DE102005004048B4 - Spiral Micro Fuel Cell - Google Patents
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Abstract
Spiralmikrobrennstoffzelle
für die
Umwandlung von chemischer in elektrische Energie über eine chemische
Reaktion zwischen zwei Fluidströmen,
umfassend
a) eine gasundurchlässige Elektrolytmembran,
b)
je eine Anoden-(4) und eine Kathodenfläche (5), angeordnet oder aufgebracht
auf je einer Seite der Elektrolytmembran sowie
c) zwei voneinander
getrennte Fluidführungen
(6, 7), wobei eine Fluidführung
(6) auf einer Seite der Elektrolytmembran mit Kontakt zur Anodenfläche (4)
und die andere Fluidführung
(7) auf der anderen Seite der Elektrolytmembran mit Kontakt zur
Kathodenfläche
(5) angeordnet ist, diese jeweils einem der beiden Fluidströme zugeordnet
sind und beidseitig jeweils in mindestens einen Anschluss (8, 9,
11, 12) enden,
dadurch gekennzeichnet, dass
e) die Elektrolytmembran
aus einem rechteckigen, hälftig um
eine Faltlinie (2) gefalteten und anschließend um die Faltlinie zusammengerollten
Membranfolienelement (3) besteht.A spiral micro fuel cell for the conversion of chemical to electrical energy via a chemical reaction between two fluid streams, comprising
a) a gas-impermeable electrolyte membrane,
b) one anode (4) and one cathode surface (5) each, arranged or applied on each side of the electrolyte membrane and
c) two separate fluid guides (6, 7), wherein a fluid guide (6) on one side of the electrolyte membrane with contact to the anode surface (4) and the other fluid guide (7) on the other side of the electrolyte membrane with contact to the cathode surface (5) is arranged, these are each assigned to one of the two fluid streams and both ends in each case in at least one terminal (8, 9, 11, 12),
characterized in that
e) the electrolyte membrane consists of a rectangular membrane foil element (3) folded in half around a fold line (2) and then rolled up around the fold line.
Description
Die Erfindung betrifft eine Spiralmikrobrennstoffzelle für die Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie über eine chemische Reaktion zwischen zwei Fluidströmen gemäß dem ersten Patentanspruch.The The invention relates to a spiral micro fuel cell for the conversion from chemical to electrical energy via a chemical reaction between two fluid streams according to the first Claim.
Brennstoffzellen sind galvanische Systeme, in denen eine chemische gebundene Energie in eine elektrische Energie gewandelt wird. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Schichtverbund aus einer Anode, einem festen Elektrolyten sowie einer Kathode, wobei der Elektrolyt ein elektrischer Isolator zwischen der Kathode und der Anode ist. Anode und Kathode dienen dabei nicht nur als elektrische Pole einer Brennstoffzelle, sondern auch als Katalysator für die an diesen stattfindenden chemischen Reaktionen.fuel cells are galvanic systems in which a chemical bound energy is converted into an electrical energy. They essentially exist from a layer composite of an anode, a solid electrolyte and a cathode, wherein the electrolyte is an electrical insulator between the cathode and the anode. Serve anode and cathode not just as the electrical poles of a fuel cell, but also as a catalyst for the at these occurring chemical reactions.
Bei den meisten Brennstoffzellentypen wird an die Anode Wasserstoff und an die Kathode Sauerstoff geleitet (Ausnahme: Methanol-Brennstoffzelle, bei der Methanol und Luft die Reaktionsstoffe bilden). Dabei kommt es zu einer anodenseitigen Abgabe von Elektronen unter Aufspaltung des Wasserstoffmoleküls zu Wasserstoffatomen. Die entstehenden Wasserstoff-Ionen werden von der Anode über den Elektrolyten auf die Kathode übertragen und oxidieren dort unter Hinzuziehung des kathodenseitigen Sauerstoffs zu Wasser. Die hierfür erforderlichen an der Anode abgegebenen Elektronen können jedoch nicht über den Elektrolyten (elektrischer Isolator) direkt an die Kathode übergeleitet werden, sondern über den Umweg eines an die Kathode und Anode angeschlossenen elektrischen Verbrauchers, d.h. als nutzbarer elektrischer Strom. Bei den genannten Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoffzellen stellt sich zwischen Anode und Kathode einer Zelle eine konstante Spannung von etwas mehr als 1 V ein. Zur Erzeugung größerer Spannungswerte oder Strom werte sind Brennstoffzellen wie andere Strom- und Spannungsquellen in Reihe bzw. parallel schaltbar.at Most fuel cell types become hydrogen at the anode and to the cathode oxygen (with exception: methanol fuel cell, at the methanol and air form the reactants). It happens to an anode-side release of electrons with splitting of the hydrogen molecule to hydrogen atoms. The resulting hydrogen ions become from the anode over transfer the electrolyte to the cathode and oxidize there with the addition of the cathode-side oxygen to water. The therefor required electrons emitted at the anode, however, can no over the electrolyte (electrical insulator) passed directly to the cathode but over the detour of a connected to the cathode and anode electrical Consumer, i. as usable electric power. In the case of the aforementioned oxygen-hydrogen fuel cells A constant between anode and cathode of a cell Voltage of just over 1V For generating larger voltage values or Electricity values are fuel cells like other sources of power and voltage in series or parallel switchable.
Man unterscheidet je nach Materialpaarung des Schichtverbunds zwischen verschiedenen Brennstoffzellentypen (z.B. alkalische Brennstoffzelle (Kalilauge als Elektrolyt), Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, Phosphorsäure Brennstoffzelle (Phosphorsäure als Elektrolyt) oder Karbonatschmelzen Brennstoffzelle (Salzschmelzen aus Alkalikarbonaten als Elektrolyt) etc.).you differs depending on the material pairing of the layer composite between various types of fuel cells (e.g., alkaline fuel cell (Potassium hydroxide solution as electrolyte), polymer electrolyte membrane fuel cell, phosphoric acid Fuel cell (phosphoric acid as electrolyte) or molten carbonate fuel cell (molten salt from alkali carbonates as electrolyte), etc.).
Spiralmikrobrennstoffzellen der eingangs genannten Art zeichnen sich durch einen zusammengerollten Schichtverbund der vorgenannten Art aus. In diesem befinden sich zwei voneinander fluidisch getrennte Fluidführungen mit Kontakt zur Anode (für Wasserstoff) bzw. zur Kathode (für Sauerstoff). Aufgrund einer ausgeprägten Flexibilität und damit einer Wickelbarkeit von Polymerfolien allgemein eignet sich die Bauform der Spiralmikrobrennstoffzellen insbesondere für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen).Spiral micro fuel cells The type mentioned above are characterized by a rolled up Layer composite of the aforementioned type. In this are two fluidically separated fluid guides with contact to the anode (for hydrogen) or to the cathode (for Oxygen). Due to a pronounced flexibility and thus a windability of polymer films in general is the Type of spiral micro fuel cells, in particular for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEM) fuel cells.
In
der
Auch
in der
Ferner
wird in der
Der besondere Vorteil dieser letztgenannten Bauart liegt in den bauarttypischen großen spezifischen Übertragungsflächen der Fluidkanäle (Fluidführungen) zu Anodenfläche zu Kathodenfläche, d.h. in der effizienten hohen spezifischen Reaktionsfläche in Verbindung mit einer kompakten Bauweise.Of the particular advantage of this latter type is the typical type huge specific transfer surfaces of the fluid channels (Fluid guides) to anode surface to cathode surface, i.e. in the efficient high specific reaction area with a compact design.
Die genannten Ausführungsformen weisen jedoch eine relativ hohe Anzahl von Komponenten auf, was eine relativ aufwendige Fertigung nach sich zieht, will man eine absolute fluidische Trennung von Sauerstoff und Wasserstoff sicherstellen. Außerdem stehen bei den Zellen gemäß des Standes der Technik nicht die gesamte Elektrodenfläche von Anode und Kathode als Reaktonsfläche zur Verfügung, was bei einer geforderten Leistung zwangsläufig eine größere Bauform mit sich zieht.The mentioned embodiments However, they have a relatively high number of components, which a relatively complex production entails you want one ensure absolute fluidic separation of oxygen and hydrogen. In addition, stand in the cells according to the state the technique does not use the entire electrode area of the anode and cathode as Reaktonsfläche to disposal, which inevitably results in a larger size for a required performance pulls with it.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Spiralmikrobrennstoffzelle der eingangs genannten Art vorzuschlagen, dessen Konzeption eine Fertigung mit filigranen Abmessungen und mit hoher Zuverlässigkeit sehr vereinfacht und gleichzeitig eine erhöhte Erschließung der Elektrodenflächen für die Ausgangsfluide (enthaltend Wasserstoff bzw. Sauerstoff) sicherstellt.task The invention therefore, a spiral micro fuel cell of the above to suggest the type mentioned, the concept of a production with filigree dimensions and with high reliability very simplified and at the same time an increased development the electrode surfaces for the Ensures output fluids (containing hydrogen or oxygen).
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Spiralmikrobrennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Spiralmikrobrennstoffzelle sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.To solve the problem, a spiral micro fuel cell with the features of claim 1 is proposed. Advantageous embodiments of Spiral micro fuel cell are given in the subclaims.
Die Erfindung betrifft eine Spiralmikrobrennstoffzelle wie die vorgenannte gewickelte Brennstoffzelle, vorzugsweise einer vom Typ PEM-Brennstoffzelle (da flexible Polymermembran) für die Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie über eine chemische Reaktion zwischen zwei Fluidströmen (enthaltend Wasserstoff bzw. Sauerstoff) mit spiralförmiger oder wendelförmiger Fluidführung. Mit einer spiralförmigen oder wendelförmigen Fluidführung ist gemeint, dass die Fluidströme in der Spiralmikrobrennstoffzelle von innen nach außen oder umgekehrt durch den gesamten Spiralbereich geführt werden. Damit befinden sich alle Fluidführungen im Rahmen des Äquivalentbereichs, welche den Spiralbereich seitlich (d.h. in axialer Richtung) nicht verlassen. Damit grenzt sich die Erfindung von rein oder partiell axial durchströmbaren Spiralmikrobrennstoffzellen, d.h. mit einer Fluidströmung parallel zur der Spiralwärmetauscherachse ab. Folglich umfasst die Erfindung mindestens je einen Anschluss pro Fluidfraktion an der Außenfläche der Spiralmikrobrennstoffzelle sowie je einen Anschluss pro Fluidfraktion an der mittigen Achse der Spiralmikrobrennstoffzelle, d.h. vorzugsweise im Mittelbereich der vorzugsweise runden Stirnflächen der Spiralmikrobrennstoffzelle.The The invention relates to a spiral micro fuel cell such as the aforementioned wound fuel cell, preferably one of the type PEM fuel cell (because flexible polymer membrane) for the conversion of chemical into electrical energy over a chemical reaction between two fluid streams (containing hydrogen or oxygen) with spiral or helical Fluid management. With a spiral or helical Fluid guide is meant that the fluid flows in the spiral micro fuel cell from the inside out or reversed be guided through the entire spiral area. With it all fluid guides within the equivalent range, which does not support the spiral area laterally (i.e., in the axial direction) leave. Thus, the invention of pure or partial borders axially flowed through Spiral micro fuel cells, i. with a fluid flow in parallel to the spiral heat exchanger axis from. Consequently, the invention comprises at least one connection each per fluid fraction on the outer surface of the Spiral micro fuel cell and one port per fluid fraction the central axis of the spiral micro fuel cell, i. preferably in the middle region of the preferably round end faces of the spiral micro fuel cell.
Die Spiralmikrobrennstoffzelle umfasst eine polymere gasundurchlässige Elektrolytmembran. Auf dieser sind flächig auf je einer Seite je eine Anoden- und eine Kathodenfläche angeordnet (z.B. ein- oder aufgelegt) oder aufgebracht (z.B. aufgeklebt oder beschichtet). Die beiden voneinander fluiddicht getrennten Fluidführungen für die Rekationsfluide, vorzugsweise ein Wasserstoff- und ein Sauerstoffhaltiges Gas, sind als Strukturen in die Membran oder die Anodenfläche und Kathodenfläche eingebracht, wobei sich der Elektrodenkontakt der Fluidführungen vorzugsweise auf dessen gesamte Struktur erstreckt, aber jede der Fluidführung nur Kontakt mit einer Elektrode (Kathode oder Anode) aufweist. Vorzugweise sind zwei Fluidführungen als in die Elektroden eingefügte Strukturen vorgesehen, wobei eine die Anodenfläche (für Wasserstoff) und die andere die Kathodenfläche (für Sauerstoff) durchdringt. Die eingefügten Strukturen umfassen vorzugsweise eine Vielzahl von parallel verschalteter Kanäle, welche pro Seite eine einer der anodenseitigen oder kathodenseitigen Fluidfraktionen zugeordneten Kanalfraktion bilden und beidseitig in einem Anschluss ein- bzw. ausmünden. Vorzugweise münden dabei die Kanäle beidseitig in je einen rillenförmigen Kanal, z.B. einer rillenförmigen Vertiefung, als Teil eines Anschlusses. Alternativ können die Strukturen auf dem Schichtverbund als über die gesamte Oberfläche verteilter Abstandshalter gestaltet sein, wobei sich durch diese im gewickelten Zustand ein spiralförmiger Zwischenraum ergibt.The Spiral micro fuel cell comprises a polymeric gas impermeable electrolyte membrane. On this are areal arranged on one side each have an anode and a cathode surface (e.g., laid-on or laid-on) or applied (e.g., glued or coated). The two fluid-tightly separated fluid guides for the Rekationsfluide, preferably a hydrogen and an oxygen-containing Gas, are called structures in the membrane or the anode surface and cathode area introduced, wherein the electrode contact of the fluid guides preferably extends to its entire structure, but each of the fluid guide only Contact with an electrode (cathode or anode) has. Preferably are two fluid guides as inserted into the electrodes Structures provided, one the anode surface (for hydrogen) and the other the cathode surface (for oxygen) penetrates. The inserted structures preferably comprise a plurality of parallel interconnected channels, which one side of one of the anode-side or cathode-side fluid fractions form associated channel fraction and both sides in a port enter or exit. preferably, flow while the channels on both sides in each case a groove-shaped Channel, e.g. a groove-shaped Well, as part of a connection. Alternatively, the Structures on the laminate as distributed over the entire surface Spacers designed to be wrapped by these in the State a spiral Gap results.
Die spiralförmig aufgewickelten Randbereiche der Membranfolie (Stirnflächen) sind, ausgenommen die Öffnungen für die Anschlüsse, fluiddicht dichtend gestaltet oder dichtend abgedeckt.The spirally wound edge regions of the membrane film (end faces) are, except the openings for the Connections, designed fluid-tight sealing or sealing covered.
Wesentlich ist, dass die Elektrolytmembran mit den beidseitig aufgebrachten Elektrodenflächen (Kathode und Anode) aus einem gefalteten und anschließend um die Faltungslinie zusammengerollten Membranfolienelement besteht. Dabei bietet es sich an, das Folienelement rechteckig zu gestalten und hälftig um eine Faltungslinie zu falten, d.h. die Hälften liegen vorzugsweise im ungewickelten Zustand mit jeweils ganzer Fläche aufeinander. Die Faltungslinie unterteilt das Folienelement also in zwei gleichgroße Hälften, wobei sie parallel zu zwei der vier Randlinien des Folienelements verläuft. Alternativ kann die Faltung auch versetzt eine nichtmittige Lage aufweisen, sodass sich die beiden Teilflächen mit ihrer jeweiligen gesamten Fläche im gerollten Zustand aufeinander liegen. Somit hat die Spiralmikrobrennstoffzelle vorzugsweise eine zylindrische Form mit zwei Stirnflächen und einer Umfangsmantelfläche.Essential is that the electrolyte membrane with the applied on both sides Electrode surfaces (cathode and anode) from a folded and subsequently rolled around the fold line membrane sheet element consists. It makes sense, the film element to rectangular shape and half to fold a fold line, i. the halves are preferably in unwrapped state with each whole area on each other. Divided the fold line the film element so in two equal halves, where they are parallel to two of the four marginal lines of the film element runs. Alternatively, the folding also offset have an off-center position, so that the both faces with their respective total area in the rolled state to each other. Thus, the spiral micro fuel cell has preferably a cylindrical shape with two end faces and a circumferential surface area.
Bei einer Faltung mit anschließender Wicklung des vorgenannten Schichtverbunds liegen bei einer Erstreckung der Elektrodenschichten über die gesamte Membranfolienfläche automatisch Anodenfläche auf Anodenfläche und Kathodenfläche auf Kathodenfläche. Hierbei bieten sich die vorgenannten Abstandshalter in besonders vorteilhafter Weise zur Bildung von Fluidführungen an.at a convolution followed by Winding of the aforementioned layer composite are at an extension the electrode layers over the entire membrane foil surface automatically anode surface on anode surface and cathode surface on cathode surface. Here are the aforementioned spacers in particular advantageous manner for the formation of fluid guides.
Alternativ weist das Membranfolienelement zwei Flächenseiten auf, wobei die eine Flächenseite auf der einen Hälfte und die andere gegenüberliegende Flächenseite auf der anderen Hälfte mit eingearbeiteten Vertiefungen strukturiert sind. Beide Hälften des Membranfolienelements sind z.B. nur einseitig strukturiert, während die jeweils gegenüberliegende Flächenseite pro Hälfte jeweils glatt, d.h. unstrukturiert ist.alternative the membrane film element has two surface sides, wherein the one Surface side up one half and the other opposite surface side on the other half are structured with incorporated depressions. Both halves of the Membrane foil element are e.g. only structured on one side while the each opposite surface side per half each smooth, i. is unstructured.
Vorzugsweise sind die Fluidführungen spiralförmig zwischen der Faltung und der Außenfläche der zusammengerollten Elektrolytmembran orientiert und erstrecken sich über die gesamte Anoden- und Kathodenfläche. Die Fluidführungen umfassen dabei bevorzugt eine Vielzahl nicht parallel zu der Faltung ausgerichtete rillenförmige Kanäle, welche pro Fluidfraktionen nahe der Faltlinie und im Außenbereich jeweils in eine Verbindungsleitung, vorzugsweise eine rillenförmige Vertiefung als Teil eines Anschlusses münden.Preferably are the fluid guides spirally between the fold and the outer surface of the coiled electrolyte membrane oriented and extend over the entire anode and cathode surface. The fluid guides preferably comprise a plurality of non-parallel aligned to the folding grooved Channels, which per fluid fractions near the fold line and outdoors each in a connecting line, preferably a groove-shaped recess as part of a connection.
Ebenso kann auch jede der zwei Flächenseiten nur auf einer Hälfte mit einer Elektrode beschichtet und auf der jeweils anderen Hälfte unbeschichtet sein, wobei vorzugsweise beide Hälften nur einseitig beschichtet sind. In dieser Form können die vorgenannten Fluidführungen als eingearbeitete (z.B. eingeprägte oder mechanisch eingearbeitete) Strukturen sowohl auf der Elektrodenfläche als auch auf der Membranfolie vorliegen.Likewise, each of the two surface sides can be coated on only one half with an electrode and be uncoated on the other half, wherein preferably both halves are coated only on one side. In this form, the pre Fluid guides mentioned as incorporated (eg embossed or mechanically incorporated) structures on both the electrode surface and on the membrane film present.
Alle Elektrodenflächen (Anode und Kathode) sind auch in strukturiertem Zustand elektrisch durchgängig. Ebenso ist die Membranfolie auch mit eingearbeiteten Strukturen fluiddicht, d.h. ohne Durchbrüche.All electrode surfaces (Anode and cathode) are also in a structured state electrically continuously. Likewise, the membrane film is also incorporated with structures fluid-tight, i. without breakthroughs.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn die gewickelte Membranfolie um eine oder mehrere weitere Brennstoffzellenkomponenten aufgerollt ist, welche vorzugsweise eine zylindrische Form aufweisen und beispielsweise als Anschlüsse für zwei oder mehrere Fluidfraktionen dienen.It is within the scope of the invention, when the wound membrane film rolled up by one or more other fuel cell components is, which preferably have a cylindrical shape and, for example as connections for two or more fluid fractions serve.
Die Fluidführungen erstrecken sich jeweils von der Faltungslinie bis zum gegenüber der Faltungslinie gelegenen und parallel zu diesen liegenden Randlinien des Membranfolienelements. Vorzugsweise verbleiben die beiden seitlichen Randbereiche, welche nicht parallel zu der Faltungslinie angeordnet sind, zumindest außerhalb des Bereichs der Faltungslinie (dieser Bereich ist nämlich zum Anschluss an den Spiralmikrobrennstoffzelle über dessen Stirnflächen heranziehbar) unstrukturiert. Erstrecken sich die Strukturen über die vorgenannten seitlichen Randbereiche, sind die Stirnflächen des aufgerollten Foliensegments, d.h. die offenen Kanalflanken gegeneinander durch geeignete Mittel, beispielsweise über einen aufgeschmolzenen oder aufgeklebten Deckel fluiddicht abzudecken.The fluid guides each extend from the folding line to the opposite Folding line lying and parallel to these marginal lines the membrane sheet element. Preferably, the two lateral remain Edge regions which are not arranged parallel to the fold line are, at least outside the area of the fold line (this area is namely the Connection to the spiral micro fuel cell can be taken over its end faces) unstructured. The structures extend over the aforementioned lateral Edge areas are the faces of the rolled sheet segment, i. the open channel flanks against each other by suitable means, for example via a molten or cover glued lid fluid-tight.
Wesentlich ist, dass bei dem zusammengerollten Folienelement in den Randbereichen ggf. auch über Abstandshalter fluiddicht plan aufeinander liegen. Die fluiddichte Verbindung ist dabei einerseits mit den bekannten Kleb- oder Schweißverfahren (z.B. Diffusionsschweißen) auch allein über eine Flächenpressung, realisierbar beispielsweise über ein Aufwickeln eines unter Zug vorgespannten Membranfolienelements.Essential is that in the rolled film element in the edge areas possibly also over Spacer fluid-tight plan lie on each other. The fluid-tight Compound is on the one hand with the known bonding or welding methods (e.g. Diffusion welding) also alone over a surface pressure, feasible for example via a winding of a tensioned under train membrane sheet element.
Es bietet sich an, die vorgenannten beiden Deckel nicht nur als dichtenden axialen Abschluss mit Fluidanschluss einer ge wickelten Brennstoffzelle zu verwenden, sondern auch elektrischen Anschluss für die Anode und Kathode, wobei die Anodenfläche an einer und die Kathodenfläche auf der anderen Stirnfläche des zusammengerollten Membranfolienelements axial überstehen.It lends itself to the aforementioned two covers not only as a sealing axial conclusion with fluid connection of a wound GE fuel cell use, but also electrical connection for the anode and cathode, taking the anode surface one and the cathode surface on the other end face axially protrude from the rolled membrane sheet member.
Die Erfindung basiert primär auf dem Grundgedanken der drastischen Reduzierung von Brennstoffzellenkomponenten einerseits und der Zahl und der erforderlicher Genauigkeit der Fertigungsschritte andererseits. Allein eine Reduzierung der Komponenten bewirkt wiederum eine Reduzierung von Fügeflächen, was in vorteilhafter Weise im Sinne einer Übertragungseffizienzerhöhung nutzbar ist. Außerdem eröffnet das Konzept der Erfindung grundsätzlich filigranere Strukturen und damit eine sehr hohe spezifische Energieübertragung insbesondere bei kleinen Baugrößen.The Invention is primarily based based on the idea of drastically reducing fuel cell components on the one hand and the number and the required accuracy of the manufacturing steps on the other. But a reduction of the components in turn causes a reduction of joint surfaces, what advantageously usable in the sense of a transfer efficiency increase is. Furthermore open the concept of the invention in principle filigree structures and thus a very high specific energy transfer especially for small sizes.
Ausführungsbeispiele der Spiralmikrobrennstoffzelle werden im Folgenden anhand von Figuren erläutert, wobei dargestellte Merkmale beispielhaft für die Erfindung in ihrer gesamten Breite offenbart und nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt sind. Es zeigenembodiments The spiral micro fuel cell will be explained below with reference to figures, wherein illustrated features exemplary of the invention in its entirety Width disclosed and are not limited to the illustrated embodiments. Show it
Der
prinzipielle Aufbau einer Spiralmikrobrennstoffzelle entsprechend
der Erfindung ist als seitliche Schnittdarstellung in
Während
Die
vorgenannte hälftige
Faltung bedeutet nicht zwingend eine Teilung in zwei exakt gleichgroße Hälften. Vielmehr
richtet sich die Größe und die
Erstreckung der beiden Hälften
nach der gewünschten Position
der Anschlüsse
Die
für die
Ausführungsbeispiele
gemäß
Im
ersten Ausführungsbeispiel
(
Für das Einbringen
der in
Auch
wenn sich die Elektrodenflächen
der vorgenannten Ausführungsform
auf die Membranfolie beiderseits der Faltungslinie
Die
Anodenfläche
Im
Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
in
Es empfiehlt sich, dichtend auf die Stirnflächen des zusammengerollten Membranfolienelements je einen vorzugsweise zylinderförmigen Deckel aufzusetzen. Auch wenn die Bereiche des Membranfolienelements im zusammengerollten Zustand dichtend aufeinander liegen, dienen diese. Deckel zumindest als Träger für die vorgenannten Anschlüsse.It is advisable, depending on the end faces of the rolled-up membrane sheet element to seat a preferably cylindrical cover. Even if the areas of the membrane film element in the rolled-up state lie sealingly on one another, these serve. Cover at least as a carrier for the aforementioned Anschlüs se.
Ferner
bietet es sich an, die Stege
Ebenso
ist die Ummantelung
Die vorgenannten Zuordnungen bestimmter Komponenten auf Wasserstoff beinhalten auch wasserstoffhaltige Fluide der Fluidgemische wie Gase oder Gasgemische sowie Methanol (mit und ohne Wasser im Falle einer Methanol-Brennstoffzelle) als Eduktionsmittel. Analog umfassen die vorgenannten Zuordnungen bestimmter Komponenten auf Sauerstoff ebenso sauerstoffhaltige Gase, Fluid- und Gasgemische sowie Fluide wie z.B. Atmosphärenluft.The aforementioned assignments of certain components to hydrogen Hydrogen-containing fluids also include fluid mixtures such as Gases or gas mixtures and methanol (with and without water in the case a methanol fuel cell) as Eduktionsmittel. Analogously include the aforementioned assignments of certain components to oxygen as well as oxygen-containing gases, fluid and gas mixtures and fluids such as. Atmospheric air.
Die vorgenannten aufgebrachten Elektrodenflächen (auf das Membranfolienelement aufgebrachte Anodenfläche und Kathodenfläche) können sowohl separate mit dem Membranfolieelement eingewickelte strukturierte oder unstrukturierte (bei Abstandshaltern oder strukturierter Membranfolie) leitfähige Folien sein, als auch bereits vor dem Wicklungsprozess mit dem Membranfolienelement aufgebrachte Metallbeschichtungen sein. Als Metallbeschichtung können sie sowohl in einem PVD-(z.B. Sputterschicht, Aufdampfungen etc.) oder CVD-Beschichtungsverfahren aufgetragen sein, wobei die Fluidführungen entweder vor der Beschichtung in die Membranfolie eingebracht werden oder eine Strukturierung erst im beschichteten Zustand erfolgt. Die Anodenfläche und Kathodenfläche können zudem dicht oder zur Erhöhung der spezifischen Elektrodenfläche porös gestaltet sein, wobei eine offene Porosität teilweise oder ganz als Fluidführung im vorgenannten Sinne dient. Ferner sind die Randbereiche des Membranfolienelements und der Elektrodenfläche, insbesondere die Fluidführungen fluid- bzw. gasdicht zu gestalten oder abzudichten.The aforementioned applied electrode surfaces (on the membrane film element applied anode surface and cathode surface) can both separate textured wrapped with the membrane sheet element or unstructured (for spacers or structured membrane foil) conductive Be films, as well as before the winding process with the membrane film element be applied metal coatings. As a metal coating they can both in a PVD (e.g., sputtered, evaporated, etc.) or CVD coating process be applied, wherein the fluid guides either before coating be introduced into the membrane film or structuring only in the coated state. The anode surface and cathode area can also dense or to increase the specific electrode surface made porous be, with an open porosity partially or completely as a fluid guide serves in the aforementioned sense. Furthermore, the edge regions of the membrane film element and the electrode surface, in particular the fluid guides To make fluid-tight or gas-tight or seal.
Es wird auf die besonderen Vorteile einer Anodenfläche und einer Kathodenfläche, die jeweils getrennt im gewickelten Schichtverbund über je einen der stirnseitigen Randbereiche des Membranfolienelements hinaus stehen, wobei die jeweils andere Elektrodenfläche kurz vor dem Randbereich im Schichtverbund endet, verwiesen. Stirnseitige leitfähige Deckel können so konzipiert werden, dass sie zu der jeweilig überstehenden Elektrodenfläche einen elektrischen Kontakt aufweisen und zur Kontaktierung der Brennstoffzelle heranziehbar sind.It is due to the particular advantages of an anode surface and a cathode surface, the each separately in the wound layer composite via one of the frontal side Be edge regions of the membrane sheet element addition, the each other electrode surface ends just before the edge area in the layer composite, referenced. frontal conductive Lid can be designed so that they to the respective protruding electrode surface an electric Having contact and heranziehbar for contacting the fuel cell are.
- 11
- Führungsbauteilguiding member
- 22
- Faltungsliniefold line
- 33
- MembranfolienelementMembrane sheet member
- 44
- Anodenflächeanode surface
- 55
- Kathodenflächecathode area
- 66
- Fluidführung (Wasserstoff)Fluid guide (hydrogen)
- 77
- Fluidführung (Sauerstoff)Fluid guide (oxygen)
- 88th
- äußerer Anschluss (Wasserstoff)outer connection (Hydrogen)
- 99
- äußerer Anschluss (Sauerstoff)outer connection (Oxygen)
- 1111
- Anschluß an der Faltungslinie (Wasserstoff)Connection to the Folding line (hydrogen)
- 1212
- Anschluß an der Faltungslinie (Sauerstoff)Connection to the Folding line (oxygen)
- 1313
- Ummantelungjacket
- 14-1714-17
- Rillenförmige Vertiefungen für FluidführungenGrooved depressions for fluid guides
- 1818
- Stegweb
- 19-2219-22
- Hohlraumcavity
- 2323
- ProfilleisteMolding
- 24, 2524 25
- Längsschlitzlongitudinal slot
- 2626
- FluiddurchführungFluid passage
Claims (9)
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- 2005-01-28 DE DE102005004048A patent/DE102005004048B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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