电化学设备和用于制造电化学设备的电化学单元的方法与流程

本发明涉及一种电化学设备，其包括：

由多个沿堆叠方向依次跟随的电化学单元构成的堆叠件，电化学单元分别包括具有电化学活性的薄膜电极装置、至少一个气体扩散层和具有针对至少一个流体介质的至少一个流场的双极板。

背景技术：

这种电化学设备尤其是可以构造为燃料电池堆或电解器。

在燃料电池堆和电解器中，在电化学单元的不同的平面中，并且根据设计而定地也在相同的平面的不同的区域中引导不同的介质。这些介质尤其可以是阳极流体(燃气)、阴极流体(氧化剂)并且必要时也是流体冷却剂。

这些引导穿过电化学设备的介质既不能够相互混合，也不能从电化学单元逸出，因此在多个平面中需要密封件。

这些密封件例如可以基于弹性体材料和粘合实现。

在具有金属双极板的电化学单元中，密封可以完全或部分通过双极板中的凸棱(sicke)或通过基于弹性体材料的密封件实现。

双极板(也被称为分离器或内部连接器)可以一件式地构造，或者包括至少两个单层(双极板层)。

多层的双极板的双极板层可以通过接合法，如焊接或粘贴相互连接。

密封件可以作为单独的部件置入到由电化学单元构成的堆叠件中，或者固定在双极板上或电化学单元的其他的组成部分上，例如固定在气体扩散层上或薄膜电极装置上。

由于在操纵和制造中的优点并且由于简单的密封实施方案，所以将密封件固定在双极板上经常是优选的。这例如可以通过将尤其是由弹性体材料构成的密封件浇注到双极板的层上来实现。

在该密封配置中，固定在双极板上的密封件与在薄膜电极装置的边缘区域中固定在薄膜电极装置上(尤其是催化剂涂层的薄膜，ccm上)的边缘强化装置的组合被证实是有利的，其中，边缘强化装置用作针对密封件的对应部件，辅助地防止薄膜电极装置的不利的机械负荷，并且同时确保薄膜电极装置的具有电化学活性的区域到薄膜电极装置的边缘区域的有利的接合。

这种边缘强化装置例如在ep1403949b1中公开。

这种边缘强化装置也被称为子衬垫(sub-gasket)。

这种边缘强化装置可以包括一个或多个层，其中，常见的结构包括两个层，其以环绕的框架的形式布置在薄膜电极装置的两个相互对置的侧面上。

在制造电化学设备时，每个电化学单元的双极板、气体扩散层、薄膜电极装置、密封件和必要时的边缘强化装置(子衬垫)必须彼此相对定位，其中，这些部件可以单个地或作为至少部分已经相互连接的子结构组件组装。

当将密封件接合到气体扩散层时，这在制造由电化学单元构成的堆叠件期间就需要定位针对密封件的应用的气体扩散层和在双极板上定位由气体扩散层和在气体扩散层上产生的密封件构成的单元。

当密封件构造在双极板上时，薄膜电极装置和气体扩散层要么作为单个部件要么作为预组装的单元定位在双极板上。

待输送给电化学设备的介质(阴极流体、阳极流体、冷却剂)借助具有沿电化学设备的堆叠方向延伸的介质输送通道和介质导出通道的介质分布结构(也被称为“歧管”)输送给电化学设备的不同的平面，或者从电化学设备的不同的平面导出，并且必须分别离开介质输送通道地输送给相关的介质在电化学单元中的流场(flowfield，流场)，并且又离开流场地导出到介质导出通道中。在此，介质输送通道和介质导出通道以及流场必须都被密封，以便防止泄漏到电化学设备的外部空间中并且防止在被不同的介质流过的空间之间的泄漏。

用于流体介质的流场包括通道接片结构，其使相关的介质越过电化学单元的平面地引导。每个流场在侧向上通过围绕流场的外边缘环绕的接片侧向地被限界，接片在下文被称为边缘接片。

在公知的电化学设备中，密封流场的密封件与边缘接片间隔开地应用或组装在双极板上。在此，在密封件与边缘接片之间形成缝隙，其在下文被称为边缘通道。

实验结果示出，在电化学设备运行时，通过边缘通道的介质会发生围绕流场的寄生流动，并且/或者会发生水至少局部泛溢边缘通道(参见p.stahl、j.biesdorf、p.boillat、j.kraft和k.a.friedrich的文章：“waterdistributionanalysisintheouterperimeterregionoftechnicalpefcbasedonneutronradiography”，出版源：journaloftheelectrochemicalsociety162(7)，第f677至f685页(2015))。由此，在边缘通道的区域中出现给薄膜电极装置非限定地供应以阴极和/或阳极流体，这会加速薄膜电极装置在其具有电化学活性区域中的老化。

即使当边缘通道的区域中的电化学反应通过边缘强化装置的应用被禁止时，仍流过边缘通道的介质也不能供电化学反应使用。此外，边缘强化装置的应用关系到更高的制造和装配费用。

技术实现要素：

本发明的任务是提供一种开头提到的类型的电化学设备，在其中，至少一个流场以简单的和可靠的方式被密封，并且避免出现寄生流动。

该任务在具有权利要求1的前序部分的特征的电化学设备中根据本发明通过如下方式解决，即，至少一个双极板具有至少一个边缘接片，至少一个边缘接片至少分区段地围绕双极板的流场，并且与和双极板相邻的气体扩散层接触，其中，电化学设备此外还包括至少一个流场密封元件，其密封由边缘接片围绕的流场，并且与边缘接片接触并且与气体扩散层接触。

因此，本发明基于如下概念，即，流场密封元件直接接合到围绕了流场的边缘接片上并接合到贴靠在边缘接片上的气体扩散层上。

在此优选地，边缘接片连续环绕流场地实施，并且尤其是不具有中断部、下沉部或贯通开口来使介质导引穿过边缘接片。

优选地，气体扩散层和流场密封元件在唯一的过程步骤中共同地被接合到双极板上或双极板的单层上。通过唯一的操纵和定位过程来组装由双极板、气体扩散层和流场密封元件构成的单元最小化了必需的过程步骤的数量和费用以及为此所必需的操纵和定位过程的数量，由此也减少了可能的错误源。

在本发明的优选的设计方案中设置的是，流场密封元件材料锁合地(sotffschlüssig)与边缘接片连接。

此外优选设置的是，流场密封元件材料锁合地与气体扩散层连接。尤其可以设置的是，形成流场密封元件的弹性体材料在制造流场密封元件期间就渗入多孔的气体扩散层中，以便使气体扩散层通过材料锁合与流场密封元件连接。

流场密封元件尤其可以构造为成形到边缘接片上和/或气体扩散层上的压注件。

为此替选地或补充地可以设置的是，流场密封元件通过图案印刷法在边缘接片上和/或气体扩散层上产生。

在本发明的优选的设计方案中设置的是，双极板在其阳极侧上具有阳极侧的边缘接片并且在其阴极侧上具有阴极侧的边缘接片，其中，阳极侧的边缘接片和阴极侧的边缘接片至少分区段地在垂直于堆叠方向延伸的错位方向上相互错位。

在此特别有利的是，双极板在位于阳极侧的边缘接片与阴极侧的边缘接片之间的中间区域中具有用于使流体介质穿过双极板或进入双极板的内部空间的至少一个贯通开口。

这种贯通开口优选与沿堆叠方向延伸穿过双极板的介质通道流体连接。

在根据本发明的电化学设备中，至少一个薄膜电极装置可以设有边缘强化装置(子衬垫)，流场密封元件紧密地贴靠在边缘强化装置上。

为此替选或补充地也可以设置的是，电化学设备的两个沿堆叠方向依次跟随的双极板在彼此面对的侧面上分别设有边缘接片，边缘接片分别与流场密封元件接触，其中，流场密封元件紧密地相互贴靠，双极板的边缘接片与流场密封元件接触。

在此尤其是可以设置的是，两个沿堆叠方向依次跟随的双极板基本上彼此相同地构造，然而却围绕平行于堆叠方向的转动轴线彼此相对扭转180°的角度地布置。

具有与流场密封元件接触的边缘接片的至少一个双极板可以包括两个双极板层，其沿接合线优选流体密封地相互接合。

在此尤其是可以设置的是，双极板层沿接合线通过焊接和/或粘贴相互接合。

在本发明的特别的设计方案中设置的是，布置在双极板上的流场密封元件沿堆叠方向看没有与接合线重叠，双极板的双极板层在接合线上进行相互接合。

在此尤其设置的是，流场密封元件没有与接合线相交，并且也没有沿堆叠方向在其中一个接合线上方或下方平行于其地延伸。

在本发明的特别的设计方案中可以设置的是，与第一双极板的边缘接片接触并且与第一气体扩散层接触的流场密封元件紧密地贴靠在另外的流场密封元件上，另外的流场密封元件与和第一双极板对置的第二双极板的边缘接片接触并且与第二气体扩散层接触。

为此替选或补充地也可以设置的是，与第一双极板的边缘接片接触并且与第一气体扩散层接触的流场密封元件延伸至与第一双极板对置的第二双极板，并且优选紧密地贴靠在与第一双极板对置的第二双极板上。

在此，流场密封元件除了密封第一双极板的被第一双极板的边缘接片围绕的流场以外，优选也密封第二双极板的流场。

在此优选设置的是，流场密封元件材料锁合地与第一双极板的阴极侧连接，并且紧密地贴靠在第二双极板的阳极侧上。

在此没有必要的是，流场密封元件与第二双极板的边缘接片接触，或者与贴靠在第二双极板上的第二气体扩散层接触。

替选或补充于电化学设备的这种设计方案地也可以设置的是，与第一双极板的边缘接片接触并且与第一气体扩散层接触的流场密封元件紧密地贴靠在另外的流场密封元件上，另外的流场密封元件与第二气体扩散层接触，并且紧密地贴靠在与第一双极板对置的第二双极板上。

在此尤其可以设置的是，第一流场密封元件材料锁合地与第一气体扩散层连接，并且另外的流场密封元件材料锁合地与第二气体扩散层连接。

在此，第一流场密封元件优选与第一双极板的阴极侧接触，并且另外的流场密封元件优选紧密地贴靠在第二双极板的阳极侧上。

本发明此外还涉及用于制造电化学设备的电化学单元的方法，在电化学设备中，多个电化学单元沿堆叠方向依次跟随，其中，电化学单元包括具有电化学活性的薄膜电极装置、至少一个气体扩散层和具有针对至少一个流体介质的至少一个流场的双极板。

本发明的另外的任务是提供用于制造电化学单元的方法，该方法可以在很少数量的过程步骤中并且以尽可能少的对此所必需的操纵和定位过程执行，并且仍能够实现对流场的可靠的密封。

该任务根据本发明通过如下方法解决，该方法包括如下：

-将气体扩散层布置在双极板上，或布置在双极板的双极板层上；

-在双极板上或在双极板层上并且在气体扩散层上产生流场密封元件，从而使流场密封元件不仅与双极板或双极板层接触，而且还与气体扩散层接触。

在此优选地，流场密封元件在双极板上或双极板层上产生，而气体扩散层布置在双极板上或双极板层上。

在根据本发明的方法的优选的设计方案中设置的是，双极板具有至少一个边缘接片，其至少分区段地围绕双极板的流场，其中，气体扩散层在产生流场密封元件期间就与边缘接片接触。

根据本发明的方法的另外的优选的特征已经在之前结合根据本发明的电化学设备的特别的实施方式阐述。

根据本发明，气体扩散层和流场密封元件在唯一的过程步骤中共同地接合到双极板上或双极板层上。

围绕电化学单元的具有电化学活性的区域环绕的边缘接片优选连续地实施。

边缘接片用作针对气体扩散层的接合面。

气体扩散层可以部分或完全地覆盖边缘接片，并且/或者向外，即朝流场的外部凸出超过边缘接片。

优选地设置的是，流场密封元件完全包围气体扩散层的外边缘。

流场密封元件可以在边缘接片的上侧布置在边缘接片的外侧边上和/或顶区域上。

借助边缘接片可以形成闭合的空穴，用以以压注法制造流场密封元件。

为此替选或补充地，边缘接片提供用作用于以施布法，例如图案印刷法，尤其是丝网印刷法或以cip(“cured-in-place(现场固化)”)法产生流场密封元件的施布面。

优选设置的是，双极板的两个(沿堆叠方向相互对置的)侧面分别设有边缘接片。

在双极板的两个侧面上的边缘接片(阴极侧的边缘接片和阳极侧的边缘接片)优选在与堆叠方向正交的平面中分区段地彼此错位布置。

由此，在双极板上形成中间区域，其在与堆叠方向正交的平面中位于两个边缘接片之间。

用于输送或导出流体介质的介质流可以在这种中间区域中在边缘接片下方引导穿过，并且通过在两个边缘接片之间的中间区域中的贯通开口引导到双极板的对置的侧面上，在那里布置有用于相关的流体介质的流场。

由此可能的是，边缘接片分别连续地和/或不中断地和/或没有贯通开口地实施。

流体介质，尤其是冷却剂可以引导通过边缘接片的体积，并且由此在流场的宽度上分布。

为了避免给薄膜电极装置的具有电化学活性的区域在单侧供应以阳极流体或阴极流体(该在单侧的供应会促使薄膜电极装置的老化的加速)可以设置的是，薄膜电极装置在其周边上设有边缘强化装置(子衬垫)，其中，边缘强化装置优选布置在相互错位的边缘接片的区域中。

在本发明的特别的设计方案中设置的是，双极板、流场密封元件和气体扩散层如下这样地实施，即，使位于薄膜电极装置的两侧的流场密封元件的密封线和使边缘接片沿其延伸的线沿堆叠方向看基本上全等地相互贴靠。

在薄膜电极装置的两侧被供应以流体介质的具有电化学活性的区域在该情况下全等，从而不必使用边缘强化装置来避免仅在单侧给具有电化学活性的区域供应介质。

两个彼此在堆叠件中相邻的薄膜电极装置的具有电化学活性的区域(沿堆叠方向看)在介质输送部的和介质导出部的区域中分区段地不是彼此全等。在这些区段中，流体介质经过双极板的与各自的薄膜电极装置对置的平面并且通过双极板中的贯通开口输送给用于各自的介质的流场。

针对朝两个彼此在堆叠件中相邻的薄膜电极装置输送或导出介质的双极板中的贯通开口在该情况下沿与堆叠方向正交的方向彼此错开地布置。

两个彼此相邻的电化学单元的双极板、流场密封元件、气体扩散层和薄膜电极装置在电化学设备的该实施方式中彼此相同地构建，然而却围绕平行于堆叠方向的转动轴线扭转180°地彼此堆叠，以便在用于介质的输送通道和导出通道的区域中实现边缘接片和流场密封元件的错开。

这允许制造由完全相同地构建的双极板作为相同部分构成的堆叠件。

在该实施方式中，冷却剂在两个双极板层之间的中间平面中流入双极板的内部空间中。冷却剂输送到双极板的内部空间中和冷却剂从双极板的内部空间离开导出在此优选经由两个双极板层在如下区域中的彼此间的间隔部实现，在该区域中，流场密封元件和冷却剂通道的通道密封元件与冷却剂的流动路径相交。

至少一个边缘接片可以被流体介质，优选冷却剂流过，以便因此使流体介质在电化学单元的表面上分布。

为了可以将多于一种介质通过边缘接片的体积引导和分布至流场中，边缘接片的体积可以通过填塞部划分。

这种填塞部可以尤其是与流场密封元件一体式地构造。

当双极板由两个双极板层形成时，双极板层则可以通过接合法，例如焊接或粘贴或也可以通过在至少其中一个双极板层上产生例如由弹性体材料构成的密封件来相对于环境密封。

这种密封件可以在第一双极板层上、在第二双极板层上或一部分在第一双极板层上和另一部分在第二双极板层上产生。

用于密封双极板的内部空间的密封件可以在和产生流场密封元件共同的过程步骤中产生。

在双极板层上可以设置有尤其是形式为槽的凹陷部，以便可以容纳对于密封作用来说必需的密封体积，在凹陷部中至少部分容纳密封胶。

在本发明的特别的设计方案中设置的是，双极板的双极板层沿其相互接合的接合线，例如焊缝或粘合缝没有与设置在双极板上的密封元件的密封线相交或重叠。由此，尤其是在使用焊接法来接合双极板层的情况下得到关于密封设计和过程安全性的优点。

当双极板层通过粘贴相互接合时，双极板层的接合线与设置在双极板层上的密封元件的密封线的交叉是可能的。由此，双极板上的介质输送部的和介质导出部的区域尤其可以明显更紧凑地设计。此外，两个在堆叠件中彼此相邻的薄膜电极装置彼此间的错位也可以在介质导出部的和介质输送部的该区域中更小地选择。

在制造由气体扩散层、双极板或双极板层和流场密封元件构成的单元时，气体扩散层的外部的、环绕的区段优选与双极板或双极板层上的边缘接片接触。

优选由弹性体材料构成的流场密封元件如下这样地产生，即，使其与气体扩散层并与双极板或双极板层在边缘接片的区域中直接并没有缝隙地连接。

当以压注法产生流场密封元件时，则压注工具的挤压棱边可以放置到气体扩散层上，其中，气体扩散层通过弹性的或塑性的变形补偿压注工具的公差。

在根据本发明的电化学设备和根据本发明的制造方法中，在边缘接片与流场密封元件之间形成边缘通道通过将流场密封元件直接布置在边缘接片上来防止。由此避免薄膜电极装置的具有电化学活性的区域发生非限定的介质供应和与之相关的老化效应，并且能够放弃薄膜电极装置的外边缘区域上的边缘强化装置。

本发明能够实现电化学单元的边缘和密封区域的非常紧凑的结构。

此外，由双极板或双极板层、气体扩散层和流场密封元件构成的单元可以在电化学设备的组装过程中通过唯一的操纵和定位过程组装。

(具有或不具有边缘强化装置的)薄膜电极装置可以作为卷材存在，并且在组装堆叠件之前的过程步骤中被裁切和组装。

必需的过程步骤的数量和费用以及必需的操纵和定位过程的数量和费用由此明显得到减少，并且组装过程是不易出错的。

边缘接片在产生流场密封元件时用作成型的和/或支撑性的结构。

边缘接片也可以用于至少部分容纳密封元件，密封元件用于相对于环境密封双极板的内部空间。

用于将边缘接片的体积划分为多个可被不同的介质流过的区段的填塞部可以例如是置入件、单独地应用的元件或在共同的过程步骤中与流场密封元件一起应用到双极板或双极板层上的元件。

在双极板上或双极板层上可以设置有如下元件，其用于将气体扩散层临时固定在双极板上或双极板层上，直到产生流场密封元件。

这种固定元件可以与双极板或双极板层一体式地成形，或者可以是与双极板或双极板层分离地构造的构件。

在双极板或双极板层上固定气体扩散层可以例如通过形状锁合(formschluss)、材料锁合或摩擦锁合(reibschluss)实现。

对于借助流场密封元件来密封来说必需的弹性可以通过使用弹性体材料和/或通过使用凸棱结构和布置在其上的密封材料来产生。在使用凸棱结构的情况下，通过在第一挤压过程中的塑性的变形补偿宏观的不平整性，并且通过布置在凸棱结构上的优选由弹性体材料构成的密封件补偿微观的不平整性。

流场密封元件可以平整地或在其远离双极板的上侧上异形化地构造，以便降低对于密封作用来说所必需的密封压力。

当在双极板上存在多个流场密封元件，例如阴极侧的流场密封元件和阳极侧的流场密封元件时，流场密封元件则可以以相同的方式构建和产生或者不同地构建和/或产生。

例如可以在双极板的其中一侧上尤其是以压注法产生异形化的流场密封元件，而在双极板的对置的侧上借助图案印刷法，尤其是丝网印刷法产生平整地构造的流场密封元件。

在使用压注法来产生流场密封元件的情况下，气体扩散层通过压注工具的挤压棱边与其在电化学设备运行期间被挤压相比优选更强地被挤压。

边缘接片优选具有足够大的放置面，从而经由压注工具的挤压棱边可以建立在注入弹性体材料期间所必需的密封。

当双极板由多个双极板层拼装时，气体扩散层的接合和在每个双极板层上产生流场密封元件则可以单独地进行，由此可以在另外的步骤中相互接合双极板层。在该情况下，在产生流场密封元件时，可以利用另外的压注工具从双极板层的与待产生的密封元件对置的一侧支撑双极板层。

但原则上，至少一个流场密封元件也可以在已经由多个双极板层接合成的双极板上产生。

双极板的坚固性在此应该是足够高的，以便承受出现的过程力。

在双极板的两个相互对置的侧面上的气体扩散层和流场密封元件在此可以在共同的过程步骤中或也可以按顺序依次应用。

当流场密封元件可以在双极板的两个相互对置的侧面上利用相同的工具应用时，按顺序的应用可以在此是有利的。

优选地，借助流场密封元件分别将气体扩散层接合到双极板的两个相互对置的侧面上。

但原则上也可以设置的是，借助流场密封元件仅将一个气体扩散层接合在双极板的一个侧面上，其中，第二气体扩散层在电化学设备的组装过程中单独地置入在双极板的对置的侧面上。

当双极板的多个双极板层通过焊接法相互接合时，当流场密封元件没有与焊缝重叠时，双极板层可以在产生流场密封元件之前或之后相互焊接。在该情况下，在产生流场密封元件之后，所有接合部位也还可以从双极板的至少一个侧面接近。

当多个双极板层通过粘贴相互接合时，双极板层优选在各个双极板层上产生流场密封元件后相互接合。在此，接合线(沿堆叠方向看)可以与双极板层上的流场密封元件和通道密封元件重叠，这能够实现双极板在密封元件的区域中的明显更紧凑的结构。

附图说明

本发明的另外的特征和优点是对实施例的随后的描述和附图的主题。其中：

图1从上方示出包括多个沿堆叠方向依次跟随的电化学单元的电化学设备的电化学单元的双极板的阳极侧的局部的示意性的俯视图，其中，该图示示出介质输送部的或介质导出部的区域和双极板的阳极侧的流场的一部分；

图2从下方示出图1的双极板的阴极侧的局部的示意性的俯视图，该俯视图示出介质输送部的或介质导出部的相同的区域和对置的阴极侧的流场的片段；

图3示出沿图1中的线3-3在阴极流体的出口的区域中穿过包含来自图1和图2的双极板的电化学设备的示意性的纵截面图；

图4示出沿图1中的线4-4在阳极流体的入口的区域中穿过包含来自图1和图2的双极板的电化学设备的示意性的纵截面图；

图5示出沿图1中的线5-5在冷却剂入口的区域中穿过包含来自图1和图2的双极板的电化学设备的示意性的纵截面图；

图6示出包括多个沿堆叠方向依次跟随的电化学单元的电化学设备的双极板的第二实施方式的阴极侧的示意性的俯视图；

图7示出图6的双极板的阳极侧的示意性的俯视图；

图8示出沿图6中的线8-8在阴极流体输送到第一组薄膜电极装置的区域中穿过包含来自图6和7的双极板的电化学设备的示意性的截面图；

图9示出沿图6中的线9-9在阴极流体输送到第二组薄膜电极装置的区域中穿过包含来自图6和7的双极板的电化学设备的示意性的截面图；

图10示出沿图6中的线10-10在阳极流体从第二组薄膜电极装置的导出的区域中穿过包含来自图6和7的双极板的电化学设备的示意性的截面图；

图11示出沿图6中的线11-11在阳极流体从第一组薄膜电极装置的导出的区域中穿过包含来自图6和7的双极板的电化学设备的示意性的截面图；

图12示出沿图6中的线12-12在冷却剂入口的区域中穿过包含来自图6和图7的双极板的电化学设备的示意性的截面图；

图13示出穿过具有边缘接片的双极板层、与边缘接片接触的气体扩散层和与边缘接片接触且与气体扩散层接触的流场密封元件以及用于产生流场密封元件的压注工具的工具部分的示意性的截面图；

图14示出穿过具有边缘接片的双极板层、与边缘接片接触的气体扩散层和与边缘接片接触且与气体扩散层接触的流场密封元件的示意性的截面图，流场密封元件设有一个或多个密封唇。

图15示出穿过具有边缘接片的双极板层、与边缘接片接触的气体扩散层和与边缘接片接触且与气体扩散层接触的流场密封元件的示意性的截面图，流场密封元件以cip(“cured-in-place(现场固化)”)带的形式构造；

图16示出穿过具有边缘接片的双极板层、与边缘接片接触的气体扩散层和与边缘接片接触且与气体扩散层接触的流场密封元件的示意性的截面图，流场密封元件通过压注产生；

图17示出双极板的第三实施方式的阴极侧的双极板层的冷却剂侧的内侧的示意性的俯视图；

图18示出双极板的第三实施方式的阳极侧的双极板层的冷却剂侧的内侧的示意性的俯视图；

图19示出沿图17中的线19-19穿过包含来自图17和图18的双极板的电化学设备的示意性的截面图，其中，在双极板的完成安装的状态下相互接合的阴极侧的和阳极侧的双极板层沿堆叠方向彼此间隔开地示出，以便说明在双极板的内部空间中的冷却剂密封元件分别仅与其中一个双极板层材料锁合地连接；

图20示出在阴极流体输送第一组薄膜电极装置的区域中穿过电化学设备的相应于图8的示意性的截面图，该电化学设备包含双极板的第四实施方式，在其中，阴极侧的双极板层和阳极侧的双极板层没有通过焊接，而是通过粘贴相互接合；

图21示出穿过设有由两个边缘强化层构成的边缘强化装置的薄膜电极装置的边缘区域、两个气体扩散层和两个流场密封元件的示意性的截面图，流场密封元件根据现有技术与气体扩散层间隔开地布置在边缘强化装置上。

图22示出穿过薄膜电极装置的边缘区域、两个气体扩散层、分别具有边缘接片的两个双极板层和两个流场密封元件的示意性的截面图，流场密封元件根据本发明分别与边缘接片和气体扩散层接触。

图23示出穿过薄膜电极装置的边缘区域、两个气体扩散层、分别具有边缘接片的两个双极板层和一个流场密封元件的示意性的截面图，该流场密封元件与第一双极板的第一边缘接片接触并且与第一气体扩散层接触，并且从第一双极板延伸到与第一双极板对置的第二双极板，并且紧密地贴靠在该第二双极板上；并且

图24示出穿过薄膜电极装置的边缘区域、两个气体扩散层、分别具有边缘接片的两个双极板层和两个流场密封元件的示意性的截面图，其中，第一流场密封元件与第一双极板的第一边缘接片接触并且与第一气体扩散层接触，并且紧密地贴靠在第二流场密封元件上，第二流场密封元件本身与第二气体扩散层接触，并且紧密地贴靠在与第一双极板对置的第二双极板上，然而与第二双极板的第二边缘接片间隔开。

相同的或在功能上等价的元件在所有图中以相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1至5所示的整体上用100标记的电化学设备，例如燃料电池堆或电解器，包括堆叠件，堆叠件包括多个沿堆叠方向104依次跟随的电化学单元106(例如燃料电池单元或电解器单元)和(未示出的)用于给电化学单元加载以沿堆叠方向104指向的压紧力的压紧设备。

像最好从图3至5看到的那样，电化学设备100的每个电化学单元106分别包括双极板108、薄膜电极装置(mea)110、布置在薄膜电极装置110的阴极侧上的阴极侧的气体扩散层112和布置在薄膜电极装置110的阳极侧上的阳极侧的气体扩散层114。

在电化学设备100的图1至5所示的实施方式中，每个薄膜电极装置110在其外边缘区域116上设有边缘强化装置118，其优选材料锁合地，尤其是通过热层压和/或粘贴固定在薄膜电极装置110上。

边缘强化装置118也被称为子衬垫。

这种边缘强化装置118例如可以包括尤其是形式为边缘强化薄的两个边缘强化层，其中，阴极侧的边缘强化层贴靠在薄膜电极装置110的阴极侧上，而阳极侧的边缘强化层贴靠在薄膜电极装置110的阳极侧上，并且两个边缘强化层优选材料锁合地，尤其是通过热层压和/或粘贴地相互固定在凸出超过薄膜电极装置110的外边缘120的凸出区域122中。

在图3至5中，边缘强化装置118的边缘强化层在简化的图示的意义下仅作为单元并且非单独地示出。

边缘强化装置118的其中每个边缘强化层可以由热塑性的、热固性的或弹性体的聚合物形成，其优选包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚酰胺-弹性体、聚酰亚胺、聚氨酯、聚氨酯-弹性体、硅酮、硅酮橡胶和/或基于硅酮的弹性体。

薄膜电极装置110包括面对阴极侧的气体扩散层112的阴极、面对阳极侧的气体扩散层114的阳极和布置在阴极与阳极之间的电解质薄膜，尤其是聚合物电解质薄膜。

薄膜电极装置110的该三层的结构在附图中基于简化原因没有示出。

阴极侧的气体扩散层112由透气材料形成，并且用于使阴极流体，尤其是氧化剂从与薄膜电极装置110相邻的双极板108a的阴极侧的流场124的通道朝薄膜电极装置110的阴极穿过，该双极板沿堆叠方向104跟随薄膜电极装置110a，并且与阴极侧的气体扩散层112接触。

阳极侧的气体扩散层114同样由透气材料形成，并且同样用于使阳极流体，尤其是燃气从沿堆叠方向104布置在薄膜电极装置110下方的双极板108b的阳极侧的流场126的通道朝薄膜电极装置110的阳极穿过，该双极板与阳极侧的气体扩散层114接触。

阳极侧的气体扩散层114和相邻的双极板108b共同包围出电化学单元106的阳极侧的流体空间128。

阴极侧的气体扩散层112和与之相邻的双极板108a共同包围出电化学单元106的阴极侧的流体空间130。

像最好从图2看到的那样，每个双极板的阴极侧的流场124被阴极侧的边缘接片132围绕，该边缘接片优选连续构造并且包围出整个阴极侧的流场124。

像例如由图3看到的那样，阴极侧的边缘接片132例如以凸棱的形式构造在双极板108的阴极侧的双极板层134上。

边缘接片132尤其可以包括面对流场124的内侧边136、远离流场124的外侧边138和使外侧边138与内侧边136连接的顶区域140。

双极板108优选由可弹性地和/或塑性地变形的金属材料形成。

为了朝外流体密封地密封阴极侧的流场124和阴极侧的流体空间130，在双极板108的阴极侧上布置有阴极侧的流场密封元件142，其沿密封线144围绕阴极侧的边缘接片132和阴极侧的流场124延伸。

流场密封元件142与阴极侧的边缘接片132接触，并且与阴极侧的气体扩散层112接触，该阴极侧的气体扩散层贴靠在阴极侧的边缘接片132的顶区域140上，并且越过该边缘接片延伸至阴极侧的流场密封元件142。

优选地，阴极侧的流场密封元件142材料锁合地与阴极侧的边缘接片132，优选与其外侧边138连接，并且材料锁合地与阴极侧的气体扩散层112连接。

在电化学设备100的已安装的状态下，阴极侧的流场密封元件142流体密封地紧密地贴靠在边缘强化装置118上，边缘强化装置固定在其上贴靠有阴极侧的气体扩散层112的那个薄膜电极装置110上，阴极侧的气体扩散层与阴极侧的流场密封元件142接触。

双极板108的阳极侧的流场126被阳极侧的边缘接片148围绕，该边缘接片尤其可以构造为双极板108的阳极侧的双极板层146上的凸棱，并且优选连续围绕阳极侧的流场126延伸。

阳极侧的边缘接片148优选构造有和阴极侧的边缘接片132基本上相同的横截面积，并且尤其可以包括面对阳极侧的流场126的内侧边136和远离阳极侧的流场126的外侧边138以及将外侧边138和内侧边136连接的顶区域140。

为了朝外密封阳极侧的流场126和阳极侧的流动空间128，在阳极侧的双极板层146上设置有阳极侧的流场密封元件150，其围绕沿密封线152的阳极侧的边缘接片148和阳极侧的流场126延伸。

阳极侧的流场密封元件150与阳极侧的边缘接片148接触，尤其是与其外侧边138接触，并且与阳极侧的气体扩散层114接触，该阳极侧的气体扩散层114越过阳极侧的边缘接片148的顶区域140延伸至阳极侧的流场密封元件150。

优选地，阳极侧的流场密封元件150与阳极侧的边缘接片148和阳极侧的气体扩散层114材料锁合地连接。

阳极侧的流场密封元件150流体密封地紧密地贴靠在边缘强化装置118上，边缘强化装置固定在其上贴靠有阳极侧的气体扩散层114的那个薄膜电极装置110上，阳极侧的气体扩散层与阳极侧的流场密封元件150接触。

每个双极板108的相互对置的端部区域都具有多个介质贯通开口154，通过这些介质贯通开口，待输送给电化学设备100的流体介质(尤其是待输送给薄膜电极装置110的阴极的阴极流体、待输送给薄膜电极装置110的阳极的阳极流体或冷却剂)分别可以穿过双极板108。

在堆叠件中依次跟随的双极板108的介质贯通开口154和沿堆叠方向104位于介质贯通开口154之间的中间空间共同分别形成介质通道156。

给每个介质通道156(流体介质可以通过该介质通道输送给电化学设备100)分别配属至少一个另外的介质通道，相关的流体介质可以通过该至少一个另外的介质通道从电化学设备100导出。

在此，每个介质通道156与双极板108的配属于相关的介质的流场124、126流体连接，从而介质可以离开第一介质通道156地横向于，优选基本上垂直于堆叠方向104地朝第二介质通道流动。

像从图1和2看到的那样，每个双极板108尤其包括用于阴极流体的贯通开口158(其形成穿过电化学设备100的用于阴极流体的导出通道160的组成部分)、用于阳极流体的贯通开口162(其形成穿过电化学设备100的用于阳极流体的输送通道164的组成部分)和用于冷却剂的贯通开口166，其形成穿过电化学设备100的用于冷却剂的输送通道168的组成部分。

像最好从图3看到的那样，具有阳极侧的流场密封元件150的双极板108的阳极侧的边缘接片148在用于阴极流体的贯通开口158附近，相对于具有阴极侧的流场密封元件142的阴极侧的边缘接片132沿垂直于堆叠方向104指向的错位方向170远离用于阴极流体的贯通开口158地错开。

在双极板108的阳极侧的流场密封元件150和阴极侧的流场密封元件142之间的中间区域172中，在双极板108上设置有用于阴极流体的贯通开口174，通过该用于阴极流体的贯通开口，阴极流体可以从双极板108的阴极侧的阴极侧的流体空间130离开进入双极板108的阳极侧，并且从那里进入用于阴极流体的导出通道160。

阴极流体从电化学单元106的阴极侧的流体空间130离开到用于阴极流体的导出通道160的并且进入用于阴极流体的导出通道160内部的流动方向在图3中通过箭头176说明。

因此，阴极流体流动穿过双极板108中的用于阴极流体的贯通开口174，并且越过双极板108的阴极侧的边缘接片132。

为了密封用于阴极流体的导出通道160和阴极流体从阴极侧的流体空间130直到导出通道160的流动路径，在双极板108的阳极侧上设置有阳极侧的通道密封元件178，其沿密封线180(参见图1)围绕用于阴极流体的贯通开口158并且围绕用于阴极流体的贯通开口174延伸。

阳极侧的通道密封元件178优选材料锁合地固定在双极板108上，并且流体密封地紧密地贴靠在与阳极侧的双极板层146相邻的边缘强化装置118上。

此外，为了密封用于阴极流体的导出通道160，在双极板108的在阴极侧上设置有阴极侧的通道密封元件182，其沿密封线184(参见图2)围绕用于阴极流体的贯通开口158延伸。

阴极侧的通道密封元件182优选材料锁合地固定在阴极侧的双极板层134上，并且流体密封地紧密地贴靠在与阴极侧的双极板层134相邻的边缘强化装置118上。

为了相对于各自的双极板108的内部空间186(其在电化学设备100运行时填充以冷却剂)密封，阳极侧的双极板层146和阴极侧的双极板层134流体密封地沿围绕用于阴极流体的贯通开口158延伸的接合线188并且借助围绕用于阴极流体的贯通开口174延伸的接合线190相互接合(参见图1和2)。

这些接合线188和190在图1至5所示的实施方式中优选构造为焊接线，尤其是构造为电阻焊接线或激光焊接线。

为了使双极板108在其阳极侧上在与在其中有阴极侧的通道密封元件182和阴极侧的流动通道密封元件142彼此相邻地延伸的区域对置的部位上被支撑，在双极板108的阳极侧上布置有一个或多个支撑元件192。

支撑元件192例如可以分别构造为成形入阳极侧的双极板层146中的隆起部。

为此替选地也可能的是，至少一个这种支撑元件192构造为与双极板108分离地制成的并且在安装电化学设备100时布置在双极板108与在阳极侧相邻的边缘强化装置118之间的元件。

在若干支撑元件192之间或在支撑元件192内部设置有贯通通道，用于使阴极流体穿过由支撑元件192构成的装置。

像同样从图3看到的那样，双极板108此外还在其阴极侧在与其中有阳极侧的通道密封元件178和阳极侧的流动通道密封元件150彼此相邻地延伸的区域对置的部位上，在其阴极侧上同样设有支撑元件194，利用这些支撑元件，双极板108支撑在阴极侧的气体扩散层112上并且支撑在其上贴靠有阴极侧的气体扩散层112的边缘强化装置118上。

这些支撑元件194可以作为隆起部成形到阴极侧的双极板层134上，或者作为构造为与双极板108分离地构造的并且在安装电化学设备100时布置在双极板108与阴极侧的气体扩散层112之间的元件。

像从图4看到的那样，电化学设备100在阳极流体从用于阳极流体的输送通道164离开输送到电化学单元106的阳极侧的流体空间128的区域中和图3所示的在阴极流体从阴极侧的流体空间130离开导出到用于阴极流体的导出通道160的区域中相应地构建，然而其中，输送阳极流体在电化学设备100的如下平面中进行，该平面相对于其中进行阴极流体导出的平面沿堆叠方向104错开。

此外，在输送阳极流体的区域中，具有阳极侧的流场密封元件150的阳极侧的边缘接片148相对于具有阴极侧的流场密封元件142的阴极侧的边缘接片132在垂直于堆叠方向104并且与错位方向170相反地指向的错位方向196上，即远离阳极侧的流场126的中部地朝双极板108的外边缘错位。

在阳极侧的边缘接片148与阴极侧的边缘接片132之间的中间区域172中，在该区域中设置有用于阳极流体的贯通开口198，其穿过双极板108。

阳极流体在电化学设备100运行时从用于阳极流体的输送通道164离开在阳极侧的边缘接片148下方穿过，并且通过用于阳极流体的贯通开口198向上流入到各自的阳极的流体空间128中。

阳极流体穿过用于阳极流体的输送通道164并且穿过用于阳极流体198的贯通开口198进入阳极流体空间128的流动方向在图4中通过箭头200示出。

在双极板108的阴极侧上布置有阴极侧的通道密封元件202，其沿密封线204围绕用于阳极流体的贯通开口162和围绕用于阳极流体的贯通开口198延伸，并且流体密封地紧密地贴靠在相邻的边缘强化装置118上。

在双极板108的阳极侧上布置有阳极侧的通道密封元件206，其围绕用于阳极流体的贯通开口162延伸，并且流体密封地紧密地贴靠在相邻的边缘强化装置118上。

阳极侧的双极板层146和阴极侧的双极板层134借助围绕用于阳极流体的贯通开口162延伸的接合线210并且借助围绕用于阳极流体的贯通开口198延伸的接合线212相互接合。

每个双极板108在其阴极侧上在与其中有阳极侧的通道密封元件206与阳极侧的流场密封元件150相邻地延伸的区域对置的部位上设有一个或多个支撑元件214。

此外，每个双极板108在其阳极侧上在其中有与阴极侧的通道密封元件202同阴极侧的流场密封元件142相邻地延伸的区域对置的部位上设有一个或多个支撑元件216。

像从图5看到的那样，电化学设备100在冷却剂输送至双极板108的内部空间186的区域中和在图3所示的阴极流体从电化学单元106的阴极侧的流体空间130导出的区域中相应地构造。

尤其地，在电化学设备100的图1至6所示的实施方式中，将冷却剂输送到双极板108的内部空间186中和将阴极流体从阴极侧的流体空间130离开导出在相同的平面中进行。

此外，在冷却剂输送到内部空间186的区域中，具有阳极侧的流场密封元件150的阳极侧的边缘接片148相对于具有阴极侧的流场密封元件142的阴极侧的边缘接片132沿错位方向170，也就是说远离双极板108的外边缘地朝阳极侧的流场126的中部的方向错位。

在中间区域172中，在每个双极板108上，在阳极侧的双极板层146上设置有用于冷却剂的贯通开口218，冷却剂可以通过该用于冷却剂的贯通开口从用于冷却剂的输送通道168离开到达双极板108的内部空间186中。

因此，该贯通开口218没有穿过整个多层的双极板108延伸。

在电化学设备100运行时，冷却剂从用于冷却剂的输送通道168离开越过阴极侧的边缘接片132并且通过用于冷却剂的贯通开口218流入双极板108的内部空间186中。

冷却剂的流动方向在图5中通过箭头220说明。

阳极侧的通道密封元件222沿密封线224围绕用于冷却剂的贯通开口166且围绕用于冷却剂的贯通开口218延伸，并且流体密封地紧密地贴靠在相邻的边缘强化装置118上。

在双极板108的阴极侧上，阴极侧的通道密封元件226沿密封线228围绕用于冷却剂的贯通开口166延伸，并且流体密封地紧密地贴靠在相邻的边缘强化装置118上。

阳极侧的双极板层146和阴极侧的双极板层134沿围绕用于冷却剂的贯通开口166延伸的接合线230流体密封地相互接合。

在双极板108的阳极侧上，在与其中有阴极侧的通道密封元件226与阴极侧的流场密封元件142相邻地延伸的区域对置的部位上布置有一个或多个支撑元件232。

在双极板108的外边缘234附近，每个双极板108的阳极侧的双极板层146和阴极板侧的双极板层134沿接合线236流体密封地相互接合。

接合线236优选通过焊接，尤其是通过电阻焊接或激光焊接产生。

原则上也可以设置的是，将冷却剂输送到双极板108的内部空间186中和将阳极流体输送至阳极侧的流体空间128中在电化学设备100的相同的平面中进行。

此外，关于其中每个输送给电化学设备100的介质(阴极流体、阳极流体和冷却剂)，输送和导出相关的流体介质的区域可以互换，从而这些介质穿过电化学设备100的通过箭头176、200和220说明的流动方向发生逆转。

在此，这些流体介质中任一个的每个流动方向可以与其他介质的任意的流动方向组合。

阳极侧的通道密封元件178、206和222在图3至5中分别与相邻的阳极侧的流场密封元件150分开地示出；但为此替选地也可以设置的是，阳极侧的通道密封元件178、206和/或222分别与阳极侧的流场密封元件150的分别相邻的区段一体式地构造。

此外，在图3至5中也分别与相邻的阴极侧的流场密封元件142分开地示出了阴极侧的通道密封元件182、202和226。但原则上也可能的是，阴极侧的通道密封元件182、202和/或226分别与阴极侧的流场密封元件142的相邻的区段一体式地构造。

此外，在图1和2中彼此独立地示出了阳极侧的通道密封元件178、206和222。但原则上也可能的是，两个或更多个阳极侧的通道密封元件178、206和222相互一体式地构造。

此外，在图2中彼此分开地示出了阴极侧的通道密封元件182、202和226。但原则上也可能的是，两个或更多个阴极侧的通道密封元件182、202和226相互一体式地构造。

密封元件142、150、178、182、202、206、222和226优选如下这样地构造在双极板108上，即，使密封元件不与接合线188、190、210、212、230和236重叠，在接合线上，阳极侧的双极板层146和阴极侧的双极板层134相互接合。尤其地，优选设置的是，(沿堆叠方向104看)密封元件没有与接合线相交，并且也没有与该接合线平行地沿堆叠方向104在接合线上方或下方延伸。

由此可能的是，在所提到的优选弹性的密封元件在双极板层146或134上产生之后，将阳极侧的双极板层146和阴极侧的双极板层134相互接合。

图13至16示出了在制造双极板108时气体扩散层112、114如何可以共同地与各自的流场密封元件142、150接合在分别配属的边缘接片132、148上的不同的可能性。

图13示出了流场密封元件，例如阳极侧的流场密封元件150通过压注过程产生，并且可以同时与分别配属的双极板层，例如与阳极侧的双极板层146并且与分别配属的气体扩散层，例如与阳极侧的气体扩散层114材料锁合地连接。

双极板层146优选通过变形过程，尤其是通过压印或深冲过程地由金属的原材料，尤其是金属的板材材料制成，其中形成边缘接片148。

气体扩散层114如下这样地放置到双极板层146上，即，使气体扩散层基本上完全覆盖边缘接片148的顶区域140，并且此外还延伸到边缘接片148的远离流场126的一侧上。

第一压注工具238以挤压棱边240和242安放到双极板层146或气体扩散层114上，从而形成被充满以优选是弹性体的压注材料的空穴244。

第二压注工具246在双极板层146的远离空穴244的一侧上被贴靠到该双极板层上，以便用作用于在第一压注工具238的挤压棱边240和242的区域中挤压双极板层146和气体扩散层114的对应保持器。

在随后给空穴244填充待硬化的弹性体材料时(流场密封元件150由该弹性体材料形成)，弹性体材料也渗入多孔的气体扩散层114的面对空穴244的边缘区域248中，从而使气体扩散层114严密地并且材料锁合地与流场密封元件150连接。

在弹性体材料硬化并且移除压注工具238和246后，由流场密封元件150、双极板层146和气体扩散层114构成的布置得到图16所示的造型，其中，流场密封元件150也与双极板层146，尤其是与边缘接片148的外侧边138材料锁合地连接。

流场密封元件150可以具有一个或多个密封唇250，流场密封元件150利用密封唇在电化学设备100的已安装的状态下流体密封地紧密地贴靠在分别相邻的边缘强化装置118上。

流场密封元件150与双极板层146和气体扩散层114的替选的接合在图14中示出。

在替选的实施方式中，气体扩散层114没有越过边缘接片148的整个顶区域140延伸到边缘接片148的远离流场126的一侧；相反地，贴靠在顶区域140上的气体扩散层114在边缘接片148的顶区域140内部结束。

流场密封元件150在该实施方式中在边缘接片148的顶区域140的没有被气体扩散层114覆盖的区段上并且在气体扩散层114的边缘区域248上延伸，并且优选也渗入到气体扩散层114的边缘区域248中，以便建立流场密封元件150和气体扩散层114之间的特别严密的、材料锁合的连接。

在该实施方式中优选地设置的是，流场密封元件150没有延伸到边缘接片140的外侧边138上。

在该实施方式中，流场密封元件150也可以具有一个或多个密封唇250。

根据图14的流场密封元件150也可以例如通过压注法在双极板层146上和在气体扩散层114上产生。

用于将流场密封元件150接合到双极板层146上并接合到气体扩散层114上的图15所示的替选的可能性与图14所示的实施方式的不同之处在于，流场密封元件150基本上未被异形化，并且尤其不具有成形出的密封唇250。

这种流场密封元件150例如可以通过图案印刷法，尤其是丝网印刷法或通过由供料机将由待硬化的弹性体材料构成的带施布到双极板层146的边缘接片148上和气体扩散层114的边缘区域248上(所谓的cip(“cured-in-place(现场固化)”)法)来产生。

在电化学设备100的图1至5所示的实施方式中，阳极侧的流场密封元件150和阴极侧的流场密封元件142分别流体密封地紧密地贴靠在相邻的边缘强化装置118上。

这种电化学设备100的在图6至12中示出的替选的实施方式与图1至5所示的第一实施方式的不同之处在于，阳极侧的流场密封元件150分别流体密封地紧密地贴靠在沿堆叠方向104位于上方的双极板108的阴极侧的流场密封元件142上(参见图8至12)。

为了能够实现这一点，两个沿堆叠方向104依次跟随的双极板108a和108b的相互面对的边缘接片132、148(其分别在相同的薄膜电极装置110的相互对置的侧面上布置)沿堆叠方向104来看彼此全等地布置，而相同的双极板108a或108b的边缘接片132和148和在图1至5所示的第一实施方式中一样地此外还分区段地在垂直于堆叠方向104取向的错位方向170或196上相互错开地布置。

优选地，这通过如下方式实现，即，沿堆叠方向直接依次跟随的双极板108a和108b虽然彼此相同地构造，然而在安装电化学设备100时却分别围绕平行于堆叠方向104的转动轴线扭转180°的角度地装入堆叠件中。

像从图8至11看到的那样，由此，在流体输送至电化学单元106的各自的流体空间128、130的区域中，边缘接片132、148在电化学设备100的第一平面中朝分别配属的流场124、126的中间点错开，并且在电化学设备100的沿堆叠方向104相邻的第二平面中远离分别配属的流场124、126的中间点地向外错开。

在此，分别在边缘接片132、148朝流场124、126的中部错开的平面中发生流体从各自的流体通道离开，输送至双极板108a、108b中的用于相关的流体的分别配属的贯通开口174、198，其中，相关的流体越过在分别相邻的平面中的边缘接片132、148地引导。

在各自的贯通开口174、198上，流体于是通过双极板108a、108b地更换到电化学设备100的沿堆叠方向104相邻的平面的分别配属的流体空间128、130中。

这在随后的示例中参考图8至11的截面图详细阐述：

从图8看到的是，阴极流体从在电化学设备100的(从上数的)第一平面和第三平面中的用于阴极流体的输送通道252离开，朝双极板108a中的用于阴极流体的贯通开口174并且穿过该贯通开口进入到在第一组薄膜电极装置110a的阴极侧的阴极侧的流体空间130中。

从图9看到的是，阴极流体从在电化学设备100的第二平面和第四平面中的用于阴极流体的输送通道252到达双极板108b中的用于阴极流体的贯通开口174，这些双极板相对于双极板108a围绕平行于堆叠方向104的转动轴线扭转180°的角度地布置。阴极流体从这些双极板108b的用于阴极流体的贯通开口174进入在第二组薄膜电极装置110b的阴极侧上的阴极侧的流体空间130中。

像从图6看到的那样，阴极侧的边缘接片132在图8和9的切割平面之间从向外错开的定位(在图8中)更换到向内错开的定位中(在图9中)。相应地，在双极板108的该区域中，阳极侧的边缘接片148从向内错开的定位更换到向外错开的定位中。

像从图10看到的那样，阳极流体从双极板108a中的用于阳极流体的贯通开口198输送给在电化学设备100的第二平面中和第四平面中的用于阳极流体的导出通道254。

该用于阳极流体的贯通开口198与在第二组薄膜电极装置110b的阳极侧上的阳极侧的流动空间128流体连接。

像从图11看到的那样，阳极流体从双极板108b中的用于阳极流体的贯通开口198输送给在电化学设备100的第一平面中和第三平面中的用于阳极流体的导出通道254。

该用于阳极流体的贯通开口198与在第一组薄膜电极装置110a的阳极侧的阳极侧上的流动空间128流体连接。

像从图6看到的那样，双极板108的阴极侧的边缘接片132在图10和11的切割平面之间从其内部定位(在图10中)更换到其外部定位中(在图11中)。

相应地，在该区域中，阳极侧的边缘接片148从其外部定位(在图10中)更换到其内部定位中(在图11中)。

像从图12看到的那样，冷却剂在该实施方式中从用于冷却剂的输送通道168离开，通过分别相同的双极板108的阴极侧的双极板层134与阳极侧的双极板层146之间的缝隙256直接到达各自的双极板108的内部空间186中，而不会发生平面更换。

在其中每个缝隙256中可以设置有一个或多个支撑元件258，其使阴极侧的双极板层134和阳极侧的双极板层146彼此间以一定的间距保持，以便能够实现冷却剂的流过。

这些支撑元件258优选布置在如下区域中，在该区域中，流场密封元件142、150和通道密封元件222、226(沿堆叠方向104看)与冷却剂的流动路径相交。

在其他方面，电化学设备100的图6至12所示的第二实施方式在结构、功能和制造方式方面与图1至5所示的第一实施方式一致，就此可参考其之前的描述。

电化学设备的在图17至19中示出的第三实施方式与图6至12所示的第二实施方式的不同之处在于，阴极侧的双极板层134和分别配属的阳极侧的双极板层146没有通过沿接合线188、190、210、212、230和236的接合而相互接合，以便相对于环境密封在电化学设备运行时填充以冷却剂的内部空间186；相反地在该实施方式中，密封双极板108的内部空间186通过如下密封装置实现，该密封装置包括分别布置在阴极侧的双极板层134的或阳极侧的双极板层146的面对内部空间186的内侧的密封元件。

例如，在阴极侧的双极板层134的图17所示的内侧上可以设置有通道密封元件260，其围绕用于阴极流体的输送通道252、围绕用于阳极流体的导出通道254、围绕用于阴极流体的导出通道160或围绕用于阳极流体的输送通道164延伸。

此外，在阴极侧的双极板层134的内侧上可以设置有贯通开口密封元件262，其分别围绕用于阳极流体的贯通开口198的其中一个延伸。

在阳极侧的双极板层146的图18所示的内侧上可以设置有贯通开口密封元件264，其分别围绕用于阴极流体的贯通开口174其中一个延伸。

贯通开口密封元件262和264优选固定在如下那个双极板层134或146上，在这些双极板层上，相关的贯通开口198或174没有被气体扩散层112或114覆盖。

阴极侧的双极板层134的内侧还可以设有沿其外边缘276环绕的边缘密封元件274。

为了充分提供用于容纳这些密封元件的体积可以设置的是，针对这些密封元件中的每个，在分别对置的双极板层134或146的内侧上分别设置有相对应的凹陷部，相关的密封元件在电化学设备100的已安装的状态下嵌入凹陷部中，并且在凹陷部中，相关的密封元件流体密封地紧密地贴靠在分别对置的双极板层134或146上。

因此尤其可以设置的是，在图17中示出的阴极侧的双极板层134具有凹陷部266，用于容纳在阳极侧的双极板层146上的贯通开口密封元件264。

此外可以设置的是，阳极侧的双极板层146在其内侧上具有用于容纳阴极侧的双极板层134上的贯通开口密封元件262的凹陷部268、用于容纳阴极侧的双极板层134上的通道密封元件260的凹陷部270和用于容纳阴极侧的双极板层134上的边缘密封元件274的凹陷部272。

对用于密封双极板108的内部空间186的密封元件的固定也可以在承载密封元件的双极板层134或146上的凹陷部266’、268’、270’或272’中实现。

阴极侧的双极板层134的和阳极侧的双极板层146的内侧上的所提到的密封元件在安装电化学设备时借助电化学设备100的(未示出的)压紧设备相互压紧，从而确保足够的作用到密封元件上的密封力。该借助压紧设备产生的压紧力在图19中示意性地通过箭头f示出。为了可以引入用于将密封元件挤压到双极板层134、146中的压紧力，在沿堆叠方向104依次跟随的双极板108之间设置有附加的支撑元件280。

此外要注意到的是，分别相互配属的阴极侧的和阳极侧的双极板层134或146在图19中沿堆叠方向104彼此间隔开地示出，以便说明其中哪个密封元件在该实施方式中布置在哪个双极板层134或146上。

但原则上，用于密封双极板108的内部空间186的密封元件可以任意地固定在阴极侧的双极板层134上或阳极侧的双极板层146上。

在其他方面，电化学设备100的在图17至19中示出的第三实施方式在结构、功能和制造方式方面与图6至12所示的第二实施方式一致，就此可参考其之前的描述。

电化学设备100的在图20中示出的第四实施方式与图6至12所示的第二实施方式的不同之处在于，相互分别配属的阴极侧的双极板层134和阳极侧的双极板层146沿接合线188、190、210、212、230和/或236没有通过焊接，而是通过粘贴相互接合，尤其是材料锁合地连接。

在此优选地，双极板层134和146在布置好气体扩散层112或114后并且在双极板层134或146上产生流场密封元件142或150后相互粘贴。

与在图6至12中示出的第二实施方式不同地在此优选地设置的是，在双极板层134和146上产生的流场密封元件142、150和/或在双极板层134和146上产生的通道密封元件178、182以接合线188、190、210、212、230和/或236重叠，双极板层134和146在这些接合线上通过粘贴相互接合，这能够实现双极板108和进而电化学设备100总体上在所提到的密封元件的区域中的更紧凑的结构。

在其他方面，电化学设备100的在图20中示出的第四实施方式在结构、功能和制造方式方面与图6至12所示的第二实施方式一致，就此可参考其之前的描述。

图21和22示出了用于根据现有技术的密封结构(图21)和例如在图6至12和图17至20中示出的在电化学设备100的第二至第四实施方式中的密封结构(图22)的空间需求的比较。

根据现有技术的图21所示的密封结构包括薄膜电极装置110、阴极侧的气体扩散层112、阳极侧的气体扩散层114、阴极侧的流场密封元件142’和阳极侧的流场密封元件150’，薄膜电极装置设有由两个包围薄膜电极装置110的外边缘区域116的边缘强化层278构成的边缘强化装置118，其中，密封元件142’和150’可以选择性地固定在边缘强化装置118上或相邻的(未示出的)双极板108上。

在此，在薄膜电极装置110与边缘强化装置118之间的重叠区域必须具有大约2mm至大约5mm的宽度b1。在一方面是密封元件142’和150’与另一方面是薄膜电极装置110之间必须维持大约3mm至大约6mm的间距b2。流场密封元件142’和150’的宽度b3分别为大约4mm至大约7mm。在一方面是流场密封元件142’、150’与另一方面是边缘强化装置的外边缘之间必须维持大约1mm至大约3mm的间距b4。

密封结构的整个宽度b(等于b1+b2+b3+b4)因此为大约10mm至大约20mm。

图22中所示的根据本发明的密封结构包括在该实施方式中不具有边缘强化装置118的薄膜电极装置110、阴极侧的气体扩散层112、阳极侧的气体扩散层114、具有阴极侧的边缘接片132的阴极侧的双极板层134、具有阳极侧的边缘接片148的阳极侧的双极板层146、阴极侧的流场密封元件142和阳极侧的流场密封元件150，其中，两个流场密封元件142和150在该实施方式中直接流体密封地紧密地相互贴靠。

在该密封结构中，流场密封元件142和150(包括渗入到分别配属的气体扩散层112或114的弹性体材料在内)的宽度d1为大约4mm至大约7mm。在一方面是流场密封元件142和150与另一方面是双极板层134和146的外边缘276之间必须维持大约1mm至大约3mm的间距d2。

根据图22的密封结构的总宽度d(等于d1+d2)因此为大约5mm至大约10mm，并且因此仅是来自图21的根据现有技术的密封结构的宽度b的大约一半大。

与具有根据图21的密封结构的电化学设备100相比，具有根据图22的密封结构的电化学设备因此可以明显更节省空间地实施。

图23中所示的密封结构与根据图22的密封结构的不同之处在于，流场密封元件，例如阴极侧的流场密封元件142(其与边缘接片，例如与阴极侧的边缘接片132、第一双极板108接触，并且与第一气体扩散层，例如与阴极侧的气体扩散层112接触)延伸到与第一双极板108对置的第二双极板108’。

第二流场密封元件，例如阳极侧的流场密封元件150可以在该密封结构中取消。

流场密封元件142优选由弹性体材料形成，其尤其是渗入到配属的气体扩散层112中，从而使流场密封元件142材料锁合地与气体扩散层112连接。

此外，流场密封元件142优选材料锁合地与边缘接片132连接。

当第一双极板108多层地构造时，流场密封元件142则优选固定在第一双极板108的阴极侧的双极板层134上。

流场密封元件142优选利用密封唇282紧密地贴靠在第二双极板108’上，尤其是第二双极板108’的阳极侧的双极板层146上，并且优选以另外的密封唇284紧密地贴靠在薄膜电极装置110上，更确切地说尤其是薄膜电极装置110的阴极侧上。

由此，流场密封元件142流体密封地密封第一双极板108的流场，优选阴极侧的流场124，以及第二双极板108’的流场，优选阳极侧的流场126。

为了能够实现将流场密封元件142紧密地贴靠在薄膜电极装置110上，在该实施方式中，其上固定有流场密封元件142的气体扩散层112的外边缘286相对于薄膜电极装置110的外边缘288沿垂直于堆叠方向104的方向向内错开。

在该实施方式中，流场密封元件142与第二双极板108’的边缘接片148，尤其是与阳极侧的边缘接片148间隔开。

在图24中所示的替选的密封结构与图22中所示的密封结构的不同之处在于，其中一个流场密封元件，例如阳极侧的流场密封元件150’没有固定在相邻的双极板108’上，而是仅优选通过材料锁合与配属的气体扩散层，例如与阳极侧的气体扩散层114连接。

流场密封元件150’在该实施方式中利用一个或多个密封唇290紧密地贴靠在第二双极板108’上。

当双极板108’多层地构造时，流场密封元件150’则优选贴靠在双极板108’的阳极侧的双极板层146上。

此外，流场密封元件150’在该实施方式中直接流体密封地紧密地贴靠在流场密封元件142上。

流场密封元件150’在该实施方式中不必与双极板108’的边缘接片接触，尤其是不必与阳极侧的边缘接片148接触。