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  • 专利说明
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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    Es wird eine Anordnung zur zerstörungsfreien Detektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) vorgeschlagen, die die folgenden Bauteile umfasst: DOLLAR A a) einen Probenhalter zur Aufnahme und Positionierung einer MEA; DOLLAR A b) Mittel zur elektrischen Kontaktierung einer MEA, sodass eine elektrische Spannung an die MEA anlegbar ist; DOLLAR A c) Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Daten über die Wärmeabstrahlung eines Körpers, die in einem vorbestimmbaren Abstand gegenüber dem Probenhalter angeordnet werden können und die mit Mitteln zur Auswertung der erfassten Daten in elektronischem Kontakt stehen. Ferner wird eine Verwendung für diese Anordnung vorgeschlagen sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Detektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in MEAs.
    公开号:DE102004019475A1
    申请号:DE102004019475
    申请日:2004-04-22
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Mathias Dr. Böhmisch；Cornelius Dr. Haas
    申请人:DaimlerChrysler AG；
    IPC主号:H01M8-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion und Lokalisierungvon Kurzschlüssenin Membran-Elektroden-Anordnungen, mit der derartige Kurzschlüsse zerstörungsfreiaufgespürtwerden können.Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung für diese Anordnung und ein Verfahrenzur zerstörungsfreienAufspürungderartiger Kurzschlüsse.
    [0002] DerartigeAnordnungen, Verfahren und Verwendungen können beispielsweise auf demtechnischen Gebiet der Materialprüfung von Bauteilen für elektrochemischeZellen gewerblich genutzt werden.
    [0003] ElektrochemischeZellen werden grundsätzlichin elektrolytische Zellen und galvanische Elemente unterschieden.In den galvanischen Elementen laufen an Elektroden freiwillige elektrochemische Reaktionenab, wobei elektrischer Strom entsteht, während in elektrolytischen Zellendiese Reaktionen zwangsweise unter Zufuhr von elektrischem Strom umgedrehtwerden.
    [0004] Einebesondere Art von galvanischen Elementen sind Brennstoffzellen.Eine Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung zur Energieumwandlung,die chemische Energie, die in einem Brenn stoff gespeichert ist, sehreffizient in elektrische Energie umwandelt. Die für die dabeiablaufende elektrochemische Reaktion erforderlichen Reaktionsstoffewerden der Brennstoffzelle kontinuierlich und getrennt zugeführt. Umsetzungund Abtransport der Reaktionsprodukte erfolgen ebenfalls kontinuierlich.Brennstoffzellen könnenwiederum in verschiedene Arten untergliedert werden. Beispielsweiseunterscheidet man Brennstoffzellen nach der Art ihres Elektrolytenin Phosphorsaure Brennstoffzellen (kurz: PAFC), alkalische Brennstoffzellen(kurz: AFC), Festoxid-Brennstoffzellen (kurz: SOFC), Schmelzcarbonat-Brennstoffzellen (kurz:MCFC) und Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (kurz: PEMFC).
    [0005] Sowohlgalvanische Elemente, als auch elektrolytische Zellen weisen eineReihe von gleichen oder zumindest ähnlichen Bauteilen auf. DieErfindung wird im Folgenden am Beispiel einer PEMFC erläutert.
    [0006] Derprinzipielle Aufbau einer PEMFC ist wie folgt. Die PEMFC enthält eineMembran-Elektroden-Anordnung (kurz: MEA), die aus einer Anode, einerKathode und einer dazwischen angeordneten PEM als Elektrolyt aufgebautist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplattenangeordnet, wobei üblicherWeise eine Separatorplatte Kanälefür dieVerteilung von Brennstoff aufweist und die andere SeparatorplatteKanälefür dieVerteilung von Oxidationsmittel und wobei die Kanäle der MEA zugewandtsind. Die Elektroden, Anode und Kathode, sind im Allgemeinen alsGasdiffusionselektroden (kurz: GDE) ausgebildet. Diese haben dieFunktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (z . B . 2 H2 + O2 → 2 H2O) erzeugten elektrischen Strom abzuleitenund die Reaktionsstoffe, Edukte und Produkte, hindurch diffundierenzu lassen. Eine GDE besteht aus wenigstens einer Gasdiffusionslage(kurz: GDL). Zwischen GDE und PEM ist eine Katalysatorschicht ange ordnet,an der die elektrochemische Reaktion abläuft. Eine PEMFC kann weitereBauteile aufweisen, die dem Fachmann im Prinzip bekannt sind, beispielsweiseMittel zur Kühlung,Dichtungsmittel, Ports und dergleichen.
    [0007] AlsReaktionsstoffe werden Brennstoffe und Oxidationsmittel eingesetzt.Meist werden gasförmigeReaktionsstoffe eingesetzt, z.B. H2 oderein H2-haltiges Gas (z.B. Reformatgas) alsBrennstoff und O2 oder ein O2-haltigesGas (z.B. Luft) als Oxidationsmittel. Unter Reaktionsstoffe werdenalle an der elektrochemischen Reaktion teilnehmenden Stoffe verstanden,also auch Reaktionsprodukte wie z.B. H2O.
    [0008] Für die einwandfreieFunktion einer Brennstoffzelle ist es entscheidend, dass ihre Elektrodenräume (Kathodenraumund Anodenraum) fluidisch voneinander getrennt sind und elektrischnicht in direktem Kontakt stehen (natürlich stehen Anode und Kathodebei geschlossenem Stromkreis übereinen elektrischen Leiter indirekt miteinander in Kontakt – dies isthier jedoch nicht gemeint). Stehen Anoden und Kathode dennoch, beispielsweisedurch einen herstellungsbedingten Fehler, in elektrischem Kontakt,so kann es zu einem unerwünschtenelektrischen Kurzschluss (kurz: Kurzschluss) kommen, der die Funktionder betroffenen Brennstoffzelle ganz erheblich beinträchtigenkann. Ein besonders kritisches Bauteil in dieser Hinsicht ist dieMEA, zu deren Aufgaben die elektrische Trennung von Anode und Kathodegehört.Leider ist eine MEA auch ein sehr fragiles Gebilde, das bei seinemEinbau in eine Brennstoffzelle leicht Schaden nimmt und dadurchKurzschlüsseermöglicht.Im Hinblick auf die Zuverlässigkeitvon PEMFC, an der die kommerzielle Anwendung von PEMFC derzeit nochhäufigscheitert, wäre eswünschenswert,derartige Kurzschlüssemit einfachen Mitteln und in einfacher Weise zuverlässig aufspüren zu können.
    [0009] Bisherist aber keine Vorrichtung und kein Verfahren bekannt, mit der bzw.mit dem derartige Kurzschlüssein MEAs auf einfache Weise zuverlässig aufgespürt, d.h.detektiert und lokalisiert, werden können, ohne dass die MEA dabeibeschädigtoder gar zerstörtwird.
    [0010] EineAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Anordnungzur zerstörungsfreienDetektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in MEAs zu schaffen.
    [0011] Eineweitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahrenanzugeben, mit dem Kurzschlüssenin MEAs zerstörungsfreidetektiert und lokalisiert werden können.
    [0012] Nocheine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eineVerwendung fürdie Anordnung zur zerstörungsfreienDetektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in MEAs vorzuschlagen.
    [0013] Einerster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechendeine Anordnung zur Detektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in Membran-Elektroden-Anordnungen(MEA), die folgende Bauteile umfasst: – EinenProbenhalter zur Aufnahme und Positionierung einer Probe, wobeidie Probe im vorliegenden Fall vorzugsweise eine MEA ist; – Mittelzur elektrischen Kontaktierung der MEA, sodass eine elektrischeSpannung an die MEA anlegbar ist; – Mittelzur Erfassung ortsaufgelösterDaten über dieWärmeabstrahlungeines Körpers,die in einem vorbestimmbaren Abstand gegenüber dem Probenhalter angeordnetwerden können,und die mit Mitteln zur Auswertung der erfassten Daten in elektronischemKontakt stehen.
    [0014] DieErfindung basiert auf der Beobachtung, dass Bereiche einer MEA,die sich im Bereich eines Kurzschlusses befinden, bei Anlegen einerSpannung an die MEA eine erhöhteWärmeabstrahlung aufweisen,die von der durchschnittlichen Wärmeabstrahlungder MEA, die sonst im Wesentlichen Umgebungstemperatur aufweist,abweicht. Mit geeigneten Mitteln zur Erfassung ortsaufgelöster Daten über die Wärmeabstrahlungeines Körperslassen sich daher derartige Kurzschlüsse aufspüren, d.h. detektieren und lokalisieren,ohne dass die Probe, d.h. die MEA, dabei beschädigt wird.
    [0015] DieLokalisierung eines Kurzschlusses wird erheblich erleichtert, wennder Probenhalter einen Maßstabaufweist und eine MEA definiert zu diesem Maßstab positioniert werden kann.Dadurch lassen sich die Koordinaten eines Kurzschlusses in einer MEAauf einfache Weise auf dem Maßstabablesen. Der Maßstabkann dabei auch aus zwei oder mehr Teilmaßstäben bestehen, die beispielsweisesenkrecht zueinander angeordnet sind.
    [0016] Nocheinfacher lassen sich Kurzschlüssein einer MEA lokalisieren, wenn der Maßstab im infraroten Bereichdes elektromagnetischen Spektrums ablesbar ist. Dann ist der Maßstab aufz.B. einem Infrarotbild zu erkennen und die Koordinaten eines Kurzschlusseslassen sich in einfacher Weise optisch, anhand des Maßstabs bestimmen.Dabei ist es bevorzugt, wenn der Maßstab im Wellenlängenbereich elektromagnetischerStrahlung von 400 nm bis 12 μm ablesbarist.
    [0017] Vorteilhaftist es außerdem,wenn die Mittel zur elektrischen Kontaktierung einer MEA zumindest eineKlemme, vorzugsweise zwei Klemmen, umfassen, die elektrisch leitendan die MEA geklemmt werden kann. Dadurch können die Mittel auf einfache Weisean der MEA angebracht und wieder von ihre gelöst werden. Die Herrichtungder Probe fürdie Prüfungauf Kurzschlüssegestaltet sich dadurch besonders einfach.
    [0018] Eineandere, ebenfalls vorteilhafte Möglichkeitbesteht darin, Magneten zur elektrischen Kontaktierung einzusetzen.Dabei werden vorzugsweise zwei Magnete einander gegenüber aufden beiden Seiten der MEA positioniert, sodass über die magnetischen Kräfte aufdie Kontaktstelle eine definierte mechanische Anpresskraft einwirkt.
    [0019] Beieiner noch anderen, ebenfalls vorteilhaften Möglichkeit kann es sich beiden Mitteln zur elektrischen Kontaktierung auch um eine mechanische Vorrichtunghandeln, z.B. ein Roboterarm, mit dem Kontakte an die MEA angedrückt werdenkönnen.
    [0020] Umdie elektrische Leitfähigkeitder Mittel zur elektrischen Kontaktierung zu verbessern, kann zumindesteines der Mittel mit einem elektrisch gut leitfähigen Material beschichtetsein. Dabei kann es ausreichend sein, wenn nur die Kontaktfläche zwischen demMittel und der MEA beschichtet ist.
    [0021] GeeigneteBeschichtungen bestehen beispielsweise aus Gold, Silber, anderenedlen Metallen, Kohlenstoff und dergleichen oder Kombinationen daraus.Dabei kommt es vor allem auf eine gute und dauerhafte Kontakt- bzw.Oberflächenleitfähigkeitan. Das hat den Vorteil, dass dadurch an den Kontaktstellen zwischenz.B. Klemmen und MEA keine oder nur wenig Wärme entwickelt wird. AndernfallskönntenKurzschlüsseim Bereich der Kontaktstellen von der dortigen Wärmeentwicklung überdecktwerden und dadurch unbemerkt bleiben.
    [0022] Alsbesonders geeignete Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Datenhaben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ther mische Abbildungsvorrichtungenerwiesen, wobei thermische Infrarotabbildungsvorrichtungen und insbesondereInfrarotkameras bevorzugt sind. Die Ortsauflösung hat eine Reihe von Vorteilen. Über dieKenntnis des Ortes des Fehlers könnenz.B. direkte Rückschlüsse aufdie Fertigung gezogen werden, sodass Maßnahmen ergriffen werden können, umdiese zu optimieren und die Fehler zu vermieden. Als weitere Maßnahme können diefehlerhaften Stellen gezielt repariert oder nachbehandelt werden,sodass Ausschuss reduziert oder vermieden werden kann, und damitKosten eingespart werden können.Eine anschließende,nochmalige Kontrolle mit der erfindungsgemäßen Anordnung oder einer bevorzugtenAnordnung ermöglicht eszu entscheiden, ob die ergriffenen Maßnahmen geeignet waren. Außerdem können mitder Anordnung Auswirkungen von Design- oder Verfahrensänderungen auf das Auftretenvon Kurzschlüssen schnellgeprüftwerden. Dies erlaubt eine beschleunigte und effizientere Entwicklungvon Komponenten füreine MEA und deren Herstellungsverfahren.
    [0023] Dabeiist es bevorzugt, wenn die Mittel zur Erfassung orts- und zeitaufgelöster Datenso ausgebildet sind, dass eine fotografisch bildgebende Datenerfassungmöglichist. Die Vorteile der fotografischen Bildgebung bestehen z.B. indem hohen Informationsgehalt. So lassen sich z.B. mit der Anordnung Ort,Ausdehnung, Anzahl und Stärke(elektrische Leitfähigkeitdes Kurzschlusses) der Fehler ermitteln.
    [0024] Insbesonderein Verbindung mit digitaler Datenerfassung des Bildes können mitder Anordnung automatisierte und standardisierte Prüfabläufe realisiertwerden, die in eine Fertigung integriert werden können. Fehlerkönnenquantifiziert, klassifiziert und statistisch bewertet werden.
    [0025] Dabeiist es weiter bevorzugt, wenn die Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Datenso ausgebildet sind, dass sie auch zeitaufgelöste Daten erfassen können. EinVorteil davon ist die Möglichkeit,mit der Anordnung Fehler exakt lokalisieren zu können. Ferner lassen sich dieFehler und damit auch die Fehlerursachen erheblich einfacher klassifizieren.
    [0026] Zeitaufgelöste Datenkönnenbeispielsweise dadurch erfasst werden, dass die Mittel zur Erfassungorts- (und in diesem Fall auch zeit-) aufgelöster Daten so ausgebildet sind,dass sie in bestimmten zeitlichen Abständen (Zeiträumen), die auf die Schnelligkeitder zu beobachtenden Vorgängeabgestimmt sind, Daten erfassen können. Dadurch können alleDaten einem bestimmten Zeitraum zugeordnet werden, wobei die Länge desZeitraums die zeitliche Auflösungbestimmt. In diesem Zusammenhang spricht man z.B. von „Bildwiederholraten", die die Anzahlder Datenerfassungsvorgängepro Sekunde angeben. Eine möglichsthohe Bildwiederholrate ist dabei bevorzugt, wobei den Bildwiederholratenallerdings Grenzen durch das derzeit technisch Machbare gesetztsind. Geeignet sind in diesem Zusammenhang Bildwiederholraten vonmindestens 10 Hz, vorzugsweise von mindestens 50 Hz, weiter bevorzugt vonmindestens 90 Hz und insbesondere von mindestens 130 Hz.
    [0027] Besondersvorteilhaft ist es, wenn die Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Datenso ausgebildet sind, dass die Datenerfassung in Echtzeit erfolgen kann,wobei Echtzeit-Infrarot-Bilddatenerfassungbesonders bevorzugt ist. Dadurch können beispielsweise Maßnahmen,die der Beseitigung oder Reparatur eines Fehlers dienen, auch onlinewährendder Messung durchgeführt,optimiert und überprüft bzw.dokumentiert werden.
    [0028] Alsbesonders geeignet haben sich z.B. Infrarotkameras der Firma ThermosensorikGmbH erwiesen, wie beispielsweise die IR-Kamera des Typs CMT 384M.
    [0029] Einzweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahrenzur Detektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in Membran-Elektroden-Anordnungen(MEA), das die folgenden Schritte umfasst: – Positioniereneiner MEA auf einem Probenhalter; – Ausrichtenvon Mitteln zur Erfassung ortsaufgelöster Daten über die Wärmeabstrahlung eines Körpers ineinem vorbestimmten Abstand gegenüber dem Probenhalter; – Anlegeneiner elektrischen Spannung an die MEA – ErfassenortsaufgelösterDaten überdie MEA; – Auswertender erfassten Daten.
    [0030] DasVerfahren ermögliches, auf einfache Weise mit Hilfe der Wärmeabstrahlung Kurzschlüsse in einerMEA aufzuspüren,ohne dass die MEA dabei beschädigtoder gar zerstörtwird.
    [0031] Natürlich darfdie angelegte Spannung dabei nicht so hoch sein, dass die Wärmeentwicklungam Ort des Kurzschlusses so groß wird,dass die MEA dort beschädigtwird. Mit den heute kommerziell verfügbaren Mitteln zur ErfassungortsaufgelösterDaten sind jedoch kleinste Temperaturunterschiede erfassbar, sodasssehr kleine Spannungen prinzipiell ausreichend sind, um damit einenKurzschluss zu erfassen. Einem Fachmann wird es keinerlei Problemebereiten, durch routinemäßiges Ausprobiereneine geeignete Spannung zu ermitteln.
    [0032] Geradenoch erfassbare Temperaturunterschiede liegen beispielsweise derzeitim Bereich von 0,01 bis 0,03°C.Geeignete Spannungen hängenvon der Art der zu detektierenden Kurzschlüsse ab und von der jeweiligenZerstörungsgrenzeder zu untersuchenden Komponente. Sie liegen bei Elektrodenanordnungentypischerweise im Bereich von 0,1 bis 20 V, bei MEAs insbesondereim Bereich von 0,1 bis 5 V. Die Spannungen können zeitlich konstant oderveränderlichsein. Insbesondere könnenauch Spannungspulse eingesetzt werden, z.B. Rechteck-, Dreieck-und Nadel und dergleichen oder Kombinationen daraus. Das hat denVorteil, dass die angelegte Spannung sehr flexibel an die jeweiligenErfordernisse angepasst werden kann. Spannungspulse ermöglichenaußerdemeine Verkürzungder Messdauer, da die Höheder Spannung so gewähltwerden kann, dass sie überder Spannung liegt, ab der die MEA beschädigt werden würde, wenndie Spannung als Dauerspannung angelegt werden würde.
    [0033] InFällen,in denen die MEA nicht als Ganzes erfasst werden kann, können auchDaten aus zwei oder mehr Bereichen der MEA gesondert ortsaufgelöst erfasstwerden, die dann vorzugsweise bei der Auswertung der Daten wiederzusammengefasst werden können.Dadurch kann das Verfahren flexibel die jeweiligen Anforderungenangepasst werden. Eine Zusammenführungder Daten zur Auswertung ermöglichtz.B. eine vereinfachte Bewertung, Dokumentation und Archivierungder Daten und damit eine übersichtlichestatistische Bewertung von Fehlerhäufigkeiten, -intensitäten bzw.-stärken.Diese kann dann wiederum zur Steuerung eines Produktionsprozessesoder zur Beschleunigung eines Entwicklungsprozesses eingesetzt werden.
    [0034] Beider Auswertung der Daten verfährtman vorzugsweise so, dass man Stellen oder Bereiche der MEA ermittelt,die eine von der durchschnittlichen Wärmeabstrahlung der MEA abweichende,größere Wärmeabstrahlungaufweisen, um gegebenenfalls vorhandene Kurzschlüsse zu detektieren.
    [0035] Einederartige Stelle wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung hot spotgenannt. Sie lässt sichvorzugsweise mit Hilfe eines Maßstabsauf einfache Weise lokalisieren.
    [0036] Beieiner bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst mandie ortsaufgelöstenDaten fotografisch bildgebend, insbesondere mit Hilfe einer Infrarotkamera.
    [0037] Beieiner anderen bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrenserfasst man die ortsaufgelöstenDaten auch zeitaufgelöst.
    [0038] Dabeisind Bildwiederholraten von mindestens 10 Hz geeignet, vorzugsweisevon mindestens 50 Hz, weiter bevorzugt von mindestens 90 Hz und insbesonderevon mindestens 130 Hz.
    [0039] Weiterbevorzugt ist es, wenn man die Erfassung ortsaufgelöster Datenin Echtzeit durchführt, insbesonderedurch Echtzeit-Infrarot-Bilddatenerfassung.
    [0040] DieErfindung wird zwar vorstehend am Beispiel einer PEMFC erläutert, sieist aber auch auf andere elektrochemische Zellen anwendbar. Eindritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deswegen die Verwendungder vorstehend offenbarten Anordnung zur Detektion und Lokalisierungvon Kurzschlüssenin Bauteilen fürelektrochemische Zellen.
    [0041] Beiden Bauteilen handelt es sich vorzugsweise um elektrisch nicht leitendeMembranen, die auf gegenüberliegendenFlachseiten mit einem elektrisch leitenden Material beschichtetsind.
    [0042] DerartigeBauteile sind beispielsweise Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA), wie vorstehend beispielhaftbeschrieben, Katalysator-beschichtete Membranen (CCM) und dergleichen.
    [0043] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabeizeigen:
    [0044] 1 eineerfindungsgemäße Anordnung;
    [0045] 2 einenerfindungsgemäß geeigneten Probenhalter;
    [0046] 3 eineMEA, die auf einem Probenhalter positioniert ist;
    [0047] 4 erfindungsgemäß geeigneterMittel zur elektrischen Kontaktierung (Klemmen);
    [0048] 5 einIR-Bild, das drei Kurzschlüsse zeigt.
    [0049] 1 zeigteine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnungzur Detektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in MEAs (1). DieDarstellung zeigt einen Probenhalter (2), in dem eine MEA(3) aufgenommen und positioniert ist, Mittel zur elektrischenKontaktierung (4, 4')der MEA (3) mit zwei Klemmen (5, 5'), über dieeine elektrische Spannung an die MEA angelegt werden kann und Mittelzur Erfassung ortsaufgelösterDaten überdie Wärmeabstrahlungeines Körpers(6), hier als IR-Kamera ausgeführt. Die IR-Kamera (6)ist in einem vorbestimmbaren Abstand gegenüber dem Probenhalter (2)angeordnet und steht mit Mitteln zur Auswertung der erfassten Daten(7) in elektronischem Kontakt.
    [0050] 2 zeigteine schematische Darstellung eines Probenhalters (2) einererfindungsgemäßen Anordnung,ohne eine MEA. Im oberen Bereich der Darstellung ist ein Maßstab (8)dargestellt, mit dessen Hilfe eine MEA in dem Probenhalter (2)positioniert werden kann und der die Lokalisierung von Kurzschlüssen erlaubt.
    [0051] 3 zeigteine schematische Draufsicht auf einen Probenhalter (2)einer erfindungsgemäßen Anordnung,mit einer darin aufgenommenen und positionierten MEA (3).Außerdemist ein Maßstab(8) erkennbar. Im linken und rechten Teil der Figur istje eine Klemme (5, 5') dargestellt, die Teil eines Mittels zurelektrischen Kontaktierung sind und mit deren Hilfe eine Spannungan die MEA (3) angelegt werden kann.
    [0052] 4 zeigteine schematische Darstellung erfindungsgemäß geeigneter elektrischer Kontaktierungsmittel.Diese sind hier als Klemmen (5, 5') ausgebildet, die der elektrischenKontaktierung einer MEA dienen. Bei Klemme (5') ist eine Gold-Beschichtung(9) dargestellt, die aufgrund ihrer guten elektrischenLeitfähigkeitbewirkt, dass der elektrische Übergangswiderstandsan der Stelle der Kontaktierung gering ist, soass dort wenig störende Wärme entwickeltwird.
    [0053] In 5 istein Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrenszur Detektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen in MEAs dargestellt, nämlich ein IR-Bild,auf dem der linke Teil einer MEA (3) mit drei Kurzschlüsse (10, 10', 10'') zu erkennen sind. Zur Verdeutlichungsind die Kurzschlüsse(10, 10', 10'') gestrichelt eingekreist. Siesind im dargestellten IR-Bild anhand punktförmiger, heller Stellen, sogenannterhot spots, erkennbar. Die Darstellung zeigt ferner den IR-sichtbarenMaßstab(8) eines Probenhalters und eine Klemme (5). DerMaßstab(8) ist gut ablesbar, sodass die Kurzschlüsse (10, 10', 10'') leicht lokalisiert werden können.
    权利要求:
    Claims (23)
    [1] Anordnung zur Detektion und Lokalisierung vonKurzschlüssenin Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA), umfassend a) einenProbenhalter zur Aufnahme und Positionierung einer MEA; b)Mittel zur elektrischen Kontaktierung einer MEA, sodass eine elektrischeSpannung an die MEA anlegbar ist; c) Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Daten über die Wärmeabstrahlungeines Körpers,die in einem vorbestimmbaren Abstand gegenüber dem Probenhalter angeordnetwerden können,und die mit Mitteln zur Auswertung der erfassten Daten in elektronischemKontakt stehen.
    [2] Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Probenhalter einen Maßstabaufweist und eine MEA definiert zu diesem Maßstab positionierbar ist.
    [3] Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Maßstabim infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ablesbarist, bevorzugt im Wellenlängenbereichelektromagnetischer Strahlung von 400 nm bis 12 μm.
    [4] Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur elektrischen Kontaktierung einer MEA zumindesteine Klemme umfassen, die elektrisch leitend an die MEA geklemmtwerden kann.
    [5] Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur elektrischen Kontaktierung einer MEA zumindesteinen Magneten umfassen, der elektrisch leitend an der MEA angebrachtwerden kann.
    [6] Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur elektrischen Kontaktierung zumindest an derKontaktflächemit einem elektrisch gut leitenden Material beschichtet sind, bevorzugtmit einem Edelmetall, besonders bevorzugt mit Gold, Silber, Kohlenstoffoder einer Kombination daraus.
    [7] Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass es sich bei den Mitteln zur Erfassung ortsaufgelöster Datenum eine thermische Abbildungsvorrichtung handelt, bevorzugt eine thermischeInfrarotabbildungsvorrichtung, besonders bevorzugt eine Infrarotkamera.
    [8] Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Daten so ausgebildet sind,dass eine fotografisch bildgebende Datenerfassung möglich ist.
    [9] Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Daten so ausgebildet sind,dass sie auch zeitaufgelösteDaten erfassen können.
    [10] Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Daten so ausgebildet sind,dass Bildwiederholraten von mindestens 10 Hz möglich sind, bevorzugt von mindestens50 Hz, wieter bevorzugt von mindestens 90 Hz, besonders bevorzugtvon mindestens 130 Hz.
    [11] Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Daten so ausgebildet sind, dassdie Datenerfassung in Echtzeit erfolgen kann.
    [12] Verfahren zur Detektion und Lokalisierung von Kurzschlüssen inMembran-Elektroden-Anordnungen (MEA), umfassend die Schritte a)Positionieren einer MEA auf einem Probenhalter; b) Ausrichtenvon Mittel zur Erfassung ortsaufgelöster Daten über die Wärmeabstrahlung eines Körpers ineinem vorbestimmten Abstand gegenüber dem Probenhalter; c)Anlegen einer elektrischen Spannung an die MEA; d) Erfassenorts- und zeitaufgelösterDaten überdie MEA; e) Auswerten der erfassten Daten.
    [13] Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dassman von zwei oder mehr Bereichen einer MEA gesondert ortsaufgelöste Datenerfasst.
    [14] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass man die gesondert erfassten ortsaufgelösten Daten bei der Auswertungzusammenfasst.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass man die erfassten Daten auswertet, indem man Bereiche der MEAermittelt, die eine von der durchschnittlichen Wärmeabstrahlung der MEA abweichende,größere Wärmeabstrahlungaufweisen (hot spot), um vorhandene Kurzschlüsse zu detektieren.
    [16] Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass man einen hot spot mit Hilfe eines Maßstabs lokalisiert.
    [17] Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass man die Erfassung ortsaufgelöster Daten fotografisch bildgebend durchführt.
    [18] Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass man außerortsaufgelösterDaten auch zeitaufgelösteDaten erfasst.
    [19] Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass man die Erfassung orts- und zeitaufgelöster Daten mit Bildwiederholratenvon mindestens 10 Hz durchführt,bevorzugt von mindestens 50 Hz, weiter bevorzugt von mindestens90 Hz, besonders bevorzugt von mindestens 130 Hz.
    [20] Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass man die Erfassung ortsaufgelöster Daten in Echtzeit durchführt.
    [21] Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis11 zur Detektion und Lokalisierung von Kürzschlüssen in Bauteilen für elektrochemische Zellen.
    [22] Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,dass es sich bei den Bauteilen um elektrisch nicht leitende Membranenhandelt, die auf gegenüberliegendenFlachseiten mit einem elektrisch leitenden Material beschichtetsind.
    [23] Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,dass es sich bei den Bauteilen um Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) undKatalysator-beschichtet Membranen (CCM) handelt.
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