CN102282707A - 没有双极板的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及没有双极板的燃料电池，由所述燃料电池构成的燃料电池模块由在阳极面和阴极面上具有端板（13,14）的电池摞（1）组成，具有电压系统（17）并具有用于氧气、氢气和冷却剂的介质接头（30-35）并且具有许多单个电池（7i，7i+1,7i+2），它们分别具有膜-电极单元（10），它们由多孔透气材料制成的阳电极和阴电极（5,6）和设置在其间的具有阳极催化剂和阴极催化剂(3,4)的电解膜(2)组成，并且在阳极面和阴极面上具有集电器（15,16），其特征在于，所述介质输入管道（30,31,32）和介质排出管道（33,34,35）附属于冷却和介质模块（40），所述冷却和介质模块（40）只设计成用于提供二次功能空间（42,43,44）和形成叠摞并且分别在冷却和介质模块（40）的两个侧面上设置相邻单个电池（7i，7i+1,7i+2）的膜-电极单元（10）的或者氢气电极（5,5’）或者氧气电极（6,6’）。

Description

没有双极板的燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池模块，它由在阳极面和阴极面上具有端板的电池摞组成，具有电压系统并具有用于氧气、氢气和冷却剂的介质接头并且具有许多单个电池，它们分别具有膜-电极单元，它们由多孔透气材料制成的阳电极和阴电极和设置在其间的具有阳极催化剂和阴极催化剂的电解膜组成，并且在阳极面和阴极面上具有集电器。
背景技术
这种燃料电池模块由单个电池组成，它们分别具有阳极和阴极和位于其间的电解膜。在阳极上氢气氧化，在阴极上氢核通过氧气和在耗电器和电流导体上流动的电子转换成水。如果阳极和阴极通过电导体连接，则电流流动。此外释放热量。整个过程可以连续地运行，即，持续地将水和氧气输送到各电极。例如由DE 12 72 678 A1以及EP 0 490 808 A1已知这种燃料电池。在这些已知的燃料电池中使用高多孔率的电极，由此提供大的表面积供电化学转换使用。这些电极在具有催化作用的膜面上具有微小尺寸的惰性金属颗粒，尤其由具有铂或铂合金制成的颗粒，以及具有导电层。在常见的结构中氧气和氢气通过双极板输送到电极，其中在这些双极板中铣出通道，用于使氢气和氧气精细地分布在电极表面上。从那里通过扩散使氧气和氢气输送到反应区。这些双极板必需设置在模-电极单元的两面上并且在加工中是费事且昂贵的。上述通道不仅作为参与产生电流过程介质的输入管道，同时作为参与产生电流过程介质的排出管道。此外缺陷是，它们不仅必需输送不混合输送的气体，而且必需排出剩余气体和反应产品。顶端、保留在通道之间的短臂作为从电极到双极板的电流传导，而通道横截面必需导引所需的气体量。由此引起结构上的抵触-大的电流传递面积抵制大的通流横截面-只能难以或者根本不能解决。双极板浪费空间地构造并且明显地影响整个燃料电池模块的尺寸。它们还必需是良好导电和导热的并且必需防止气体从单个电池扩散到下一电池，例如通过所谓的由相应的材料层组成的气体栅栏，材料层加入到双极板里面。难以抑制在双极板中的气体扩散，由此气体损失率可能相对较大，或者说，燃料电池总效率较低。双极板容纳气体通道，用于能够通导过程介质。它们要有助于形成电池摞的机械结构。缺陷是，双极板不是弹性的，即具有刚性的结构。此外目前需要使双极板对于腐蚀性介质是化学和电化学稳定的并且在直到200℃的运行温度时持久耐用的。因此寻找适合的材料或者说材料妥协和加工工艺目前不是令人满意的并且导致例如双极板的大壁厚并由此导致不利的总电池摞结构高度。在过程期间产生的过程热量的去耦联也是有问题的。或者将热量通过辐射从叠摞体输运到环境并且接受微小的叠摞效率或者在双极板中加入冷却通道，伴随显著的缺陷和加工成本，尤其在以类似注塑工艺加工的结构中。在此缺陷是由于双极板材料特性和可能双层的气体栅栏造成大的结构高度。因此通常将叠摞结构、冷却电池设置在单个电池之间的确定网目里面，通过去掉相应的单个电池。这个结构形式是有意义的，如果要达到更高的叠摞效率并且排除热量，但是加大叠摞高度，或者说加大单位叠摞体积的功率密度。这种叠摞的双布线的作用是，通过单个电池的串联导引相应的电流通过整个电池，以部分不利的且安全技术上不允许的电压水平。接着的电参数转换（符合实际的标度）只能以昂贵的电系统实现。此外，如果一个单个电池失效，则整个叠摞失效。这种叠摞的维修难以或者根本不能实现，只有拆卸叠摞、即损坏叠摞才能回收昂贵的原料（催化颗粒）。此外可能自发地形成电解作用的“巢”，如果零部件如双极板在酸性介质中工作并且电流流动的时候。双极板的刚性结构的作用是，使叠摞上的零部件（膜-电极单元、双极板、密封、端板）的加工误差和不均匀的热膨胀通过叠摞横截面相加并且导致叠摞的倾斜位置。在通过夹紧装置的相应预夹紧装配时叠摞方向的机械压缩导致在一侧上的不密封性和在另一侧上的棱边挤压，伴随各种零部件损伤，尤其损伤密封。缺陷还在于，整个叠摞在实际起动前带到运行温度，需要显著的能量，它们由为其规定的能源提供，例如相应接通的电池。通过这种方式可能损伤膜并且在很大程度上避免催化。
发明内容
因此本发明的目的是，通过新的结构并且通过新的零部件在放弃双极板的条件下实现良好加工的且小或窄构造的燃料电池模块。
按照本发明这个目的由此得以实现，所述介质输入管道和介质排出管道附属于冷却和介质模块并且与它连接，所述冷却和介质模块设计成只用于提供二次功能空间和形成叠摞并且分别在冷却和介质模块的两个侧面上设置相邻单个电池的膜-电极单元的或者氢气电极或者氧气电极。
在这样构成的单个电池中，它如同目前一样可以与其它单个电池组合成燃料电池模块，首次能够省去双极板，因为冷却和介质模块简单地构成，可以以微少的费用加工并且完全实现功能，尽管它不必导电并且因为可以完全省去气体栅栏。通过现在能够简单实现的布线通过从属的电流接片在产生电流的地方截取电流，即，无需通过整个叠摞导引电流，在现有技术中是这样。此外冷却和介质模块的构造比双极板的构造简单得多，因为只需功能室、即介质通道，无需使用特殊的导电材料或者使用气体栅栏或类似结构。由于简单的结构给出变化性，它给出可能性，建立不仅小结构尺寸的、而且主要是具有微小叠摞高度的燃料电池或燃料电池模块。与已知的结构相比叠摞高度可以以系数3降低。这同时带来的优点是，可以完全省去浪费空间和复杂的双极板并且还使每个单个电池独立连接并且可以任意串联、并联或单个或成组或分叠摞地连接，由此例如在电池失效时在电池组中毫无问题地可以使整个电池以这种形式继续运行。此外可以设有备用电池，它们接通并且当然可以正好毫无问题地断开有缺陷的电池，直到需要大修。
由此实现冷却和介质模块与其余功能单元在电池框架里面的准确配合，使冷却和介质模块通过用于气体的由弹性结构、最好由两个或多个零部件组成的冷却通道和输入通道构成。这些由允许膨胀的材料或弹性结构制成的零部件易于在各个模块的叠摞轴线和功能单元里面固定和调整，其中对于这个结构首先考虑特种钢和薄板。如果这些零部件相应地膨胀，由此实现相对于电池框架或端板的夹紧和膜-电极单元的均匀面顶压并补偿加工误差和热膨胀，这导致改善的功能并且避免不密封性和类似问题。如果电池叠摞的内部叠摞由在叠摞轴线中允许呼吸的结构构成，则尤其得到这个补偿。
此外在前面已经证实，作为弹性膨胀的材料首先规定薄板，其中本发明规定，冷却和介质模块或至少七个零部件由特种钢制成的薄板、膜或冷带构成。特种钢的特征尤其是，通过氢气和其它腐蚀性的组成部分不会产生不利影响，由此实现模块的长使用寿命。
按照另一结构规定，所述冷却和介质模块由如上所述直到七个由塑料、最好由塑料膜组成的零部件构成。在这个结构中除了总体上有利的弹性以外还突出的是，腐蚀性介质在燃料电池技术范围内对这些塑料不会产生不利影响。此外弹性是突出的。
材料的弹性膨胀由此保证，使用于气体的冷却通道和输入管道通道里面的压力可以变化并且可以相应地在膜-电极单元上调整所期望的面压力。对此指的是内部叠摞，它在外部叠摞内部由于空隙可以变化。
在薄板结构中可以使用最薄壁的薄板，即实际上的膜，因为按照本发明规定，电极盖、密封薄板、弹簧板和冷却通道和输入管道的零部件通过间隔体分开。在此这样选择间隔体的数量、形状和结构，使相关通道分别在其整个长度上可靠地保持开孔横截面。
不仅氧气而且氢气在电解膜和位于其上面的催化剂部位实现化学反应或氢气分布和氧气反应，这尤其由此实现和保证，使用于气体的输入管道通道设计成具有局部输入管道并且作为局部气体分布区和其它气体分布区。由此保证，在电解膜整个表面上可以实现所述过程，而且尽可能在整个表面上完全均匀。这意味着，从气体通道气体组分不只在一个位置上流出并且通过电极输送到电解膜，而且通过整个表面分布在多个位置上，由此可以以气体供给相同大小和相同构成的气体分布区。通过分别具有至少一个气体通道的气体分布区从气体通道穿过电极盖一直到电极供给电极的各个分段。
由此实现特别均匀地供给所述的气体分布区，在冷却和介质模块的薄板结构中或者一般地使冷却和介质模块的气体通道的电极盖在面对阳极和阴极的一侧上具有分布设置的用于氢气或氧气的气体通道以及用于剩余氢气、剩余氧气和反应产品的排出管道。由此首次保证，使来自气体通道的设计气体通过气体通道不混合并且可以均匀地在电极上导引并且使反应产品与不总是完全充分利用的氢气以其剩余量混合地有针对性地这样排出，使通过气体通道和电极盖流入的氢气气体不产生不利影响并且在处理后可以再使用。这同样适用于氧气侧，其中按照现有技术还存在许多问题，作为反应产品也一起产生水，它必需被排出。在本解决方案中对于排出管道设有单独的通道或槽，通过它们可以无损害地排出剩余气体和反应产品，其中尽可能避免与过程气体混合，尤其因此，因为使过程气体在一个侧面上输送到电极盖并且使未消耗的过程气体和反应产品在另一侧面上单独地排出。
为了保证，剩余产品从排出管道也能够完全去除或者自动流出而规定，在由连续的槽构成的排出管道里面的压力调整到小于在气体通道里面的压力，由此在这个排出管道里面产生一定的负压，它负责将剩余气体和反应产品可靠地通过排出管道排出。
如同目前通常存在的可能性那样，使电解膜和电极以及冷却和介质模块的层平面地以180°的扇形角实现，即各个功能层分别平行延伸地实现并且在电池框架之间固定。
按照一个改进方案规定，单个电池由扇形层式地构成和设置，具有小于180°的扇形角，这使有效反应面积以直到40%的数量级比平面布置提高，使模块扇形和反应区的延伸长度比其投影的相应长度更长。
按照本发明提高叠摞中的有效反应面积的另一方法是，使单个电池由叠摞的扇形层式地构成和设置，其中对此当然总是只指的是有效区域，不是电池框架的区域。在此扇形顶嵌入到下一电池的扇形凹里面。
另一实施例是平行的扇形，在其中扇形顶放置在下一电池的扇形顶上。
此外如上已经指出的那样，能够简单且可靠地装配燃料电池叠摞或相应的模块，因为冷却通道和气体通道或用于气体的输送通道由允许弹性膨胀的材料制成。有利的装配由此实现，使电池摞设计成由零部件环和密封环的外部捆束或作为外部叠摞的电池框架以及由膜-电极单元的内部叠摞和冷却和介质模块组成。由此可以使由膜-电极单元和冷却和介质模块组成的捆束犹如安装在由密封环制成的捆束里面，然后通过导入介质和气体可靠地达到内部叠摞零部件相对于电池框架或外部叠摞的确定夹紧。有利的是，在装配时内部捆束通过外部的环简单地衬入和插入，因此只有在安装后才达到配合精度，通过机械预应力和/或附加的夹紧力或通过介质压力施加。
特别有利的是，所述内部叠摞的长度与外部叠摞的长度相比具有确定的尺寸（尺寸不足，过尺寸），由此通过预应力和介质压力的共同作用可以在膜-电极单元部位中建立尽可能均匀的且确定的面压力。在较小内部叠摞高度时零部件不是夹紧的并且是松动的。只有通过介质压力才实现所需的面压力并匹配于加工误差和热引起的膨胀。机械预应力通过夹紧系统产生。在冷却通道薄板或弹性的或错位设置的间隔体之间的弹簧薄板影响到叠摞轴线里面的弹簧效应。
所谓的电池框架由膜-电极单元、冷却和介质模块和相应的密封环构成。为了在这里特别灵活地实现各个功能室的供给本发明规定，所述电池叠摞具有相同长度和宽度的冷却通道板，其中冷却通道薄板通过位于功能室之间的密封限制单个的功能室并且由它们形成的电池框架具有必需的供给通道，除此以外设有横通道、气体通道、连接通道、分布通道和分布孔以及其它结构作为功能室的接头。由此可以通过简单的和可靠的方式和方法建立功能室供给，当然尤其也由此实现，在气体通道的电极盖里面设有气体通道以及排出通道。因为电池的冷却和介质模块的这些单个功能室由相同的供给通道段以气体而且也以冷却介质供料，由此保证，各个电池也可以均匀地供料并且持续保持相同地供料。
因为单个功能室不同地以氢气、氧气和冷却介质供给，补充地规定，附属于电池框架的用于氢气、氧气的供给管道和冷却介质以及用于反应产品和多余气体的处理通道平行且正交延伸地构成并且为了气体流和形成结构设计所需的横截面。因此对电池框架必需平行延伸地附设至少六个这样的供给通道，但是这由于尺寸毫无问题地实现，尽管必需考虑单个电池只具有2-3mm的宽度或厚度。
电池壁或整个单个电池由于在冷却介质中的不同温度引起的负荷由此最小化，使冷却流在冷却通道里面从单个电池到单个电池逆流地导引并且最好由两个断耦联的冷却系统供给。由此实现，通过整体导引冷却介质产生基本相同的负荷或温度，因为正好在交替侧使具有最低温度的冷却介质导入到电池摞里面而且总是这样以交替方式，使所述补偿自动地调节。在这个结构中至少八个这样的供给通道平行延伸地设置，用于氧气侧、氢气侧、冷却循环1和冷却循环2的各输入管道和排出管道。通过分开的冷却循环、用于氧气侧的管道、用于氧气侧的管道使扩散的剩余气体含量分开地导引并且必要时制备且使电位分开。
为了能够对于每个单个的电池实现适宜的单个处理特别有利的是，每个单个电池具有电流导引层，它分别通过电池摞的外壁通过电流接片向外导引。单个电池的电流接片可以配有插头或者它们通过夹紧、焊接、连接、钎焊或粘接布线。通过插头或其它布线方式毫无问题地实现并联或串联的布线，由此实现这种燃料电池模块或整个单元的各种使用。
代替电极本身如果必需导电地构成，也存在这种可能性，使阳极和阴极表面配有导电的和电流导引层。这不仅带来加工时而且在减少加工成本的优点。
介质模块不作为用于通导电流的电流导体，但是两个电极盖用于导出电流。对此的优点是，电极是导引电流的并且导电地且放置在具有相同面压力的电极盖上。在此电极盖是电流导引层，由此可以有针对性地取出并评价产生的电流而且分别对于每个单个电池。
用于导引电流的另一实施例规定，电流导引层设置在阳极和阴极与冷却和介质模块之间的平面里面并且通过这个导电的平面导出电流。电极是导电的。
在电流导引布置在面对膜的电极侧面上时电极以适宜的方式不导电，而导热地、对于气体扩散和对流多孔地且化学和热稳定地构成。
为了接收高温或不造成损害，使电池摞设置在可以通风的叠摞外壳里面，它具有功率极和用于供给介质、叠摞通风和排风的节点以及电压和压力监控。通过叠摞外壳通风可以保持在叠摞外壳外壁上的允许温度。通过节点输送所有用于控制、调节和供给模块所需的功率。
电池摞的适宜布线按照本发明是分叠摞的并联布线和电池在分叠摞中的串联或各种其他布线，例如并联的电池连接。
电池摞适宜地由多个分叠摞组成，其中一个分叠摞设计成作为其它分叠摞的起动叠摞并且接通并且与热交换器连接。加热分叠摞更简单并且只需微少的外部能量，例如电池。在起动电池起动后，通过这个起动叠摞可以使其余分叠摞带到起动温度。它还可以作为冗余的备用电源系统使用。
本发明的特征尤其在于，可以彻底降低叠摞高度，因为例如各个功能室通过相应的薄壁的零部件、最好由特种钢制成的薄板或膜限制，其中与已知的结构相比能够减少直到系数3。还有利的是，这种电池组或燃料电池模块的各个电池具有许多必需的可能性，其中特别有利的是，对于每个单个电池分别通过外壁通过电流接片向外导引。由此可以实现任意串联或并联、单个或成组或分叠摞的布线，通过导流接片连接。也有利的是，由此给出这种可能性，每个单个电池独立地断开或接通，例如通过分开或断开布线，如果例如备用电池提前工作的时候。在这种燃料电池模块中可以有针对性地由此提高有效的反应面积，使单个电池由叠摞的扇形或平行的扇形实现。在平面的叠摞结构中扇形角为180°，即，扇形或有效反应面积的投影基本等于内部叠摞的横截面面积。如果扇形角减小，例如90°，则有效反应面积以约40%大于其投影面积。在整个燃料电池模块相同体积时这种扇形角理论上具有约40%的更大额定功率。由此使气体室与零部件断耦联，可以避免在电池和燃料电池模块中的电解效应。也特别有利的是，气体扩散区与用于气体分布和处理的通道断耦联或分开地构成，由此保证总是均匀地导引气体和冷却介质。冷却介质通过两个断耦联的冷却系统逆流地导引，由此使电池均匀地负荷。最后突出的是，通过加入到电池空间里面的由膜-电极单元和冷却和介质模块组成的内部叠摞根据所期望的运行方式有针对性地以不足尺寸或过尺寸实现，通过这种可能性彻底简化装配。如果以不足尺寸加工，通过液压或气动效应新的零部件结构不仅有利地补偿加工误差，而且补偿由于热引起的相关零部件膨胀造成的倾斜位置。尤其冷却介质在冷却和介质模块中由于其液压或气动作用给出这种可能性，修正热膨胀并且有针对性且准确地补偿以前的尺寸不足。如果以过尺寸加工，可以使机械产生的预应力有针对性地通过液压或气动的作用增强和调整气体，由此最佳地配置各个零部件。由此可以定义，通过有针对性地加工过尺寸在膜-电极单元部位中机械地达到并实现顶压力，也包括匹配于不同的运行状态。最后也有利的是，可以在电极表面上实现电流导出，由此如果需要电流导线可以使它们简化地制成。在此多孔的电极以导电层例如由碳基衬底或纳米材料覆层，由此总体上简化电极加工。
附图说明
本发明内容的其它细节和优点由下面的附图描述给出，在附图中示出优选的实施例与对其必需的细节。附图中：
图1以按照现有技术的简化视图示出单个的燃料电池，
图2以简化的视图示出按照现有技术的具有双极板的燃料电池模块，
图3a-3c以侧视图示出导电层的不同结构，
图4简化地示出平面层中的单个电池，
图5以具有由塑料制成的冷却和介质模块的平面结构示出单个电池原理图，
图6,6a以叠摞扇形形式的简视图示出燃料电池模块，
图7示出在薄板、冷带或薄膜-特种钢结构中的平面构成的单个电池，
图7a，7b以放大图和扇形布置示出按照图7的结构，
图8以图7的局部放大图示出用于氢气和氧气的反应区，
图9,9a示出并联扇形形式的燃料电池实施例，
图10,10a，10b以不同的视图示出燃料电池模块与外壁侧设置的插头，
图11以简化的截面图示出功能室上的接头，
图12,12a，12b以另一简化截面图示出功能室上的接头，在这里用于氢气，
图13，13a，13b以简化的截面图示出燃料电池模块与并联的电池、冷却循环和多个分叠摞，
图14,14a，14b示出冷却通道密封上的简化图，
图15,15a，15b以简化图示出膜-电极单元的电极盖，
图16-16e示出燃料电池模块的不同视图，
图17-17c示出冷却介质、氧气输入和氢气输入的简化图，
图18示出电流接片布线，
图19示出具有冷却空气供给的燃料电池模块。
具体实施方式
图1简示出按照现有技术的燃料电池模块212的单个电池207。电解膜202具有阳极催化剂203和阴极催化剂204以及放大示出的阳极205和阴极206，即电极。所述阴极206和阳极205通过双极板208’,208”限制，它在气体分布-阳极侧209上和气体分布-阴极侧211上具有通道并且分别在端板213或214对面。在这里以201表示只示意的电池摞。
按照图1并且也按照图2的视图涉及现有技术。示出氧气（O2）和氢气（H2）的输入。通过R1和R2表示用于氢气或氧气的反应区。集电器215或216用于导出电流，集电器通过电流导体218,218’和耗电器219相互连接。氢气（H2）通过气体分布-阳极侧209上的气体分布流到阳极205，并且通过这个阳极扩散到反应区R1。阳极催化剂203使氢气分布（H2-氧化物）在氢核和电极上起作用。通过电解膜202输运氢核，而且从反应区R1到反应区R2。电子通过阳极205通过双极板208’一直导引到集电器215。从集电器215电子通过电流导体218和耗电器219导引到集电器216。氧气（O2）通过气体分布-阴极侧216流到阴极并且通过阴极206扩散反应区R2。阴极催化剂204起到在来自反应区R1的氢核和通过电流导体218’流动的电子的参与下使氧气还原成水的作用。在反应区产生的工艺热220通过电子和双极板208’，208”传递到在相应的冷却通道中流动的冷却介质里面。在气体分布阳极侧209和气体分布阴极侧211上在221,222下面从电极205,206最好通过对流产生还原产品和未消耗的剩余气体。
图2示出燃料电池模块212的实施例，该燃料电池模块由电池摞201组成，具有许多单个电池207,207i+1,207i+2，其中在单个电池207的膜-电极单元210的两个侧面上分别设置双极板208。所述电池摞201在每个侧面上通过以213和214表示的端板遮盖。在这里也示出在一个双极板208中的气体栅栏225。双极板的正极以226表示，负极以227表示，而冷却通道具有标记符号228。229是冷却电池，而用于冷却介质的介质输入管道具有标记符号230，用于氧气的标记符号241和用于氢气的标记符号232。冷却介质的排出以233表示。通过234表示氧气侧的排出，具有未消耗的氧气和反应产品221，尤其是水和水蒸气。以235表示氢气侧的排出，具有未消耗的氢气和反应产品222。以238表示双极的电流流动，而标记符号210表示MEA，即，膜-电极单元。217是常见的电压电枢。以225表示双极板208中的气体栅栏。它能够防止不期望的气体（H2，O2）通过双极板气体扩散并由此不可控地反应，其中阻止电流传导并且降低导热能力。
图3示出燃料电池模块12的实施例，由单个电池7,7i+1,7i+2组成，它们都没有双极板或者其中根本没有这种结构。在这个燃料电池模块12中以13,14表示端板并且以15和16表示集电器。对于每个单个电池7设有膜-电极单元10，每个单元以阳极5和阴极6表示。对每个电极5,6附设催化剂3,4。
可以看出，在这里在用于氢气的两个阳极5’,5”之间设置冷却介质模块40’或者在用于氧气的两个阴极结构6,6’之间设置冷却和介质模块40。示例地示出，分别在电池7和7i+1的氧气侧上设置冷却和介质模块40并且已经对于这个位置敷设，分别在电池7i+1和7i+2的氢气侧上设置冷却和介质模块40’并且已经对于这个位置敷设。
相邻电池7和7i+1的两个（+）极都位于冷却和介质模块40一侧上。两个极具有相同的电位，因此在两者之间没有电流流动。如果气体从气体分布通道通过冷却和介质模块40结构扩散到冷却通道42里面，则这只涉及一种气体。因此排除形成不可控产生的具有电解特性的区域。因为只一种气体扩散到功能室，也排除自发的气体反应。
这一点也按照这个意义在用于冷却和介质模块40’的氢气侧上在电池7i+1和7i2之间产生，其（-）极与设置在其间的冷却和介质模块40’对置。
以标记符号46表示电池7,7i+1和7i+2的布线（-）极，以46’表示布线（+）极。这些布线在图3中示例地规定了电池相互间的并联布线。通过简单的换极也可以使各个电池的极串联。
阳极5不导电并且例如具有膜侧的表面36，由导电层构成。而阴极6导电并且例如具有模块侧的表面36’，由导电层构成。冷却和介质模块40配有气体分布通道41和冷却通道42，其中冷却和介质模块40不作为电流导体，而是只提供二次功能室、气体分布通道41和冷却通道42和形成叠摞、即形成叠摞的几何结构。代替概念功能室也可以设想使用概念功能区，因为这个功能区定义在各个膜和电极单元10与10’之间，它们从电池框架50导引到对置的电池框架。
此外在图3中看出，对于电流导引实现两个不同的实施例，通过电流导引层36设置在反应区R1和催化剂3的平面里面，其中电流从它产生的那里流出。阳极5不必导电，它只用于气体扩散、排热和导出反应产品，最好通过对流。此外看出，电流导引层36’设置在反应区R2和催化剂4的平面里面，其中电流同样在它产生的那里排出。电极6必需导电，它还作为气体扩散、排热和导出反应产品，最好通过对流。导电层可以通过各表面覆层产生，例如通过纳米材料或含碳衬底覆层。
在图3中示出的冷却和介质模块40的实施例在其表面上具有气体分布通道42，它们作为工艺气体输入管道和剩余工艺气体和产生的反应产品的排出管道。这样形成的冷却和介质模块40最好由塑料制成，使两个模块半体相互间通过粘接或焊接连接。
图3a示出冷却和介质模块40,40’的特别有利的实施例。示出在氢气侧上的冷却和介质模块40与两个电极盖72和两个冷却通道板90以及间隔体79，还示出在氧气侧上的冷却和介质模块40’与两个电极盖72’和两个冷却通道板91以及一体的间隔体79和例如两体的间隔体79’。在两个冷却和介质模块40,40’之间设置膜-电极单元10。以10’表示另一膜-电极单元在冷却和介质模块40下面标明和示出，它使这个膜-电极单元10’同样以其氢气侧密度冷却和介质模块40。按照这个意义它在这里不再继续构成在氧气侧上的叠摞结构。
通过155表示冷却通道板在叠摞方向上的弹性变形，通过间隔体79的错开布置153有助于变形，并且通过155原则上示出间隔体79在标明的叠摞轴线166的弹性变形，其中示例地设有间隔体79而且错开地设置。通过零部件的弹性弯曲可以使叠摞结构“呼吸”并当热引起的长度变化或者由于加工误差引起的不同零部件尺寸需要时可以弯曲。尤其由这个结构得到内部叠摞109不仅在装配时的有利弹性特性，因为可以简单地补偿参与形成叠摞的零部件的加工误差而且同样得到在叠摞运行期间热膨胀的有利弹性特性。此外通过相应地设计在叠摞轴线中的间隔体尺寸在叠摞轴线111中实现有针对性的整个叠摞的机械预应力，因为通过这个结构的叠摞与压簧类似地作用于轴向起作用的外部和内部力。
由图3a对此补充地示出，从冷却和介质模块40,40’的两侧铣出中心设置的MEA10、即膜-电极单元。通过42或43,44表示冷却通道或气体通道，其中在这里也还标明氧气96,96’或氢气95,95’的流动方向和第一冷却循环的冷却介质86和第二冷却循环的冷却介质86’的逆流流动方向。通过72,72’表示电极盖，而且在膜-电极单元10的两侧上。通过105,105’表明在电极盖中在阳极侧和阴极侧上通过相应标记符号的电流导引平面。
按照在图3b中的视图示出在电极5,6与电极盖72之间在阳极侧和阴极侧的电流导引平面106,106’，而按照图3c这个导引电流的平面107，107’设置在催化剂3,4与电极5,6之间的膜部位2里面。36和36’表示例如由纳米材料制成的导电的电极表面。
在图3d中以放大示出的图3a局部补充地示出示例地用于氢气侧，氢气H2如何通过气体通道73进入电极5并且通过气体排出槽74将反应产品和未消耗的剩余气体、在这种情况下剩余氢气从电极5排出去并且通过氢气侧35上的排出管道从叠摞排出。显然在此分开地导引介质，通过使工艺气体从在电极盖72一个侧面上为其规定的通道43输入并且在电极盖72的另一侧面上输送剩余气体和反应产品。按照意义同样也适用于氧气侧。
图4示出燃料电池或电池摞1，其中单个电池7上下平放并且从电池框架50铣出地设置在平面层里面。通过40,40’表示冷却和介质模块的紧凑结构，以10表示膜-电极单元。53是框架窗口，在其中对这个捆束可以附设其它这种单个电池。以54表示面角度，在这里180°，由此有效反应面积等于框架窗口面积。
在图5中在两个膜-电极单元10,10’之间设置一个冷却-介质模块40。这个冷却和介质模块40由两个相互连接的、在这里由塑料制成的零部件60,60’组成，在其中不仅设有冷却通道63，而且设有用于产品气体的输入通道65。通过标记符号64表明，冷却通道63或整个冷却和介质模块40弹性地构成或者允许弹性膨胀，如果在冷却通道63中存在或相应地调整相应的气体压力的时候。通过这个冷却介质压力64使可以弹性变形的冷却和介质模块40或相应连接的零部件60,60’这样变形，使得在膜-电极单元10部位中能够实现有利的气体分布区67或局部的气体分布区68。还示出，通过输入通道65的横通道66,66’使气体均匀地带到膜-电极单元10的部位。以69表示过程气体压力，通过它正好与通过冷却通道63和在那里存在的冷却介质模块64一样可以实现弹性变形。由此起到的作用是，通过弹性膨胀这样补偿叠摞的功能部件的加工误差以及热膨胀，使得在膜-电极单元10,10’上作用最佳的面压力。面压力近似地等于压力差pF=pKM-pPG,pKM>pPG。可以通过改变冷却介质压力64（pKM）或过程气体压力69（pPG）根据燃料电池的运行点匹配面压力（压力差）。由通过介质起作用的力和在叠摞轴线中通过叠摞的机械预应力施加的那些力给出派生的面压力。局部的输入管道或排出管道66或相应的横通道66影响到局部的气体分布区68，使得可以最佳地形成气体分布区68中的介质流。
图6和6a示出电池摞1，具有叠摞的扇形结构的冷却和介质模块40，最好由两个塑料零部件组成，它们相互粘接或焊接并且具有气体分布通道41，冷却通道42。以56表示这个叠摞的扇形，具有相互弯曲的扇形顶58，尤其由图6a可以看出，在那里表明，扇形角47达到约90°。冷却和介质模块40在这里也不作为电流导体，只是其表面，它配有相应的导电层45。通过电流接片130和-在这里示例示出的插头80排出电流。冷却和介质模块40只提供二次功能室或功能平面41（即43和44）和42，作为导电层（45）和形成叠摞的载体，即总体上也是稳定的结构。冷却通道42和气体分布通道41或气体通道43,44也可以以90°旋转，即，不设置在扇形平面里面，如同所示的那样。在图6中过程气体示例地在扇形轴线中导引。
图7示出平面结构的电池摞1，即，扇形角a为180°。冷却和介质模块40,40’多体地构成，即，它们分别由2个电极盖72,72’和2个用于构成冷却通道42,42’的零部件90,90’、冷却通道板以及多个间隔体79组成。以10表示膜-电极单元，它在两个侧面上被冷却和介质模块40,40’包围。形成各个冷却通道43,44的壁体或板由薄板组成，其中这些薄板通过间隔体79相互支承。冷却和介质模块40,40’例如由三个薄板或金属膜组成，在那里存在外部的电极盖72和内部的冷却板90。这些间隔体79不仅设置在冷却通道侧78上而且设置在氧气侧和氢气侧上。在冷却通道43,43’中存在的冷却介质压力在这里也以64表示。间隔体79可以以不足尺寸制成，因此使整个面压力通过介质压力产生，该面压力为了达到良好的效率必需在膜-电极单元10中起作用。有利的是，在膜-电极单元10上均匀地顶压，也在不相同的零部件尺寸或在燃料电池模块12运行中不均匀的热膨胀的时候。间隔体79可以以过尺寸制成，由此在叠摞装配期间产生一定的预应力。间隔体79也可以有针对性地这样设置和成形，直到以确定的程度使间隔体79弹性地反应不相同的零部件尺寸或不均匀的热膨胀并且可以弯曲，例如通过间隔体79错位。通过各个零部件的弹性弯曲可以使叠摞结构“呼吸”并且弯曲，如果热引起的长度变化或由于加工误差引起的不同零部件尺寸需要弯曲的时候。如果间隔体79“紧凑”地构成，则在叠摞轴线中得到刚性的结构。
图7a示出燃料电池模块12，具有180°的扇形角、平面的零部件结构，具有冷却和介质模块40。在这个结构形式中有效反应面积的投影基本等于其在框架窗口53上的投影尺寸，该面积基本等于内部叠摞109的横截面。电池摞1分别通过半个冷却和介质模块单元40”封闭并且分别通过端板13,14覆盖。
图7b示出局部电池摞1，具有小于180°、在这种情况下约90°的扇形角47。在这个结构形式中有效的反应面积大于其在框架窗口53上的投影，它大于内部叠摞109的横截面。以相互弯曲的扇形顶58叠摞的这个扇形的单个电池7具有膜-电极单元10和冷却和介质模块40。在这里未示出密封。与图6类似过程气体可以在扇形轴线中导引。该结构提供了过程气体也垂直于扇形轴线导引的可能性。
图8放大地示出图7的局部，用于表明，在膜-电极单元10中在哪里构成用于氢气和氧气的反应区R1和R2。在这里也定位电解膜2并且在两侧提供氧气70或氢气71的管道的电极盖72,72’限制这个膜-电极单元10。在电极盖72,72’里面设有气体通道73和气体管道槽74。通过气体通道73使各过程气体在膜-电极单元10部位中流动，由此使以74’表示的剩余气体和反应产品通过气体管道74从功能部位排出。这在下面也适用于氧气和氢气侧。清楚的是，只有氢气的分流75进入到膜-电极单元10部位，而其它分流通过其它气体通道73靠近膜-电极单元10导引。在这里明确的是，在电极盖72,72’前面和后面实现具有结构的清楚分开的气体流。通过各自的管道或气体通道70,71使过程气体不混合地流动并且从那里继续通过气体通道73到电极5,6。在电极5,6里面气体扩散到各自的反应区R1，R2。从那里未消耗的剩余气体和反应产品、例如水或水蒸气一直流动到管道或其它管道槽74,74’，最好通过对流。其它管道槽74,74’里面的压力低于在多孔电极5,6里面的压力，由此有利于排出气体和反应产品。还示出过程热20从反应区R1,R2脱离通过电极5,6和气体通道43,44直到冷却介质82和冷却通道63,63’。在此流入到气体通道70(O2)和71(H2)里面的过程气体被加热，因为通过“冷的”过程气体不能实现良好的电池效率。还示出在冷却通道63,63’中的逆流流动86,86’，这意味着，在这里在电池横截面上可靠地实现均匀的温度轮廓。冷却和介质模块90,90’,72,72’79的各个零部件最好由特种钢板制成。按照本发明在使用相应的薄壁塑料零部件的条件下形成结构。
图9示出电池摞1、尤其是冷却和介质模块40的结构，其中实现由两个塑料部件60,60’组成的结构，它给出具有扇形角47<180°的并联扇形57。在这里也可以看到通过下面还要解释的电池框架50侧面包围膜-电极单元10。在这个视图中冷却和介质模块40由两个弹性塑料部件组成，它们已经在接合面60”里面相互粘接或焊接。示出介质导引的形状和位置，具有用于氢气的气体通道43、用于氧气的气体通道65、用于过程气体从气体通道65导引到膜-电极单元10、冷却通道63”的横通道66,66’，在这里示例地示出具有附加的组合的类似管状的套并且流体管道在这里示例地具有插头。在扇形轴线里面导引过程气体。
图9a示出平面的扇形57的原理结构，其中在这里各个膜-电极单元10,10’分别这样构成，通过使扇形顶58相互面对给出所述的并联扇形。
按照图10燃料电池12由许多单个电池7组成，它们形成一个电池摞1。在这个电池摞1中在这里不再能够看到的、但是在图3和5中示出的电流导向45,46导引超出外壁48，用于在那里可以安置插头80，通过它能够以所期望的形式布线。图10示出立体的简化的燃料电池模块12视图，其中在这里示例地示出电池或分叠摞与突出的电流接片或插头的并联接线。
图10a示出示意图，具有突出的电流接片130,131，它们是电极盖的一部分并且在其间标明平面81，相关电池的膜-电极单元位于其中。
图10b还示出整个叠摞外壳100的简化截面图，其中在这里看不到功率极115。示出用于介质极、功率极和控制器和调节器的不同节点。表明叠摞外壳100的通风。燃料电池模块可以在外壁108上一直加热到温度200℃。通风的叠摞外壳100在其外壁108上具有室温，通过通风起作用，特征在于进风口101和排风口102。在叠摞外壳100上的功率电极以103表示，控制器-调节器节点以104表示，介质节点以104’表示并且外壁如上所述以108表示。通过节点104导引所有用于控制和调节燃料电池模块所需的电、液和气的连接管线和元件。通过节点104’导引所有用于燃料电池模块运行所需的连接管线和元件，尤其用于过程气体和冷却介质的输入管道和用于未消耗的过程气体和反应产品的排出管道。
图11,11a和图12和12a示出电池摞的简化截面图。通过40,40’表示在紧凑结构中的冷却和介质模块，其中在这里可以看出，冷却和介质模块40,41的各个功能室或功能面通过供给通道92供给各自的介质。
在图11中冷却介质82穿过供给通道92导引，它通过孔产生，它们不仅在密封83,84,85而且在设置在其间的薄板90,91里面构成。这个供给通道92在相应的“工作平面”中具有横通道93，通过它冷却介质82或按照图12也包括氢气95或氧气导引到各自的平面或冷却通道42或气体分布通道41里面。所示密封83,84,85和相应的薄板90,91段给出上述的电池框架50，它具有多个、最好至少六个上述的供给通道92，用于一方面输入并再排出氢气、氧气并另一方面输入并再排出冷却剂。
图11a示出供给通道92和从其分出的横通道93，它在这里在密封83中构成。当然，相应的孔覆盖单个密封83,84，85和83’地构成并且当然也在薄板90,91里面构成。通过99（图11）表示投影的反应面，它例如为150x150mm。
图12,12a和12b示出氢气95的流动。氢气95从通道92通过横通道93和气体通道一直流动到反应区。通过79,79’表示间隔体，它们使各个薄板91,90相互间隔。以94表示的波表示弹性结构，它通过薄板91,90和间隔体79实现。可以使用形成结构的薄板，其结构还加大叠摞的纵向弹性，例如以沟槽的形式。
图12a还示出气体通道密封83’的截面图，具有供给通道92、供给通道接头87”、横通道93和氢气95的箭头。
在图12b中以放大图表明，不同的间隔体70或79’如何构成。可以设想不同的间隔体方案，例如刚性的、柔性的在电极盖中由凸起或者冲压的沟槽给出的间隔体。
在图12b的放大图中表明，不同的间隔体70或79’如何构成。可以设想不同的间隔体方案，例如刚性的、柔性的在电极盖中由凸起或者冲压的沟槽给出的间隔体79,79’。在那里使用在图11a中的标记符号87，用于表明，可以设想通过密封或相应的薄板完全精细地通过其它连接通道分布介质。
图12b-e示出不同的变化，如何在内部叠摞中确定地产生弹性，直到预应力，内部叠摞如同压簧一样起作用。
图12f示出平衡和分布槽156的截面图，当间隔体79由长形拱曲成形的时候需要分布槽。在各个通道部位之间气体可以自由运动。
图12g示出KMM结构，具有由蜂窝板165制成的电极盖。在这里也需要平衡和分布槽156。通过160表示冷却通道板，以161表示保护板，162表示压力平衡孔，163表示保护板的弯曲线。
图12h从气体通道侧示出电极盖165和气体如何通过气体通道流入到电极里面。电极盖165通过叠摞轴线中的压力挤入到电极5,6里面并且在“谷底”露出槽，它用于排出剩余气体和反应产品（也见气体排出槽）。
图12i从电极侧示出电极盖165。可以看出，从气体通道流出的气体和流回的剩余气体和反应产品。
图13给出燃料电池模块1的简化截面图。示出具有端板13,14的电池摞12，在那里示例地示出并联的电池布线112。在内部叠摞109里面由于相关零部件尤其是膜-电极单元10的加工误差和不同的热膨胀不能在各种情况下以所期望的理想叠摞轴线或叠摞取向111装配。以110表示外部叠摞。由于上述问题经常尝试，通过机械夹紧调回产生的错位。结果是棱边挤压、不密封、气体扩散和自发的、不可控的过程气体副反应，通过按照本发明构成的燃料电池模块1不是这种情况。112是并联的电池布线，115是功率极。
图13a示出，要通过两个冷却循环116,117工作，分别用于氧气侧和氢气侧。在每个衔接的冷却和介质模块40中流动方向在冷却通道中变换。逆流的冷却循环116,117在通过储存容器128和制备以及压缩机118加入到循环里面以前，最好通过热交换器120导引。相反，冷却介质通过热交换器120给到另一循环的储存容器123和压缩机119，其中从热交换器120排出废热121。在热交换器120里面有针对性地利用并且必要时排出从燃料电池或燃料电池模块1脱离并且通过冷却介质输运到热交换器120的过程热量。即，热量也可以用于，例如预热过程气体或在固定的用于耦出有效热的设备中加热。此外在循环封闭的系统中在热交换器120后面存在储存容器122,123，具有可选择的介质制备。
图13b示出由多个分叠摞124组成的叠摞125结构。在这里电池也串联并且配备两个逆流的冷却循环116,117。各个具有自身冷却循环和自身功率极、控制器和调节器的分叠摞124运行对于燃料电池模块的运行总体上是有利的。各个分叠摞124的加热比加热这个叠摞125需要明显更少的外部能量费用，例如来自电池。在达到分叠摞124的运行温度以后，可以起动分叠摞。首先利用分叠摞124的能量，用于使其余冷的分叠摞带到起始温度。各个分叠摞也作为起动分叠摞，这带来明显的优点。此外分叠摞124也可以作为冗余的紧急供电系统，例如为了保证控制和调节功能或者提供剩余能量。
各个分叠摞124,125最好并联并且配备两个逆流的冷却循环，各个叠摞和分叠摞125的冷却循环与多个分叠摞124分开，由此这样长时间地加热起动叠摞。然后耦联介质流。这同样适用于电布线。
这只在小的电池容量对于起动是必需的。小的单元提供能量，用于使其余叠摞带到运行温度。
在图14所示的变化中重要的是，横通道和分布通道92’,127’,128,128’分别在各个结构板中加工出来，而密封83,84,85只具有用于纵向通道的开孔。示出用于分布冷却介质82的通道92。在其后面可以看到冷却通道板和在冷却通道板里面示例加工出来的一部分分布通道128,128’。
图14a是局部放大图，其中详细示出，冷却介质如何从纵向通道或供给通道92通过连接通道126和横通道127以及分布通道128流动。按照意义这也适用于冷却介质的输入管道和排出管道。
图14b给出冷却通道细节。两个冷却通道板最好配备连接通道126，横通道127和分布通道128。有利的是，由此可以降低内部阻力。示出通道，它们类似于通孔地加工（敞开）并且其它部分不敞开（封闭）并且在薄板里面加工出来，没有完全敞开。
图15示出电极盖71的膜-电极侧的视图，在这里具有气体通道73。在这里清楚地示出从气体通道73,73’流出的气体和到气体排出槽74的气体流。用于分布气体的通道以127,128表示。此外可以看出，许多上述的气体通道73分布在电极盖上，由此实现非常均匀的分布。在其后面可以看到冷却通道板和在冷却通道板里面示例地加工出来的一部分分布通道128,128’。
图15a示出，最好在两个电极盖72（氧气侧和氢气侧）里面加工出来连接通道126、横通道127、分布通道128和气体排出槽74。这些通道在这里以敞开的通道126,127表示，而128以封闭的通道示出。图15b示出封闭的通道结构129。所有通道126”,127”和槽128都是封闭的，只有供给通道92是敞开的。图15c和d示出在电极盖电极侧上的附加气体分布157,157’，它们作为最细的气体分布。
图16示出燃料电池模块1在叠摞轴线111中在端板13或14上的燃料电池模块1。在这里重要的是，用于冷却介质的横通道133的垂直布置。130,131是电流接片并且以132表示叠摞横截面。以109表示内部叠摞，以110表示外部叠摞。
冷却介质从供给通道139流到横通道133并且从那里通过连接通道138流到系统里面，而横通道134,135表示过程气体的入口和过程气体的出口，它们通过连接通道136和分布通道137连接。以140和140’表示用于过程气体的供给通道和处理通道以及以141表示气体排出槽。图16a和图16b示出燃料电池模块1在局部部位中的侧视图和俯视图，而图16cx1给出氧气输入管道的横截面。通道是敞开的缝隙或孔，其中符合意义地构造氢气输入管道，但是以独立的供给通道140。在截面图中清楚地示出，氢气横通道134不与氧气（O2）纵向通道连接。
图16f示出电极盖72与电流接片131。
图16dx2给出氧气排出管道的截面图，其中在这里气体排出管道141以在薄板中加工出来的槽给出。通道是缝隙或孔。符合意义地构造氢气输入管道。在这里也可以看出，氢气横通道不与用于氧气的纵向通道连接。标记符号142,142’是穿过电极盖72的连接孔。143是排出通道，144是用于过程气体、在这里是氧气的处理通道140’的分流。
图16ex3是用于冷却介质输入管道的截面图。通道也是敞开的缝隙和孔。在截面图中可以看出，冷却通道138通过两个横通道133,133’入流。符合意义地构造排流，只是成镜像的。
图16g示出截面图16dx2的另一变化，在这里在电极盖72与MEA密封84之间将保护板176接合到电池框架里面，主要用于使流动的气体远离MEA密封84，如果结构在电极盖72中在这个位置需要断口或通道的时候。
图17至17c给出以冷却介质以及氢气和氧气供给各个电池的俯视图。
图17给出冷却循环116，图17a给出冷却循环117，其中清楚地示出，它们相反地导引。标记符号30表示用于冷却介质的介质输入管道，标记符号33表示用于排出管道。类似地参见图17b和17c的视图，其中示出用于氢气的输入或介质输入管道32和以35表示在氢气侧上的排出管道。
图17c以31表示用于氧气的介质输入管道并且以34表示排出管道。这些视图清楚地示出，如何均匀地以这个结构实现在内部叠摞109表面上的分布。
图18给出电流接片电路的不同变化。按照A例如电位的相邻电流接片例如（+）包括插头。在B中电流接片弯曲到一起并焊接、粘接、夹紧等。在C中使它们弯曲到一起并且焊接。
图19示出燃料电池模块12，具有冷却空气供给（压缩机）和使加热的冷却空气排出到环境。
所有上述特征，也包括仅仅从附图中给出的特征可以单独并且组合地都视为本发明的内容。

Claims (27)

1.一个燃料电池模块，它由在阳极面和阴极面上具有端板（13,14）的电池摞（1）组成，所述阳极面和阴极面具有电压系统（17）并具有用于氧气、氢气和冷却剂的介质接头（30-35）并且具有许多单个电池（7i，7i+1,7i+2），它们分别具有膜-电极单元（10），它们由多孔透气材料制成的阳电极和阴电极（5,6）和设置在其间的具有阳极催化剂和阴极催化剂(3,4)的电解膜(2)组成，并且在阳极面和阴极面上具有集电器（15,16），其特征在于，所述介质输入管道（30,31,32）和介质排出管道（33,34,35）附属于冷却和介质模块（40），所述冷却和介质模块（40）只设计成用于提供二次功能空间（42,43,44）和形成叠摞并且分别在冷却和介质模块（40）的两个侧面上设置相邻单个电池（7i，7i+1,7i+2）的膜-电极单元（10）的或者氢气电极（5,5’）或者氧气电极（6,6’）。
2.如权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，所述冷却和介质模块（40）通过冷却通道（42）和用于气体的输入管道通道（65）构成，该输入管道通道由弹性结构、最好由两个或多个零部件（60,60’）组成（图9）。
3.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，一个电池摞（1）的内部叠摞（109）设计成由允许在叠摞轴线（111）中呼吸的结构组成（图3a，13）。
4.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述冷却和介质模块（40）被设计成具有冷却通道（63）和气体通道（42,43,44），它们由特种钢或塑料薄膜制成的薄板、薄膜或冷轧带组成（图3e，7,7a，7b，8）。
5.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述冷却和介质模块（40）被设计成具有冷却通道（63）和气体通道（65），它们由塑料、最好是塑料薄膜组成（图3,5,6,9）。
6.如权利要求3所述的燃料电池模块，其特征在于，在冷却通道（42）和用于氢气和氧气的气体通道（43,44）中压力是可以变化的并且相应地在膜-电极单元（10）上调整所期望的面压力（图7）。
7.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电极盖（72,72’）与冷却通道（42）的零部件（90,90’）通过间隔体（79）隔开。
8.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述用于气体的输入管道通道（65）设计成具有局部输入管道（66,66’）和作为局部气体分布区（67）和局部气体分布区（68）（图5）。
9.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述冷却和介质模块（40）的电极盖（72,92’）在面对阳极和阴极（5,6）一侧上具有用于氢气或氧气的气体通道（73）和用于剩余氢气、剩余氧气和反应产品的排出管道（74）（图7）。
10.如权利要求9所述的燃料电池模块，其特征在于，在由连续的槽构成的排出管道（74）里面的压力调整到小于在气体通道（43,44）里面的压力。
11.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述单个电池（7i，7i+1,7i+2）由叠摞的扇形（56）层式地构成和设置。
12.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述单个电池（7i，7i+1,7i+2）由平行的扇形（57）层式地构成和设置。
13.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电池摞（1）设计成由零部件环和密封环（83,84,85）的外部捆束或作为外部叠摞（11）的电池框架（50）以及由膜-电极单元（10）的内部叠摞（109）和冷却和介质模块（40）组成（图11、13）。
14.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述内部叠摞（109）的长度与外部叠摞（110）的长度相比具有确定的尺寸（尺寸不足，过尺寸）。
15.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电池叠摞（1）具有相同长度和宽度的冷却通道板（90,91），其中薄板（90,91）通过位于功能室之间的密封（83,84,85）限制单个的功能室（42,43,44）并且由它们形成的电池框架（50）具有必需的供给通道（92,92’，139,140,140’），除此以外设有横通道（93,133,133’，134,135）、连接通道（136,138）、分布通道（134）、连接孔（142,142’）和作为功能室（41,42）接头的排出通道（143）（图3a和图11a）。
16.如权利要求15所述的燃料电池模块，其特征在于，附属于电池框架（50）的用于氢气、氧气和冷却介质的供给管道（92）以及用于反应产品和多余气体的处理通道（92’）平行且正交延伸地构成。
17.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述冷却流在冷却通道（42,42’）里面从单个电池（7）到单个电池（7i+1,7i+2）逆流地导引并且最好由两个断耦联的冷却系统供给（图13a）。
18.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，每个单个电池（7i，7i+1，7i+2）具有电流导引层（45,45’），它分别通过电池摞（1）的外壁（48）向外导引并且配有插头（80）和布线（图6，图10（塑料））。
19.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述阳极和阴极（5,6）的表面（36）配有导电的电流导引层（45,45’,105,105’,106,107）(图3a-c-塑料和薄板)。
20.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电流导引层（107,107’）设置在反应区（R1，R2）和阳极催化剂和阴极催化剂（3,4）的平面里面。
21.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电流导引层（106,106’）设置在阳极和阴极（5,6）与冷却和介质模块（40）之间的平面里面。
22.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述阳极和阴极（5,6）不导电而导热地、在气体扩散和对流方面多孔的且化学和热学稳定地构成。
23.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电池摞（1）安置在通风的叠摞外壳（100）里面，它具有用于供给介质和处理介质的和叠摞外壳（100）的通风和排风（101,102）的以及用于监控电压和压力的节点（104）（图10b）。
24.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电池摞（1）具有平行布线的单个电池（7）（图13）。
25.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电池摞（1）由分叠摞（124，125）组成，其中分叠摞（124）设计成作为其它分叠摞（125）的起动叠摞并且接通并且与热交换器（120）连接（图13b）。
26.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述分叠摞（124,125）并联，其中其单个电池（7）分别串联。
27.如上述权利要求中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，所述电极盖（72,72’,158）配有电流接片（130,131），它们作为从反应室通过电极（5,6）和电极盖（72）到叠摞（1）外侧面（48）的电流导线并且在那里相互连接，而且通过焊接电流接片、粘接或与插头接线。
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