DE102006046721A1

DE102006046721A1 - Wassertransportmerkmale für Diffusionsmedien

Info

Publication number: DE102006046721A1
Application number: DE200610046721
Authority: DE
Inventors: Jörg Roth
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2026-10-03
Also published as: DE102006046721B4; US8211589B2; US20070077484A1

Abstract

Es ist ein Diffusionsmedium zur Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel offenbart, das mit Stegen einer Reaktandenplatte des Brennstoffzellenstapels benachbart ausgerichtet ist. Das Diffusionsmedium umfasst eine Lage, die ein permeables Material mit einer Dicke aufweist. Durch die Lage hindurch ist eine Vielzahl von Wassertransportporen definiert. Jede der Poren besitzt einen Porendurchmesser, der größer als das 1,5-fache der Dicke ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und insbesondere die Steigerung eines Flüssigwassertransportes durch Diffusionsmedien einer Brennstoffzelle.

Brennstoffzellensysteme umfassen einen Brennstoffzellenstapel, der elektrische Energie auf Grundlage einer Reaktion zwischen einem auf Wasserstoff basierenden Zufuhrgas (beispielsweise reinem Wasserstoff oder einem Wasserstoffreformat) und einem Oxidationsmittelzufuhrgas (beispielsweise reinem Sauerstoff oder sauerstoffhaltiger Luft) erzeugt. Das auf Wasserstoff basierende Zufuhrgas und das Oxidationsmittelzufuhrgas werden an den Brennstoffzellenstapel bei geeigneten Betriebsbedingungen (d.h. Temperatur und Druck) zur Reaktion darin geliefert. Die richtige Konditionierung der Zufuhrgase wird durch andere Komponenten des Brennstoffzellensystems erreicht, um die richtigen Betriebsbedingungen vorzusehen.

Der Brennstoffzellenstapel umfasst mehrere Brennstoffzellen, die elektrisch in Reihe verschaltet sind. Jede Brennstoffzelle umfasst eine Polymerelektrolytmembran (PEM), die schichtartig zwischen einer Kathodenplatte und einer Anodenplatte angeordnet ist. Zwischen der PEM und sowohl der Kathoden- als auch Anodenplatte sind elektrisch leitende Diffusionsmedien angeordnet. Die Kathodenplatte umfasst Kathodenströmungskanäle, durch die das Oxiationsmittelzufuhrgas strömt. Ähnlicherweise umfasst die Anodenplatte Anodenströmungskanäle, durch die das Wasserstoffzufuhrgas strömt. Die Kathoden- und Anodenströmungskanäle sind zu dem Diffusionsmedium hin offen, um eine Diffusion der Oxidationsmittel- und Wasserstoffzufuhrgase an die PEM zu ermöglichen.

Wenn der Oxidationsmittelstrom durch die Fluidströmungskanäle der Reaktandenplatten gelangt, absorbiert der Strom Wasser, das als das Produkt der elektrochemischen Reaktion erzeugt wird. Das Produktwasser wird entweder als Wasserdampf oder als mitgeführte Wassertröpfchen absorbiert. Infolgedessen ist ein Anfangsabschnitt des Strömungsfeldes trockener als ein späterer Abschnitt (beispielsweise kurz vor dem Austrag von der Brennstoffzelle). In dem letzteren Abschnitt kann der Oxidationsmittelstrom mit Wasser gesättigt sein, und es tritt eine zweiphasige Strömung auf. Genauer enthält der Oxidationsmittelstrom Wasserdampf und flüssiges Wasser, das in dem Oxidationsmittelstrom mitgeführt wird.

Feuchte und trockene Gebiete des Strömungsfeldes können die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle nachteilig beeinflussen und die Degradation der Leistungsfähigkeit über die Zeit beschleunigen. Die Brennstoffzellenleistungsfähigkeit ist als der Spannungsausgang von der Zelle für eine gegebene Stromdichte definiert. Eine Steuerung des Wassertransports durch das kathodenseitige Diffusionsmedium an die Oxidationsmittelströmungskanäle ist wichtig, um die Leistung der Brennstoffzelle zu optimieren.

Erfindungsgemäß ist ein Diffusionsmedium zur Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel vorgesehen, das mit Stegen einer Reaktandenplatte des Brennstoffzellenstapels benachbart ausgerichtet ist. Das Diffusionsmedium umfasst eine Lage, die ein permeables Material mit einer Dicke aufweist. Eine Vielzahl von Wassertransportporen ist durch die Lage hindurch definiert. Ein Anteil der Poren, die zum Wassertransport bestimmt sind, besitzt einen Porendurchmesser, der größer als das 1,5-fache der Dicke ist. Ein anderer Anteil besitzt einen wesentlich kleineren Porendurchmesser und wird zum Gas- und Dampftransport verwendet.

Bei einer Ausführungsform umfasst ein Paar benachbarter Poren eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt, die größer als eine Differenz einer Breite eines benachbarten Steges und des Porendurchmessers ist und die kleiner als eine Summe der Breite und des Porendurchmessers ist.

Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Paar benachbarter Poren eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt gleich einer Breite eines benachbarten Steges.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Wassertransportporen ein erstes Paar benachbarter Poren, die eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt besitzen, und ein zweites Paar benachbarter Poren, die eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt besitzen, die von der ersten Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt verschieden ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Wassertransportporen eine erste Pore mit einem ersten Porendurchmesser und eine zweite Pore mit einem zweiten Porendurchmesser, der von dem ersten Porendurchmesser verschieden ist.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform umfassen eine erste Pore und eine zweite Pore der Vielzahl von Wassertransportporen eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Querachse des Diffusionsmediums. Die erste Pore und eine dritte Pore der Vielzahl von Poren umfassen eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Längsachse des Diffusionsmediums. Auch kann die Anordnung der Pore an einem Oberteil einer Stegfläche, wo die Achse der Poren mit der Achse der Stegfläche ausgerichtet ist, ebenfalls geeignet sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Material ein Kohlefaserpapier.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform umfasst das Material ein kohlenstoffbasiertes Gewebe. Auch können Gewebe, Filze und Papier, die Metalle oder elektrisch leitende Polymere umfassen, verwendet werden.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend detaillierter beschrieben. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Schnittansicht eines beispielhaften Brennstoffzellenstapels ist;
2 eine detaillierte schematische Schnittansicht eines Diffusionsmediums des Brennstoffzellenstapels mit Poren gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist;
3A eine schematische Schnittansicht des Diffusionsmediums ist, das eine minimale Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen Poren zeigt;
3B eine schematische Schnittansicht des Diffusionsmediums ist, das eine mittlere Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen Poren zeigt;
3C eine schematische Schnittansicht des Diffusionsmediums ist, das eine maximale Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen Poren zeigt;
4 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen der relativen Feuchte und der Porendichte des Diffusionsmediums zeigt; und
5A–5D Schnittansichten sind, die variierende Porendichten über Achsen des Diffusionsmediums zeigen.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Abschnitt eines beispielhaften Brennstoffzellenstapels 12 mehrere Brennstoffzellen 18, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Jede Brennstoffzelle 18 umfasst eine Polymerelektrolytmembran (PEM) 20, die schichtartig zwischen einer Kathodenplatte 22 und einer Anodenplatte 24 angeordnet ist. Elektrisch leitende Diffusionsmedien 26 sind zwischen der PEM 20 und sowohl den Kathoden- als auch Anodenplatten 22, 24 angeordnet. Die Diffusionsmedien 26 an den Kathoden- und Anodenseiten können gleich oder verschieden sein. Die Kathodenplatte 22 umfasst Kathodenströmungskanäle 28, durch die das Oxidationsmittelzufuhrgas strömt. Die Kathodenströmungskanäle 28 definieren erhabene Abschnitte oder Stege 30, die die Kathodenströmungskanäle 28 unterteilen. Ähnlicherweise umfasst die Anodenplatte 24 Anodenströmungskanäle 32, durch die das Wasserstoffzufuhrgas strömt. Die Anodenströmungskanäle 32 definieren erhabene Abschnitte oder Stege 34, die die Anodenströmungskanäle 32 unterteilen.
Das Diffusionsmedium 26 ruht auf Stegen 30, 34 und steht in elektrischer Verbindung mit den Stegen 30, 34, die zwischen den Kathoden- bzw. Anodenströmungskanälen 28, 32 angeordnet sind. Die Kathoden- und Anodenströmungskanäle 28, 32 sind zu dem Diffusionsmedium 26 hin offen, um eine Diffusion der Oxidationsmittel- und Wasserstoffzufuhrgase an die PEM 20 zu ermöglichen. In einigen Fällen ist eine bipolare Platte 36 in den Brennstoffzellen 18 implementiert und umfasst die Kathodenströmungskanäle 28, die an einer Seite zur Lieferung des Oxidationsmittelzufuhrgases an eine PEM 20 ausgebildet sind. Die Anodenströmungskanäle 32 sind an einer zweiten Seite zur Lieferung des Wasserstoffzufuhrgases an eine benachbarte PEM 20 ausgebildet. Kühlmittelströmungskanäle 38 sind durch die bipolare Platte 36 geformt und erleichtern eine Kühlmittelströmung durch die Brennstoffzelle 18.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst das Diffusionsmedium 26 eine Lage 50 aus einem permeablen elektrisch leitenden Material, das beispielsweise Kohlefaserpapier und/oder Kohlegewebe umfasst. Es sei jedoch angemerkt, dass das Material Gewebe, Filz oder Papier mit elektrisch leitenden Materialien darin umfassen kann (beispielsweise Metalle und/oder elektrisch leitende Polymere). Eine Vielzahl von Wassertransportporen 52 ist durch die Lage 50 ausgebildet. Die Diffusionsmedien 26 sind wasserabstoßend und porös. Es sei angemerkt, dass das Diffusionsmedium 26 eine Eigenporosität besitzt und Reaktandentransportporen (nicht gezeigt) umfasst, die eine Reaktandenströmung durch die Diffusionsmedien 26 er möglichen. Es ist ein Druck erforderlich, um zu ermöglichen, dass Wasser hindurchdringen kann. Dieser Druck ist der Kapillardruck, der gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird:
wobei σ die Oberflächenspannung von Wasser ist, Θ der Kontaktwinkel zwischen dem Wasser und dem Diffusionsmedium 26 ist und r der Porenradius ist. Je größer der Porenradius für einen gegebenen Kontaktwinkel ist, umso kleiner ist der Druck, der erforderlich ist, damit Wasser durch die Pore hindurchdringen kann. Wenn jedoch der Porenradius zu groß ist, wird eine Wärmeübertragung von der Katalysatorschicht zu den Reaktandenplatten 22, 24 gehemmt. In diesem Fall können heiße Stellen gebildet werden, die nachteilig für die PEM 20 sind, was in einem Gasübergang, einem verringerten Wirkungsgrad wie auch einer verringerten Leistungsfähigkeit resultiert. Ferner werden größere Poren 52 zuerst mit Wasser gefüllt, wodurch der Gastransport in diesem Bereich unterbrochen wird.
Die vorliegende Erfindung definiert optimale Porengrößen (d.h. Porendurchmesser (D) und Höhe (H)), um einen sicheren und effizienten Wassertransport von den Brennstoffzellen 18 mit der kleinstmöglichen Energiemenge ohne Beeinträchtigung anderer Konstruktionsmerkmale vorzusehen. Genauer kann Wasser stabile Verbindungen zwischen Benetzungsbereichen bilden, wenn Kontaktwinkel und die Distanz zwischen den Benetzungsbereichen optimiert sind. Daher ist die Gleichung 1 ein spezieller Fall der Young-Laplace-Gleichung, die lautet:
wobei r₁ und r₂ in 2 definiert sind. Die Vorzeichen der Radien werden auf Grundlage der Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche bestimmt. In dem Fall einer konvexen Oberfläche ist das Vorzeichen positiv. In dem Fall einer konkaven Oberfläche ist das Vorzeichen negativ. Daher ist r₁ negativ und r₂ positiv, wie in 2 gezeigt ist.
In dem Fall, wenn r₁ gleich r₂ ist, ist der Kapillardruck Null. Mit anderen Worten ist kein Druck erforderlich, um die Flüssigkeitsverbindung durch die Pore 52 zu stabilisieren, und wesentlich weniger Druck erforderlich, um einen Flüssigwassertransport hindurch zu ermöglichen. Um diesen Zustand zu ermöglichen, wird der Durchmesser der Pore definiert als: D ≥ 1,5 H (3)
Beispielsweise sollte für ein Diffusionsmedium mit einer Dicke von 200 μm (d.h. H = 200 μm) der Durchmesser 300 μm oder größer sein. Wenn das Kriterium eines gegen Null gehenden Kapillardrucks erfüllt ist, ist die Form stabil und es wird ein permanenter Wassertransportpfad vorgesehen. Genauer wird das Wasser durch die Pore über einen katenoidförmigen Gasring transportiert, der durch r₁ definiert ist.
In den 3A bis 3C wird eine Querdistanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt (CC_LAT) entlang einer Querachse (X) zwischen benachbarten Poren (d.h. quer zu oder über die Stege 30, 34) detailliert beschrieben. Eine Längs-CC-Distanz (CC_LON) entlang einer Längsachse (Y) ist parallel zu oder entlang der Stege 30, 34 definiert, wie in 5C gezeigt ist. Ein Bereich von CC_LAT-Distanzen ist relativ zu einer Dicke (L) benachbarter Stege 30, 34 definiert. Genauer wird eine minimale CC_LAT-Distanz (CC_LATMIN) als die Differenz zwischen L und D definiert (siehe 3A). Eine mittlere CC- Distanz (CC_LATMID) ist gleich L (siehe 3B), und eine maximale CC-Distanz (CC_LATMAX) ist gleich der Summe von L und D (siehe 3C). Es ist jedoch bevorzugt, dass zumindest ein Abschnitt jeder Pore teilweise mit einem Kanal ausgerichtet ist (d.h. nicht durch einen Steg blockiert ist). Daher ist der gewünschte Bereich von CC_LAT-Distanzen durch die folgende Gleichung gekennzeichnet: L – D < CCLAT < L + D (4)
Es sei angemerkt, dass die Pore an dem Oberteil des Steges angeordnet sein kann, wo die Achse der Pore mit einer Achse des Steges ausgerichtet ist.
Wie in 4 gezeigt ist, ist eine Porendichte (PD) als die Anzahl von Poren pro Flächeneinheit des Diffusionsmediums definiert. Die PD variiert auf Grundlage der relativen Feuchte (RH) des Fluids, das durch das Diffusionsmedium gelangt. Genauer ist, wenn die RH kleiner als 100 % ist, kein flüssiges Wasser vorhanden, und es sind keine Poren erforderlich. Wenn jedoch die RH über 100 % ansteigt, steigt die PD. Dies bedeutet, eine erhöhte Menge an Flüssigkeit in einem spezifischen Bereich erfordert eine erhöhte Anzahl von Poren, um einen Transport dieser Flüssigkeit von der Brennstoffzelle zu ermöglichen.
Zu den 5A bis 5D sei angemerkt, dass das Diffusionsmedium eine gleichförmige PD über ihren gesamten Bereich oder variierende PDs und sogar Porendurchmesser umfassen kann. Mit besonderem Bezug auf 5A sieht eine gleichförmige PD eine äquivalente Anzahl von Poren pro Flächeneinheit vor. Es sei jedoch auch angemerkt, dass die PD über das Diffusionsmedium variieren kann. Wenn beispielsweise von einem bestimmten Bereich des Diffusionsmediums bekannt ist, dass dieser eine geringere RH als ein anderer Bereich besitzt, ist die PD in dem Bereich mit geringerer RH kleiner als die PD in dem Bereich mit größerer RH. Mit besonderem Bezug auf die 5B und 5C kann die PD entlang sowohl der X-Achse als auch der Y-Achse variieren. Mit besonderem Bezug auf 5D sei ferner angemerkt, dass sowohl die PD über das Diffusionsmedium als auch der Porendurchmesser D variieren kann. Genauer können Poren in einem Bereich mit höherer RH einen größeren Durchmesser und/oder eine größere PD besitzen, als die Poren in einem Bereich mit geringerer RH.
Zusammengefasst ist ein Diffusionsmedium zur Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel offenbart, das mit Stegen einer Reaktandenplatte des Brennstoffzellenstapels benachbart ausgerichtet ist. Das Diffusionsmedium umfasst eine Lage, die ein permeables Material mit einer Dicke aufweist. Durch die Lage hindurch ist eine Vielzahl von Wassertransportporen definiert. Jede der Poren besitzt einen Porendurchmesser, der größer als das 1,5-fache der Dicke ist.

Claims

Diffusionsmedium zur Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel, das mit Stegen einer Reaktandenplatte des Brennstoffzellenstapels benachbart ausgerichtet ist, mit: einer Lage, die ein elektrisch leitendes permeables Material umfasst, das eine Dicke aufweist; und einer Vielzahl von Wassertransportporen, die durch die Lage hindurch definiert sind, wobei jede der Poren einen Porendurchmesser aufweist, der größer als das 1,5-fache der Dicke ist.
Diffusionsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar benachbarter Wassertransportporen eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt aufweist, die größer als eine Differenz einer Breite eines benachbarten Steges und des Porendurchmessers ist und die kleiner als eine Summe der Breite und des Porendurchmessers ist.
Diffusionsmedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar benachbarter Wassertransportporen eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt aufweist, die gleich einer Breite eines benachbarten Steges ist.
Diffusionsmedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Vielzahl von Wassertransportporen ein erstes Paar benachbarter Wassertransportporen, die eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt aufweisen, und ein zweites Paar benachbarter Wassertransportporen umfasst, die eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt aufweisen, die von der ersten Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt verschieden ist.
Diffusionsmedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Wassertransportporen eine erste Pore, die einen ersten Porendurchmesser besitzt, und eine zweite Pore aufweist, die einen zweiten Porendurchmesser besitzt, der von dem ersten Porendurchmesser verschieden ist.
Diffusionsmedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Pore und eine zweite Pore der Vielzahl von Poren eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Querachse des Diffusionsmediums aufweist.
Diffusionsmedium nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pore und eine dritte Pore der Vielzahl von Poren eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Längsachse des Diffusionsmediums aufweisen.
Diffusionsmedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material auf Kohlenstoff basierendes Papier, auf Kohlenstoff basierenden Filz oder auf Kohlenstoff basierendes Gewebe umfasst.
Diffusionsmedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Papier, einen Filz- oder ein Gewebe umfasst, das Metall oder ein elektrisch leitendes Polymer enthält.
Brennstoffzelle mit: einer Polymerelektrolytmembran (PEM); einer Reaktandenplatte, die eine Vielzahl von Stegen und Kanälen aufweist, die darin ausgebildet sind; und einem Diffusionsmedium, das zwischen der PEM und der Reaktandenplatte benachbart den Stegen angeordnet ist und das eine Lage umfasst, die ein permeables Material aufweist, das eine Dicke und eine Vielzahl von Wassertransportporen besitzt, die durch die Lage hindurch definiert sind, wobei jede der Poren einen Porendurchmesser aufweist, der größer als das 1,5-fache der Dicke ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar benachbarter Wassertransportporen eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt umfasst, die größer als eine Differenz einer Breite eines benachbarten Steges und des Porendurchmessers ist und die kleiner als eine Summe der Breite und des Porendurchmessers ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar benachbarter Wassertransportporen eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt gleich einer Breite eines benachbarten Steges umfasst.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Wassertransportporen ein erstes Paar benachbarter Poren, die eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt aufweisen, und ein zweites Paar benachbarter Poren umfasst, die eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt aufweisen, die von der ersten Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt verschieden ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Wassertransportporen eine erste Pore, die einen ersten Porendurchmesser besitzt, und eine zweite Pore umfasst, die einen zweiten Porendurchmesser besitzt, der von dem ersten Porendurchmesser verschieden ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Pore und eine zweite Pore der Vielzahl von Wassertransportporen eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Querachse des Diffusionsmediums umfassen.
Brennstoffzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pore und eine dritte Pore der Vielzahl von Wassertransportporen eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Längsachse des Diffusionsmediums umfassen.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material auf Kohlenstoff basierendes Papier, auf Kohlenstoff basierenden Filz oder auf Kohlenstoff basierendes Gewebe umfasst.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Papier, einen Filz- oder ein Gewebe umfasst, das Metall oder ein elektrisch leitendes Polymer enthält.
Diffusionsmedium zur Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel, das mit Stegen einer Reaktandenplatte des Brennstoffzellenstapels benachbart ausgerichtet ist, mit: einer Lage, die ein elektrisch leitendes permeables Material aufweist, das eine Dicke besitzt; und einer ersten Vielzahl von Wassertransportporen, die durch die Lage hindurch definiert sind, und einer zweiten Vielzahl von Wassertransportporen, die durch die Lage hindurch definiert sind, wobei jede der ersten und zweiten Vielzahl von Wassertransportporen einen Porendurchmesser besitzt, der größer als das 1,5-fache der Dicke ist, wobei benachbarte Poren der ersten Vielzahl von Wassertransportporen eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt umfassen und benachbarte Poren der zweiten Vielzahl von Wassertransportporen eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt umfassen, die von der ersten Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt verschieden ist.
Diffusionsmedium nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten Distanzen von Mittelpunkt zu Mittelpunkt größer als eine Differenz einer Breite eines benachbarten Steges und des Porendurchmessers ist und kleiner als eine Summe der Breite und des Porendurchmessers ist.
Diffusionsmedium nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten und zweiten Distanzen von Mittelpunkt zu Mittelpunkt gleich einer Breite eines benachbarten Steges ist.
Diffusionsmedium nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten Vielzahl von Wassertransportporen einen ersten Porendurchmesser aufweist und jede der zweiten Vielzahl von Wassertransportporen einen zweiten Porendurchmesser aufweist, der von dem ersten Porendurchmesser verschieden ist.
Diffusionsmedium nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Pore und eine zweite Pore von einer der ersten und zweiten Vielzahl von Wassertransportporen eine erste Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Querachse des Diffusionsmediums aufweisen.
Diffusionsmedium nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pore und eine dritte Pore von einer der ersten und zweiten Vielzahl von Wassertransportporen eine zweite Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt entlang einer Längsachse des Diffusionsmediums umfasst.
Diffusionsmedium nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Material auf Kohlenstoff basierendes Papier, auf Kohlenstoff basierenden Filz oder auf Kohlenstoff basierendes Gewebe umfasst.
Diffusionsmedium nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Papier, einen Filz- oder ein Gewebe umfasst, das Metall oder ein elektrisch leitendes Polymer enthält.