層和/或機(jī)械的支撐元件。

當(dāng)邊緣增強(qiáng)設(shè)施包括僅一個(gè)(優(yōu)選陰極側(cè)的)邊緣增強(qiáng)層且該邊緣增強(qiáng)層作為邊緣限定元件限定了膜電極單元的電化學(xué)活性面(優(yōu)選陰極側(cè)的電化學(xué)活性面)時(shí)，那么膜電極單元的另一個(gè)電化學(xué)活性面(亦即優(yōu)選陽極側(cè)的電化學(xué)活性面)的外邊緣優(yōu)選由膜電極單元的外邊緣本身形成。

附圖說明

本發(fā)明的其它的特征和優(yōu)勢是對(duì)實(shí)施例的以下說明和圖示的主題。

附圖中：

圖1示出了用于燃料電池堆的電化學(xué)單元以及兩塊與電化學(xué)單元鄰接的雙極板的局部縱剖面，在該燃料電池堆中，分別具有電化學(xué)單元的多個(gè)燃料電池單元沿著堆疊方向依次排布，其中，電化學(xué)單元包括膜電極單元，它們的電化學(xué)活性面在陽極側(cè)和陰極側(cè)上分別被固定在氣體擴(kuò)散層上的密封元件限定邊緣；

圖2示出了用于燃料電池堆的電化學(xué)單元的第二實(shí)施形式的局部縱剖面，在該實(shí)施形式中，膜電極單元的電化學(xué)活性面在陽極側(cè)和陰極側(cè)上分別被固定在膜電極單元上的邊緣增強(qiáng)覆膜限定邊緣；

圖3示出了用于燃料電池堆的電化學(xué)單元的第三實(shí)施形式的局部縱剖面，在該實(shí)施形式中，膜電極單元的電化學(xué)活性面在陰極側(cè)和陽極側(cè)上分別被固定在氣體擴(kuò)散層上的密封元件限定邊緣，其中，密封元件的接駁區(qū)域未被密封唇支撐，并且陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層和陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層基本上優(yōu)選全等地構(gòu)造；以及

圖4示出了用于燃料電池堆的電化學(xué)單元的第四實(shí)施形式的局部縱剖面，在該實(shí)施形式中，膜電極單元的電化學(xué)活性面在陰極側(cè)和陽極側(cè)上分別被密封元件限定邊緣，其中，密封元件的接駁區(qū)域分別被密封唇支撐在分別配屬的雙極板上，并且陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層和陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層優(yōu)選基本上全等地構(gòu)造。

相同或功能相似的元件在所有圖中都用同一附圖標(biāo)記標(biāo)注。

具體實(shí)施方式

在圖1中截?cái)嗍绞境龅摹⒄w用附圖標(biāo)記100標(biāo)注的用于燃料電池堆的電化學(xué)單元包括膜電極單元104、陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a、固定在陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a上的陰極側(cè)的密封元件108a、陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b和固定在陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b上的陽極側(cè)的密封元件108b，其中，在燃料電池堆中，分別具有電化學(xué)單元100的多個(gè)燃料電池單元沿著堆疊方向102依次排布。

膜電極單元104包括面朝陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a的陰極、面朝陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b的陽極和布置在陰極與陽極之間的電解質(zhì)膜，特別是聚合物電解質(zhì)膜。

膜電極單元104的這種三層的結(jié)構(gòu)在圖中未被示出。

陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a由透氣的材料形成且用于使氧化劑從雙極板114a的陰極側(cè)的流動(dòng)區(qū)112的通道110穿通到膜電極單元104的陰極，雙極板114a沿著堆疊方向102緊接著電化學(xué)單元100且與陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a處于接觸。

陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b同樣由透氣的材料形成且用于使可燃?xì)怏w從沿堆疊方向102布置在電化學(xué)單元100下方的雙極板114b的陽極側(cè)的流動(dòng)區(qū)118的通道116穿通到膜電極單元104的陽極，雙極板114b與陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b處于接觸。

密封元件108a、108b例如由彈性體材料形成。

密封元件108a、108b可以尤其通過注塑方法制造且優(yōu)選接駁到陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a或陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b，其中，分別配屬的氣體擴(kuò)散層106a、106b的一部分被密封材料滲入。

在此處示出的實(shí)施例中，每一個(gè)密封元件108a、108b都分別包括具有一個(gè)或多個(gè)密封唇122的密封區(qū)域120以及都分別包括優(yōu)選具有密封唇126的接駁區(qū)域124。

在燃料電池堆的已安裝的狀態(tài)中，密封元件108的密封區(qū)域120的密封唇122和接駁區(qū)域124的密封唇126在彈性的擠壓力下分別貼靠在分別配屬的雙極板114a或114b的密封面128上。

在此，在燃料電池堆安裝時(shí)以其來擠壓密封元件108a、108b的接駁區(qū)域124的擠壓力在此優(yōu)選小于在燃料電池堆安裝時(shí)用來擠壓整個(gè)密封元件108a或108b的擠壓力的50％，特別是小于該擠壓力的30％。

每一個(gè)密封元件108a、108b的接駁區(qū)域124延伸穿過分別配屬的氣體擴(kuò)散層106a或106b直至膜電極單元104，在那里，密封元件108a、108b的邊緣同時(shí)形成了膜電極單元104的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a的外邊緣130a和膜電極單元104的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b的外邊緣130b。

膜電極單元104的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a是膜電極單元104的這樣一個(gè)面，在燃料電池堆運(yùn)行中，通過該面能將來自陰極側(cè)的流動(dòng)區(qū)112的氧化劑輸送給膜電極單元104的陰極。

這個(gè)面由陰極側(cè)的密封元件108a限定邊緣，陰極側(cè)的密封元件因此在這個(gè)實(shí)施形式中用作陰極側(cè)的邊緣限定元件134a。

膜電極單元104的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b是膜電極單元104的這樣一個(gè)面，在燃料電池堆運(yùn)行中，通過該面能將來自陽極側(cè)的流動(dòng)區(qū)118的可燃?xì)怏w輸送給膜電極單元104的陽極。

這個(gè)面由陽極側(cè)的密封元件108b限定邊緣，因而陽極側(cè)的密封元件108b在這個(gè)實(shí)施形式中用作陽極側(cè)的邊緣限定元件134b。

密封元件108a、108b分別與膜電極單元104處于直接接觸且限定了電化學(xué)活性面132a和132b在膜電極單元104的陰極側(cè)上或陽極側(cè)上的延展。

由圖1可以看到，陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b的外邊緣130b相對(duì)陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a的外邊緣130a沿著垂直于堆疊方向102且平行于膜電極單元104的主面136延伸的方向138向外移位了移位量v，也就是說，背離電化學(xué)活性面132a、132b的中心地移位了移位量v。

膜電極單元104的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b因此優(yōu)選大于膜電極單元104的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a。

因此在膜電極單元104的外邊緣區(qū)域中產(chǎn)生了如下區(qū)域，在該區(qū)域中，膜電極單元104僅從陽極側(cè)被供以反應(yīng)氣體，但未從陰極側(cè)被供應(yīng)。

由此實(shí)現(xiàn)的是，膜電極單元104的所有電化學(xué)活性區(qū)域在燃料電池堆運(yùn)行中被供以可燃?xì)怏w(通常是含氫的氣體)，因而避免了由于缺乏向膜電極單元104的區(qū)域供應(yīng)可燃?xì)怏w而引起的加劇的老化效應(yīng)。

外邊緣130a和130b彼此間的給定移位量或額定移位量，優(yōu)選略大于電化學(xué)單元100的單個(gè)部件的制造公差和組裝公差，因而即使在充分考慮到這些公差的情況下，陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b也始終大于陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a。

優(yōu)選規(guī)定，在外邊緣130a與130b之間的移位量v至少約為0.1mm，特別是至少約為0.2mm。

為了使膜電極單元104的僅被供以可燃?xì)怏w的區(qū)域(在其上不發(fā)生電化學(xué)的反應(yīng))不會(huì)過大，還有利的是，移位量v最大約為0.6mm，尤其最大約為0.4mm。

密封元件108a和108b以如下方式被結(jié)構(gòu)化，使得為了建立起充分的密封作用所需的擠壓壓力而需要盡可能小的總擠壓力。

密封元件108a和108b在膜電極單元104的兩側(cè)優(yōu)選基本上彼此全等地構(gòu)造，因此密封元件108a、108b在陽極側(cè)上和陰極側(cè)上的力導(dǎo)入線沿著堆疊方向102基本上彼此相疊。

尤其優(yōu)選規(guī)定，密封元件108a和108b的密封區(qū)域120的密封唇122的密封面在沿著堆疊方向102的投影中彼此至少部分重疊，優(yōu)選基本上完全重疊。

密封元件108a和108b的接駁區(qū)域124的密封唇126可以沿垂直于堆疊方向102延伸的方向相對(duì)彼此移位，因而密封唇126的貼靠面的投影沿著堆疊方向102基本上不重疊。

在圖2中截?cái)嗍绞境龅挠糜谌剂想姵囟训碾娀瘜W(xué)單元100的第二實(shí)施形式與圖1中示出的第一實(shí)施形式的區(qū)別在于，膜電極單元104的電化學(xué)活性面132a和132b至少區(qū)段式地被邊緣增強(qiáng)設(shè)施140限界，該邊緣增強(qiáng)設(shè)施被布置在膜電極單元104的外邊緣上。

這種邊緣增強(qiáng)設(shè)施140也被稱為子墊圈。

這種邊緣增強(qiáng)設(shè)施140可以包括兩個(gè)邊緣增強(qiáng)層142，例如形式為邊緣增強(qiáng)覆膜，其中，陰極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142a貼靠在膜電極單元104的陰極側(cè)144上，而陽極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142b則貼靠在膜電極單元104的陽極側(cè)146上。

在突出超過膜電極單元104的外邊緣148的超出區(qū)域150中，兩個(gè)邊緣增強(qiáng)層142a和142b優(yōu)選材料鎖合地(stoffschlüssig)，特別是通過熱層壓和/或粘接相互固定。

此外可以規(guī)定，陰極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142a優(yōu)選材料鎖合地，特別是通過熱層壓和/或粘接固定在膜電極單元104的陰極側(cè)144上，并且/或者陽極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142b優(yōu)選材料鎖合地，特別是通過熱層壓和/或粘接固定在膜電極單元104的陽極側(cè)146上。

其中每一個(gè)邊緣增強(qiáng)層142a、142b優(yōu)選具有至少約為10μm以及優(yōu)選最大約為150μm的厚度。

其中每一個(gè)這種邊緣增強(qiáng)層142a、142b可以由熱塑性的、熱固性的或彈性體的聚合物形成，聚合物優(yōu)選包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酯、聚酰胺、共聚多酰胺、聚酰胺彈性體、聚酰亞胺、聚安酯、聚安酯彈性體、硅酮、硅膠和/或基于硅酮的彈性體。

陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a在這個(gè)實(shí)施形式中在其外邊緣區(qū)域中從膜電極單元104抬起并且優(yōu)選貼靠在陰極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142a的背對(duì)膜電極單元104的一側(cè)上。

陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b在這個(gè)實(shí)施形式中同樣在其外邊緣區(qū)域中從膜電極單元104抬起并且優(yōu)選貼靠在陽極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142b的背對(duì)膜電極單元104的一側(cè)上。

陰極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142a的面朝膜電極單元104的邊緣同時(shí)形成了膜電極單元104的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a的外邊緣130a。

陽極側(cè)的邊緣增強(qiáng)層142b的面朝膜電極單元104的邊緣同時(shí)形成了膜電極單元104的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b的外邊緣130b。

由圖2可以看到，膜電極單元104的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b的外邊緣130b沿著垂直于燃料電池堆的堆疊方向102且平行于膜電極單元104的主面136延伸的方向138相對(duì)膜電極單元104的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a的外邊緣130a向外移位了移位量v，也就是說背離膜電極單元104的中心地移位了移位量v。

在第二實(shí)施形式中，膜電極單元104的陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b也優(yōu)選大于膜電極單元104的陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a，因而膜電極單元104的任何區(qū)域都未被供以氧化劑且在膜電極單元104的任何區(qū)域中都未出現(xiàn)增強(qiáng)的老化效應(yīng)。

通過邊緣增強(qiáng)設(shè)施140，使膜電極單元104在其外邊緣區(qū)域中以機(jī)械方式穩(wěn)定。

邊緣增強(qiáng)層142a、142b可以分別構(gòu)造成環(huán)繞膜電極單元104的框的形式。

邊緣增強(qiáng)層142a和142b與膜電極單元104的重疊面以如下方式來選擇，使得有足夠大的面可供用于邊緣增強(qiáng)層142a、142b到膜電極單元104的機(jī)械接駁。

在膜電極單元104的電化學(xué)活性面132a、132b的外部以及在邊緣增強(qiáng)層142a、142b與膜電極單元104之間的重疊區(qū)域外部布置有陰極側(cè)的密封元件152a和陽極側(cè)的密封元件152b。

在此，密封元件152a、152b可以分別固定在相鄰的邊緣增強(qiáng)層142a或142b上和/或相鄰的雙極板114a或114b上。

在這種第二實(shí)施形式中，在陽極側(cè)的電化學(xué)活性面132b的外邊緣130b與陰極側(cè)的電化學(xué)活性面132a的外邊緣130a之間的移位量v也優(yōu)選至少約為0.1mm，特別是至少約為0.2mm以及優(yōu)選最大約為0.6mm，特別是最大約為0.4mm。

此外，電化學(xué)單元100的在圖2中示出的第二實(shí)施形式在結(jié)構(gòu)、功能和制造方式方面都與在圖1中示出的第一實(shí)施形式相一致，就此而言可以參考前述說明。

用于燃料電池堆的電化學(xué)單元100的在圖3中截?cái)嗍绞境龅牡谌龑?shí)施形式與圖1中示出的第一實(shí)施形式的區(qū)別在于，密封元件108a、108b的接駁區(qū)域124不具有利用其使接駁區(qū)域124分別支撐在相鄰的雙極板114a或114b上的密封唇126，密封元件108a、108b通過該接駁區(qū)域124接駁到陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a或接駁到陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b。

密封元件108a、108b的密封區(qū)域120在這個(gè)實(shí)施形式中配設(shè)有一個(gè)或多個(gè)密封唇122，密封區(qū)域120借助所述密封唇分別支撐在相鄰的雙極板114a、114b上。

此外，在這個(gè)實(shí)施形式中，陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a和陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b基本上彼此全等地構(gòu)造，因而陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a或陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b的外邊緣154a和154b沿著堆疊方向102看基本上彼此相疊地放置。

此外，電化學(xué)單元100的在圖3中示出的第三實(shí)施形式在結(jié)構(gòu)、功能和制造方式方面都與在圖1中示出的第一實(shí)施形式相一致，就此而言可以參考前述說明。

用于燃料電池堆的電化學(xué)單元100的在圖4中截?cái)嗍绞境龅牡谒膶?shí)施形式與圖3中示出的第三實(shí)施形式的區(qū)別在于，在第四實(shí)施形式中，密封元件108a、108b的接駁區(qū)域124還分別配設(shè)有至少一個(gè)密封唇126，其中，各接駁區(qū)域124以各自的密封唇126分別支撐在相鄰的雙極板114a或114b上，如在圖1中示出的第一實(shí)施形式中那樣。

但在第四實(shí)施形式中優(yōu)選規(guī)定，密封元件108a、108b的接駁區(qū)域124的密封唇126的密封面在沿著堆疊方向102的投影中彼此至少部分重疊，優(yōu)選基本上完全重疊。

在第四實(shí)施形式中，陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a和陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b也優(yōu)選基本上彼此全等地構(gòu)造，并且陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106a或陽極側(cè)的氣體擴(kuò)散層106b的外邊緣154a和154b沿著堆疊方向102看優(yōu)選基本上彼此相疊。

此外，電化學(xué)單元100的在圖4中示出的第四實(shí)施形式在結(jié)構(gòu)、功能和制造方式方面都與在圖1中示出的第一實(shí)施形式相一致，就此而言可以參考前述說明。