本發(fā)明涉及一種用于制造催化涂覆的膜片的方法，該催化涂覆的膜片具有膜片和布置在其平側(cè)中的至少一個上的催化材料的催化劑層。此外，本發(fā)明涉及一種膜片電極單元，其具有這種催化涂覆的膜片，本發(fā)明還涉及一種包括多個交替地利用雙極板堆垛的這種膜片電極單元的燃料電池。

背景技術(shù)：

燃料電池使用燃料與氧氣化學(xué)轉(zhuǎn)化成水產(chǎn)生電能。為此，燃料電池包含所謂的膜片電極單元(mea作為膜片電極單元的縮寫)作為核心組件，其為由引導(dǎo)離子的(大多引導(dǎo)質(zhì)子的)膜片和分別兩側(cè)地布置在膜片處的電極(陽極和陰極)組成的結(jié)構(gòu)。此外，氣體擴散層(gdl)可在膜片電極單元兩側(cè)布置在電極的背離膜片的側(cè)處。通常，燃料電池通過多個布置成垛(堆疊)的mea構(gòu)成，其電功率累加。在各個的膜片電極單元之間通常布置雙極板(也稱為通量場板)，其保證利用工作介質(zhì)、即反應(yīng)物供給單電池并且通常也用于冷卻。此外，雙極板用于與膜片電極單元的可導(dǎo)電地接觸。

在燃料電池的運行中，燃料、尤其地氫氣h2或含氫氣的氣體混合物通過雙極板的陽極側(cè)的敞開的通量場輸送給陽極，在該處，在釋放電子的情況下進行從h2到h⁺的電化學(xué)的氧化。經(jīng)由使反應(yīng)腔氣密地并且電絕緣地彼此分離的電解質(zhì)或膜片，以(有水的方式或無水的方式)將質(zhì)子h⁺從陽極腔中運送到陰極腔中。在陽極處提供的電子經(jīng)由電導(dǎo)線被引導(dǎo)至陰極。經(jīng)由雙極板的陰極側(cè)的敞開的通量場將氧氣或含氧氣的氣體混合物(例如空氣)輸送給陰極，從而在吸收電子的情況下進行從o2到o^2-的還原。同時，在陰極腔中氧陰離子在形成水的情況下與經(jīng)由膜片運送的質(zhì)子反應(yīng)。

燃料電池的電極通常作為在氣體擴散層(其于是被稱為氣體擴散電極)上的催化的涂層存在，或者作為在膜片上的催化的涂層存在。在后者的情況中，也稱為催化涂覆的膜片或ccm(催化涂覆的膜片的縮寫)。已知不同的技術(shù)用于利用催化材料涂覆膜片材料以制造ccm并且如此產(chǎn)生催化劑層。其中包括印刷方法、噴射方法、分離方法、涂抹方法等。為了批量制造，具有高的生產(chǎn)率的成本適宜的方法是值得期望的。

在燃料電池堆垛中利用兩種用于陽極和陰極的反應(yīng)物氣體加載的并且在該處在產(chǎn)生電的情況下進行燃料電池反應(yīng)的mea的區(qū)域被稱為作用區(qū)域。然而，作用區(qū)域僅僅占據(jù)mea的總面積的一部分。可具有可變的形狀的剩余區(qū)域用于將工作介質(zhì)輸送并分配至作用區(qū)域、用于mea的密封和機械的穩(wěn)定。這些區(qū)域被稱為非主動的或被動的區(qū)域。在傳統(tǒng)的燃料電池中，作用區(qū)域大多具有矩形的形狀。在力求獲得用于作用區(qū)域的高的面積利用中，近來還已研發(fā)了帶有非矩形的作用區(qū)域的組件，例如帶有等邊的或不等邊的六邊形輪廓，例如在圖2中示出。出于成本原因，基本上值得期望的是，僅僅主動的區(qū)域配備催化的層?？尚械氖?，利用印刷方法、例如平版印刷或篩網(wǎng)印刷選擇性地僅僅涂覆作用區(qū)域。然而，這些方法在篩網(wǎng)印刷的情況中相對緩慢或者需要高成本的機械(平版印刷)。相對地，如下連續(xù)的涂覆方法更快速并且耗費更低，即，在其中，連續(xù)地利用催化材料涂覆膜片材料并且稍后通過造型步驟切下催化涂覆的膜片。在此不利的是，在非矩形的作用區(qū)域的情況中，不可避免地涂覆膜片或膜片邊角料的非作用區(qū)域。如果無意地利用催化材料涂覆了非作用區(qū)域，必須事后例如通過施加擴散阻礙層阻隔這些區(qū)域。在每種情況中，過多涂覆意味著催化材料的損失。

文獻de112012000558t5描述了一種用于燃料電池的膜片電極單元的催化涂覆的膜片(ccm)，其帶有矩形的作用區(qū)域，該作用區(qū)域在燃料電池中鄰接到陽極或陰極工作介質(zhì)的曲折的流動場處。為了獲得更有效地利用催化劑，在主動面的中心區(qū)域中的單位面積的催化劑量大于在包圍中心區(qū)域的邊緣區(qū)域中。此外，催化劑量在反應(yīng)氣體的主流動的方向上減小。通過不同的層厚度實現(xiàn)不同的催化劑量。通過將催化劑墨水噴鍍到膜片上進行制造，其中，利用覆面覆蓋不需涂覆的邊緣區(qū)域。

根據(jù)文獻ep1296399a1，通過連續(xù)地噴鍍催化劑墨水在聚合體電解質(zhì)膜片上產(chǎn)生催化層。在此，涂覆方向垂直于反應(yīng)物氣體的稍后的主流動方向延伸。為了獲得催化劑性能的變化、尤其地在主流動方向上的催化劑濃度的變化，使用這樣的噴鍍工具用于制造，即，其縱向孔被分割成兩個或多個分隔腔，可利用這些腔室同時施加不同的催化劑墨水，其以有梯度的層厚度彼此疊加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)在，本發(fā)明提出的目標(biāo)是，定義一種方法，利用該方法可成本適宜地且以高的生產(chǎn)率制造用于燃料電池的催化涂覆的膜片(ccm)。

該目標(biāo)通過具有獨立權(quán)利要求所述的特征的方法以及膜片電極單元以及燃料電池堆垛實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法由此涉及用于燃料電池的催化涂覆的膜片(ccm)的制造，其中，催化涂覆的膜片具有膜片和布置在其平側(cè)中的至少一個上的催化材料的催化劑層(陽極和/或陰極)。待利用該方法制造的催化涂覆的膜片此外具有非矩形的作用區(qū)域，作用區(qū)域在一個方向上通過兩個彼此相對的外側(cè)限制。尤其地，作用區(qū)域的該外側(cè)相應(yīng)于反應(yīng)物氣體(陽極和陰極工作介質(zhì))在燃料電池堆垛中的主流動方向并且優(yōu)選地彼此平行地并且平行于ccm的兩個相應(yīng)的外棱邊伸延。該方法包括，在產(chǎn)生恒定的涂覆寬度的情況下如此連續(xù)地將催化材料施加到膜片材料上，即，利用催化材料涂覆的區(qū)域至少相應(yīng)于作用區(qū)域，也就是說覆蓋作用區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，如此利用催化材料涂覆膜片測量材料(membranmessmaterial)，即，涂覆方向相對于作用區(qū)域的彼此相對的外側(cè)具有不等于90°且不等于0°的角度。換句話說，既不垂直不平行于催化涂覆的膜片的作用區(qū)域的兩個相對的外側(cè)進行涂覆。通過根據(jù)本發(fā)明使涂覆方向相對于傳統(tǒng)的方法擺動，減少了以不期望的方式利用催化材料涂覆的面。以這種方式，減小了所需的催化材料量。同時，該方法是連續(xù)的涂覆方法，在其中，產(chǎn)生寬度恒定且矩形形狀的連續(xù)的涂覆面，并且該方法尤其地也適合用于在使用以無端部帶的形式的膜片材料的情況下的滾軋過程。

在本發(fā)明的優(yōu)選的設(shè)計方案中，作用區(qū)域具有帶有至少四個角部的輪廓，其被兩個所述的(相應(yīng)于工作介質(zhì)的主流動方向的)相對的外側(cè)以及至少一個第一對彼此相對的短側(cè)限制。尤其地，作用區(qū)域具有帶有至少六個角部的輪廓，其被兩個外側(cè)以及至少另外兩個彼此相對的短側(cè)對限制。優(yōu)選地，涂覆方向相對于第一對短側(cè)具有最大10°、尤其地最大5°且優(yōu)選地盡可能0°的角度。由于催化涂覆的膜片的非作用區(qū)域主要聯(lián)接到該短側(cè)處，以這種方式可盡可能地限制或防止非主動的區(qū)域的涂覆。優(yōu)選地，涂覆的區(qū)域側(cè)向地利用催化涂覆的膜片的作用區(qū)域的第一對短側(cè)結(jié)束。在尤其優(yōu)選的實施方案中，作用區(qū)域具有六邊形的輪廓，其被兩個彼此相對的外側(cè)以及剛好兩對彼此相對的短側(cè)限制。此外優(yōu)選地，一對短側(cè)和/或相對的外側(cè)分別彼此平行地布置。上述設(shè)計方案中的所有均導(dǎo)致進一步減小過多涂覆的膜片材料的區(qū)域并且由此導(dǎo)致催化材料的節(jié)省。

根據(jù)該方法的一優(yōu)選的實施方案，通過連續(xù)地涂覆膜片材料制造多個催化涂覆的膜片，其中，鄰近的催化涂覆的膜片的作用區(qū)域的外側(cè)彼此平行地布置在膜片材料上，優(yōu)選地以盡可能小的彼此距離。以這種方式，一方面減小了在膜片材料處的邊角料并且另一方面再次減小了無意地利用催化材料涂覆的膜片材料的面積。

尤其有利地，膜片材料具有帶有兩個平行的縱向側(cè)的帶形的下料毛坯并且尤其地構(gòu)造成無端部帶，其例如可在滾筒上儲備和輸送。在這種情況中，涂覆方向優(yōu)選地平行于帶形的膜片材料的縱向側(cè)伸延。該設(shè)計方案允許在膜片材料的長度上施加連續(xù)的涂覆區(qū)域并且由此允許高的生產(chǎn)率。

在優(yōu)選的設(shè)計方案中，多個催化涂覆的膜片如此布置在膜片材料上，即，作用區(qū)域的第一短側(cè)平行于帶形的膜片材料的縱向側(cè)取向。以這種方式，膜片材料的滾軋方向被帶到與涂覆方向一致，并且涂覆面的寬度可對準(zhǔn)作用區(qū)域的第一短側(cè)。

優(yōu)選地，在施加催化材料之后，進行成型步驟，在其中，相應(yīng)于待制造的催化涂覆的膜片的期望的形狀切割膜片材料。換句話說，從膜片材料中切出催化涂覆的膜片。以這種方式，將催化涂覆的膜片帶到必要的尺寸上。

此外有利的是，在待制造的催化涂覆的膜片之外的區(qū)域中已被施加到膜片材料上的催化材料優(yōu)選地在膜片材料成型之后被除去并且再次使用(回收)。由此，不會浪費昂貴的催化材料。

原則上，可使用任意已知的方法來用于將催化材料施加到膜片材料上。然而，本發(fā)明允許省去選擇性的然而昂貴的且緩慢的印刷方法。優(yōu)選地，通過噴鍍、涂抹或軋上進行催化材料的施加。該技術(shù)由此而出眾，即，其可利用低的成本和高的生產(chǎn)率實現(xiàn)，并且此外可集成在無端部滾軋過程中。在此，催化材料例如作為或多或少粘性的膏或作為液態(tài)的懸浮液或溶液使用在含水的或不含水的溶劑中。在施加之后并且在成型之前或之后通過主動的或非主動的干燥過程除去溶劑。

本發(fā)明的另一方面涉及一種膜片電極單元，其包括根據(jù)本發(fā)明的方法或可根據(jù)本發(fā)明的方法制造的催化涂覆的膜片。除了催化涂覆的膜片之外，膜片電極單元包括用于輸送和導(dǎo)出燃料電池的工作介質(zhì)的不同的工作介質(zhì)端口(通過孔)，其布置在非矩形的作用區(qū)域之外。優(yōu)選地，膜片電極單元此外包括單側(cè)或雙側(cè)布置的支撐層，其框架式地包圍ccm并且尤其地包圍工作介質(zhì)端口并且用于機械的穩(wěn)定?？蛇x地，密封部可布置在膜片電極單元上。通常，例如可通過ccm的顯微鏡檢查證實在制造時使用的涂覆方向。此外，可根據(jù)涂覆區(qū)域的邊緣區(qū)域?qū)崿F(xiàn)涂覆方向。

此外，本發(fā)明涉及一種燃料電池堆垛，其包括多個根據(jù)本發(fā)明的交替地利用雙極板堆垛的膜片電極單元。燃料電池堆垛尤其地可使用在車輛中，車輛具有電動的驅(qū)動部，其中，燃料電池堆垛用于電動機和/或電動車電池的電供給。

從其它、在從屬權(quán)利要求中所述的特征中得到本發(fā)明的其它優(yōu)選的設(shè)計方案。

如果沒有在個別情況中闡述，本發(fā)明的在本申請文獻中所述的不同實施形式可有利地相互組合。

附圖說明

下面在實施例中根據(jù)附圖闡述本發(fā)明。其中：

圖1示出了燃料電池堆垛的示意性截面圖；

圖2示出了帶有非矩形的作用區(qū)域的膜片電極單元的俯視圖；

圖3示出了根據(jù)圖2的膜片電極單元的催化涂覆的膜片的俯視圖；

圖4示出了利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法制造根據(jù)圖3的催化涂覆的膜片；

圖5示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第一設(shè)計方案的方法制造根據(jù)圖3的催化涂覆的膜片；

圖6示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第二設(shè)計方案的方法連續(xù)地制造多個根據(jù)圖3的催化涂覆的膜片；以及

圖7示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第三設(shè)計方案的方法連續(xù)地制造多個根據(jù)圖3的催化涂覆的膜片。

具體實施方式

圖1示出了整體利用100表示的燃料電池堆垛的局部，其中，在此僅僅示出了兩個單個的燃料電池10。

每個燃料電池10具有聚合體電解質(zhì)膜片11，其由以可傳導(dǎo)電解質(zhì)的、尤其地可傳導(dǎo)質(zhì)子的聚合體材料組成。

典型地，為了維持其電介質(zhì)傳導(dǎo)能力，聚合體材料需要一定的濕度。催化劑層、即陽極的催化劑層12以及陰極的催化劑層13分別鄰接在膜片11的兩個平側(cè)處。催化劑層12和13包括催化材料，該材料典型地為貴金屬、尤其地鉑。通常，催化劑層12,13此外包括多孔的、導(dǎo)電的載體材料，在載體材料上細微分散地存在催化材料，例如以碳為基礎(chǔ)的材料。催化劑層12,13可包括其它組成部分，例如聚合體的粘合材料和更多類似者。

氣體擴散層(gdl)14分別聯(lián)接到每個催化劑層12,13處。gdl包括可被流體穿流的材料，其同樣是導(dǎo)電的。例如，gdl14包括以碳為基礎(chǔ)的泡沫材料或紙材料。由膜片11、催化劑層12,13以及氣體擴散層14組成的結(jié)構(gòu)也被稱為膜片電極單元15，其中，氣體擴散層14與膜片電極單元15的關(guān)聯(lián)性在該文獻中不是統(tǒng)一的。

在兩個膜片電極單元15之間分別布置雙極板16，其也被稱為流動場板或通量場板。雙極板16在其陽極側(cè)上具有陽極流動通道17，通過該陽極流動通道17將陽極工作介質(zhì)(燃料)、尤其地氫氣輸送到陽極的催化劑層12處。此外，雙極板16在其陰極側(cè)上具有陰極流動通道18，通過該陰極流動通道18將陰極工作氣體輸送到陰極的催化劑層13處，陰極工作氣體通常為含氧的氣體、大多空氣。通常，雙極板16此外具有在此未示出的內(nèi)部冷卻介質(zhì)通道，通過該冷卻介質(zhì)通道可引導(dǎo)用于冷卻燃料電池堆垛100的冷卻介質(zhì)。雙極板16由導(dǎo)電的材料、例如金屬、金屬合金、石墨或可導(dǎo)電的聚合體材料或聚合體組合材料制成。雙極板16由此結(jié)合了工作介質(zhì)供給、冷卻以及將催化的電極12,13電連結(jié)到外部電流回路處的功能。

通常，多個這種類型的單電池10布置在燃料電池堆垛100中，其電功率累加。對于電動汽車的應(yīng)用，燃料電池堆垛100典型地包括數(shù)百個單電池10。

催化劑層12和13一方面可作為涂層存在于膜片11上。在這種情況中，也稱為催化涂覆的膜片或ccm(催化涂覆的膜片的縮寫)，其在圖1中整體以19表示。備選地，催化劑層12和13可作為氣體擴散層14的涂層存在，從而其于是被稱為氣體擴散電極。本發(fā)明主要涉及催化涂覆的膜片19的情況以及用于其制造的方法。

圖2以在其平側(cè)上的俯視圖示出了膜片電極單元15。膜片電極單元15具有催化涂覆的膜片19，其也在圖3中以分離的形式示出。在所示出的示例中，催化涂覆的膜片19具有六邊形的輪廓。在該六邊形的輪廓之內(nèi)布置有通過虛線指出的作用區(qū)域20。在作用區(qū)域20之外，催化涂覆的膜片19具有非作用區(qū)域21。作用區(qū)域20的特征在于，在膜片電極單元15在燃料電池堆垛100中的安裝狀態(tài)中，在該區(qū)域中在陽極和陰極處進行燃料電池反應(yīng)并且由此產(chǎn)生電。相反地，非作用區(qū)域21用于其它功能，例如將工作介質(zhì)輸送至作用區(qū)域20。理想地，聚合體電解質(zhì)膜片11僅僅在作用區(qū)域20中被涂覆以催化的涂層12和13，這例如在圖3中示出。

膜片電極單元15包括不同的通過孔22至27，其用于輸送和導(dǎo)出不同的工作介質(zhì)。如此，第一陽極端口22用于將陽極工作氣體輸送至燃料電池堆垛100的陰極12處并且相對的第二陽極氣體端口23用于導(dǎo)出陽極工作氣體。相同地，第一陰極端口24用于將陰極工作氣體輸送到燃料電池堆垛100的陰極13處并且相對的第二陰極端口25用于導(dǎo)出陰極工作氣體。最終，第一冷卻介質(zhì)端口26用于將冷卻介質(zhì)輸送至雙極板16的內(nèi)部冷卻介質(zhì)通道并且相對的第二冷卻介質(zhì)端口27用于導(dǎo)出冷卻介質(zhì)。未詳細示出的雙極板16具有與所示出的膜片電極單元15基本上相同的組件、尤其地對應(yīng)的端口。以這種方式，在膜片電極單元15和雙極板16堆垛的狀態(tài)中構(gòu)成在其堆垛方向s上(見圖1)穿過燃料電池堆垛100的工作介質(zhì)主通道。(在圖1中未示出該工作介質(zhì)主通道，圖1僅僅示出了穿過燃料電池堆垛的作用區(qū)域20的截面。)陽極和陰極端口22至25經(jīng)由在堆垛100中鄰接的雙極板16的敞開的分配通道與雙極板16的相應(yīng)的陽極或陰極通道17,18引導(dǎo)流體地相連接。冷卻介質(zhì)端口26,27與雙極板16的內(nèi)部的冷卻介質(zhì)通道相連接。使端口22-27和作用區(qū)域20的陽極或陰極通道17,18相連接的分配通道結(jié)構(gòu)在非作用區(qū)域21中伸延。

為了機械地支撐，膜片11通常在兩側(cè)分別被支撐層28包圍，支撐層28在其邊緣區(qū)域處包圍膜片11。

可選地，膜片11也可在膜片電極單元15的整個面上延伸并且在其邊緣區(qū)域處與支撐層28層壓在一起。此外，在圖2中可看出密封部29，其包圍工作介質(zhì)通過孔22至27以及催化涂覆的膜片19，以便于將其向外密封。可選地，代替布置在膜片電極單元15上，密封部29可布置在雙極板16上或這兩者上。

如已經(jīng)闡述的那樣，僅僅在作用區(qū)域20中進行燃料電池反應(yīng)。因此力求的是，盡可能僅僅在該區(qū)域中施加催化劑層12和13，因為具有間距的催化材料表示燃料電池堆垛的最貴的單個組件。另一方面力求的是，作用區(qū)域20設(shè)計成盡可能大并且非作用區(qū)域21設(shè)計成盡可能小，以便于獲得盡可能高的能量產(chǎn)出或使燃料電池所需的結(jié)構(gòu)空間和重量最小化。相應(yīng)于這些努力，得到如下作用區(qū)域20的輪廓，即，其可與傳統(tǒng)的矩形的輪廓不同并且具有不均勻的輪廓。例如，如在圖2和3中示出的那樣，產(chǎn)生作用區(qū)域20的六邊形的輪廓。其在平行于工作介質(zhì)的主流動方向伸延的方向上被兩個彼此相對的、平行的外側(cè)30限制。所示出的作用區(qū)域20的不等邊的六邊形的輪廓此外具有第一對彼此相對的短側(cè)31以及第二對彼此相對的短側(cè)32。在此，短側(cè)31具有比短側(cè)32更大的長度。

至此，僅僅不滿意地解決了具有非矩形的作用區(qū)域的催化涂覆的膜片19的成本適宜的且節(jié)省時間的批量制造。例如，可通過選擇性涂覆方法進行制造，在其中，將催化材料僅僅施加到膜片材料的作用區(qū)域20上，例如通過選擇性印刷方法，例如篩網(wǎng)印刷或平版印刷。然而，該方法的特征是緩慢的生產(chǎn)速度(篩網(wǎng)印刷)或高成本的機械(平版印刷)。另一方面，連續(xù)的涂覆方法更快且更成本有效，在其中，在產(chǎn)生恒定的涂覆寬度的情況下將催化材料施加到膜片材料上。這示例性地由圖4示出，其示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種連續(xù)的涂覆方法。

在圖4中以33表示膜片材料，沿著通過縱向側(cè)34限制的寬度b的連續(xù)的軌跡將催化材料施加到膜片材料上。同樣，在圖4中示出了在該方法的稍后的成型步驟中切下的催化涂覆的膜片19以及期望的作用區(qū)域20。在此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，涂敷方向d在關(guān)于作用區(qū)域20的兩個彼此相對的外側(cè)30垂直地、即90°取向的方向上伸延。由此，產(chǎn)生帶有矩形的輪廓的涂覆的區(qū)域35。然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)涂覆的區(qū)域35不僅覆蓋作用區(qū)域20，而且覆蓋催化涂覆的膜片19的非作用區(qū)域21的部分以及通過稍后的成型切下的伸出的邊角料區(qū)域。僅僅催化涂覆的膜片19的簡單陰影的區(qū)域36保留未被涂覆。相反地，根據(jù)傳統(tǒng)的方法，盡管在此處不需要，還是利用催化材料涂覆交叉陰影的區(qū)域37。這一方面導(dǎo)致催化材料的不必要的高成本并且另一方面導(dǎo)致需要例如通過施加氣體阻礙層來阻斷無意地涂覆的區(qū)域37，以便于避免在該區(qū)域中的燃料電池反應(yīng)。

因此，根據(jù)本發(fā)明，通過以下方式改進已知的連續(xù)的方法，即，如此利用催化材料涂覆膜片材料，即，涂覆方向d相對于作用區(qū)域20的相對的外側(cè)30具有與在圖4中不同的不等于90°的角度。該原理在圖5中示出。由此，在此在連續(xù)的方法中，在產(chǎn)生帶有恒定的涂覆寬度b的涂覆的面35的情況下同樣地將催化材料施加到膜片材料33上。然而，在此涂覆方向d不像在圖4中那樣垂直于作用區(qū)域20的外側(cè)30的走向(并且也不像從其它方法中已知的那樣平行于外側(cè)30)伸延。相反地，涂覆方向d在盡可能剛好相應(yīng)于作用區(qū)域21的兩個短側(cè)對31,32中的一個、優(yōu)選地較長的短側(cè)31的取向的方向上伸延。

如可根據(jù)表示待切下的膜片19的未被涂覆的區(qū)域的簡單陰影的面36看出的那樣，在所示出的示例中，催化涂覆的膜片19的非作用區(qū)域21完全未被涂覆。在從膜片材料33中切下催化涂覆的膜片19之后，僅僅交叉陰影的區(qū)域37保留作為過多被涂覆的區(qū)域。根據(jù)圖5的根據(jù)本發(fā)明的方法(過多)涂覆的區(qū)域37與根據(jù)圖4的比較表明，通過本發(fā)明可顯著減少該過多的涂覆。在根據(jù)本發(fā)明的方法中產(chǎn)生的過多涂覆的區(qū)域37具有比根據(jù)傳統(tǒng)的方法小6%至10%的面積，在傳統(tǒng)的方法中，涂覆方向d垂直于作用區(qū)域20的外側(cè)30伸延。此外，在根據(jù)本發(fā)明的涂覆方法中，在稍后的催化涂覆的膜片19的成型中，實際上完全通過從膜片材料33中的切下除去了過多涂覆的區(qū)域37(交叉陰影)。這實現(xiàn)了催化涂層的分離和催化材料的再次使用，從而其基本上不會在方法中浪費催化材料。省去了或至少減少了通過障礙層阻斷不期望的催化材料的必要性。

圖6示出了用于由膜片材料33連續(xù)地制造多個根據(jù)圖3的催化涂覆的膜片19的另一實施例，該膜片材料33具有帶有平行的縱向側(cè)38的帶形的下料毛坯、尤其地儲備在滾筒(未示出)上的無端部帶。在此，待制造的催化涂覆的膜片19如此布置在膜片材料33上，即，鄰近的催化涂覆的膜片19的作用區(qū)域20的兩個彼此相對的外側(cè)30分別彼此平行地取向。同時，作用區(qū)域20的短側(cè)31平行于膜片材料33的縱向側(cè)38取向。因此，涂覆方向d平行于帶形的膜片材料33的縱向側(cè)38伸延。例如，對于單個的待制造的催化涂覆的膜片19，利用簡單的陰影表示在涂覆區(qū)域的縱向側(cè)34旁邊的右側(cè)和左側(cè)的未被涂覆的區(qū)域36，而利用交叉陰影突出了連續(xù)地涂覆的區(qū)域35。由此，在切出催化涂覆的膜片19之后，僅僅保留在此三角形的過多涂覆的區(qū)域37。該區(qū)域37在切割之后優(yōu)選地被輸送用于催化材料的再次使用。以這種方式，可在連續(xù)的滾軋過程中執(zhí)行該方法，其中，將催化材料連續(xù)地以恒定的寬度b施加到運動的膜片材料33上。

在圖7中示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利的設(shè)計方案。在此，待制造的催化涂覆的膜片19以兩個平行的行布置在膜片材料33上。其關(guān)于其外側(cè)30和催化區(qū)域20的短側(cè)31的取向相應(yīng)于在圖6中的情況。在此，六邊形的膜片19如此布置成相互連接，即，其尖的端部嚙合地接合到彼此中。通過該布置方案，可減小在膜片材料33處的邊角料。在所示出的示例中，可關(guān)于總面積節(jié)省約7%的膜片材料33。在該示例中，分別以涂覆寬度b連續(xù)地產(chǎn)生兩個平行的面涂覆的區(qū)域35。顯然，也可以這種方式制造平行的多于兩行的催化涂覆的膜片19。

附圖標(biāo)記清單

100燃料電池堆垛

10燃料電池(單電池)

11聚合體電解質(zhì)膜片

12陽極的催化劑層/陽極

13陰極的催化劑層/陰極

14氣體擴散層

15膜片電極單元

16雙極板

17陽極流動通道

18陰極流動通道

19催化涂覆的膜片

20作用區(qū)域

21非作用區(qū)域

22第一陽極端口

23第二陽極端口

24第一陰極端口

25第二陰極端口

26第一冷卻介質(zhì)端口

27第二冷卻介質(zhì)端口

28支撐層

29密封部

30作用區(qū)域的外側(cè)

31作用區(qū)域的短側(cè)

32作用區(qū)域的短側(cè)

33膜片材料

34涂覆的區(qū)域的縱向側(cè)

35涂覆的區(qū)域

36未涂覆的區(qū)域

37過多涂覆的區(qū)域

38膜片材料的縱向側(cè)

b涂覆寬度

d涂覆方向

s堆垛方向。