DE102006051320A1 - Fuel cell i.e. direct methanol fuel cell, arrangement, has anode and cathode with medium permeable interlayer to diaphragm unit over channel structures, where interlayer covers channels of one structure and includes intermediate segments - Google Patents

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Abstract

The arrangement has a diaphragm unit (2) with an anode (3) and a cathode (4) arranged on opposite sides. The anode and cathode include channel structures (5, 6) for laminar media distribution and segments (7) for isolated measurement of electrical characteristics. The anode and cathode include a medium permeable interlayer (8) to the diaphragm unit over the channel structures. The interlayer covers channels (9) of the channel structure (6). The interlayer includes intermediate segments corresponding to the segments (7). Independent claims are also included for the following: (A) a test station including a fuel cell arrangement (B) a method for manufacturing a fuel cell arrangement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The The present invention relates to a fuel cell assembly as well a process for their preparation.

Die gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte bzw. des Stoffumsatzes in einer elektrochemischen Zelle ist wichtig für einen hohen Wirkungsgrad, einen zuverlässigen Betrieb und eine hohe Lebensdauer der Brennstoffzellenanordnung. Die Kenntnis dieser Verteilung ermöglicht viele Einsichten in den Betrieb einer elektrochemischen Zelle. Dies ist in erster Linie die optimale Konstruktion des Flow-Fields, die dazu führen muss, dass Betriebsstoffe und Kühlmittel optimal verteilt werden, der Befeuchtungszustand einer Membran entsprechend gut eingestellt ist und gleichmäßig geringe Kontaktwiderstände auftreten. Bei Brennstoffzellen mit Zwei-Phasen-Transport, bei spielsweise Direktmethanolbrennstoffzellen (DMFC), bei denen im Anodenraum neben Methanol das entstehende CO2 ausgetragen werden muss, spielt neben der Betriebsführung ebenfalls die Konstruktion des Flow-Fields eine entscheidende Rolle.The uniform distribution of the electrical current density or the metabolic rate in an electrochemical cell is important for high efficiency, reliable operation and a long lifetime of the fuel cell assembly. The knowledge of this distribution allows many insights into the operation of an electrochemical cell. This is first and foremost the optimal design of the flow field, which must ensure that the operating fluids and coolant are optimally distributed, the humidifying state of a membrane is set correspondingly well and evenly low contact resistance occurs. In fuel cells with two-phase transport, for example, direct methanol fuel cells (DMFC), where in addition to methanol, the resulting CO 2 must be discharged in the anode compartment, in addition to the operation management also the construction of the flow field plays a crucial role.

Es ist also sehr wünschenswert, während der Entwicklungsphase von Brennstoffzellen ein geeignetes Instrument zur Analyse der Stromdichteverteilung zu besitzen. So wird eine Optimierung der Konstruktion und des Betriebs der elektrochemischen Zelle möglich. Hierdurch können auch Qualitätsschwankungen von Membranmaterialien und Katalysatorbelägen analysiert werden.It is therefore very desirable while the development phase of fuel cells is a suitable instrument to analyze the current density distribution. So will one Optimization of the design and operation of the electrochemical cell possible. This allows also quality fluctuations be analyzed by membrane materials and catalyst coatings.

Vorraussetzung ist aber, dass die Methode der ortsaufgelösten Stromdichtemessung eine ausreichend hohe Auflösung besitzt und ein nur sehr geringer konstruktiver Unterschied aller den Stofftransport beeinflussenden Merkmale zwischen der Messeinrichtung und der Brennstoffzellenanordnung des späteren Produkts besteht. Das Messverfahren selbst sollte daher keine Rückwirkung auf die Brennstoffzellenanordnung/elektrochemische Zelle haben.requirement but is that the method of spatially resolved current density measurement a sufficiently high resolution owns and only a very small constructive difference of all the mass transport influencing characteristics between the measuring device and the fuel cell assembly of the later product. The Measurement method itself should therefore have no effect on the fuel cell assembly / electrochemical Cell have.

In der DE 102 13 478 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung oder Vorgabe der Stromdichteverteilung und des ortsaufgelösten Stoffumsatzes bei elektrochemischen Reaktionen dadurch realisiert, dass eine der Elektroden in gegeneinander isolierte Segmente aufgeteilt wird und jedes Segment mit einer eigenen für den Betrieb der elektrochemischen Reaktion vorgesehenen Stromquelle oder Stromsenke verbunden wird, die aus einer integrierten Schaltung besteht, die als Kostantspannungsquelle geschaltet wird.In the DE 102 13 478 A1 For example, a method for determining or specifying the current density distribution and the spatially resolved metabolic rate in electrochemical reactions is realized by dividing one of the electrodes into segments isolated from each other and connecting each segment to a separate current source or current sink dedicated to the operation of the electrochemical reaction an integrated circuit, which is switched as a Kostantspannungsquelle.

Die einzelnen Segmente der Elektrode und die Verbindung der Segmente mit den integrierten Schaltungen werden mit Mehrlagen-Leiterplatten realisiert. Auf der Oberseite der Leiterplatte entsteht somit ein matrixförmiges Feld der einzelnen Segmente in Form vom Metallisierungspads. Auch wenn mit der bekannten Brennstoffzellenanordnung eine segmentweise Untersuchung elektrischer Eigenschaften angestrebt ist, so ist doch der Medienfluss eingeschränkt, da er nur rings um die Segmente erfolgen kann, und diese nur eine geringe Höhe (kleiner als 1 mm) und einen durch den sehr begrenzten Abstand zwischen den Segmenten sehr geringen Kanalquerschnitt besitzt. Insbesondere durch die bestehende Leitfähigkeit der Gasdiffusionslage (GDL) lateral in der Flächenebene kommt es zu Ausgleichsströmen zwischen den Segmenten (u.U. Kurzschlusseffekte).The individual segments of the electrode and the connection of the segments with the integrated circuits are realized with multilayer printed circuit boards. On the top of the circuit board thus creates a matrix-shaped field the individual segments in the form of metallization pads. Even if with the known fuel cell assembly, a segmental investigation electrical properties is desired, but so the media flow is limited because it can only be done around the segments, and these only a little Height (less than 1 mm) and one due to the very limited distance between the segments has very small channel cross-section. In particular, through the existing conductivity the gas diffusion layer (GDL) laterally in the plane of the plane there is a balance between the segments (possibly short-circuit effects).

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der ortsaufgelösten Messung der Stromdichteverteilung in Brennstoffzellen eine Brennstoffzellenanordnung bereitzustellen, bei welcher der Messaufbau die Kanalstrukturen möglichst wenig beeinflusst und somit das Verhalten regulärer Anoden/Kathoden möglichst real abbildet.Of the The present invention is therefore based on the object, in the spatially resolved Measurement of the current density distribution in fuel cells, a fuel cell assembly in which the measurement setup is the channel structures as little as possible influences and thus the behavior of regular anodes / cathodes if possible real pictures.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.These Task is governed by the objects of independent claims solved.

Eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung enthält eine Membraneinheit mit einer einerseits der Membraneinheit angeordneten Anode und einer andererseits der Membraneinheit angeordneten Kathode, wobei die Kathode und/oder die Anode jeweils eine Kanalstruktur zur flächigen Medienverteilung sowie Segmente zum isolierten Messen elektrischer Eigenschaften in diesem Segmenten aufweisen. Hierbei weisen erfindungsgemäß zumindest eine der Elektroden (Kathode und/oder Anode) zu der Membraneinheit hin auf bzw. über ihren Strukturen zumindest bereichsweise eine mediendurchlässige Zwischenlage auf. Diese Zwischenlage überdeckt zumindest bereichsweise Kanäle der jeweiligen Kanalstruktur. Die Zwischenlage weist außerdem zu den elektrisch voneinander isolierten Segmenten korrespondierende Zwischenlagesegmente auf, welche ebenfalls im wesentlichen voneinander elektrisch isoliert sind.A Fuel cell arrangement according to the invention contains a membrane unit with a part of the membrane unit arranged Anode and a cathode disposed on the other hand, the membrane unit, wherein the cathode and / or the anode each have a channel structure to the plane Media distribution and segments for isolated measurement of electrical Have properties in these segments. According to the invention, at least one has the electrodes (cathode and / or anode) to the membrane unit on or over their structures at least partially a media-permeable liner on. This intermediate layer covers at least partially channels the respective channel structure. The liner also points to the electrically separated segments corresponding interposing segments which are also substantially electrically isolated from each other are.

Hierdurch wird also sichergestellt, dass zum einen "reale" Kanalstrukturen mit relativ großen Kanalquerschnittsflächen bereitgestellt werden können, welche dem Fließverhalten von Medien in "realen" Kanalstrukturen einer Anode bzw. einer Kathode entsprechen. Trotz dieser Kanalstrukturen ist die elektrische Anbindung der jeweiligen Elektrode an die Membraneinheit möglichst großflächig. Dies kommt daher, dass die entsprechende Zwischenlage die Kanalstrukturen überdeckt und somit großflächig elektrisch leitende (und vorzugsweise entsprechend steife) Abschnitte der Zwischenlage die Membraneinheit kontaktieren. Dadurch, dass die Zwischenlage außerdem mediendurchlässig ausgeführt ist, kann durch entsprechende Schlitze und/oder z.B. durch eine entsprechend poröse Struktur der ungehinderte Durchgang von Medien durch die Zwischenlage zu der Membraneinheit hin gesichert werden. Hierdurch wird einerseits die gewünschte großflächige Anbindung an die Membraneinheit gesichert, andererseits wird die Größe der Kanalstrukturen nicht durch Messsegmente negativ beeinflusst und schließlich ist durch die entsprechende Isolierung der einzelnen Segmente voneinander eine aussagekräftige Stromdichtemessung möglich.In this way, it is thus ensured that on the one hand "real" channel structures with relatively large channel cross-sectional areas can be provided which correspond to the flow behavior of media in "real" channel structures of an anode or a cathode. Despite these channel structures, the electrical connection of the respective electrode to the membrane unit is as large as possible. This is because the corresponding intermediate layer covers the channel structures and thus contact the membrane unit over a large area of electrically conductive (and preferably correspondingly stiff) sections of the intermediate layer. The fact that the liner au ßerdem is designed to be permeable to media, can be secured by appropriate slots and / or eg by a correspondingly porous structure, the unhindered passage of media through the intermediate layer to the membrane unit. On the one hand, the desired large-area connection to the membrane unit is secured, on the other hand, the size of the channel structures is not adversely affected by measuring segments and finally, by the corresponding isolation of the individual segments from each other a meaningful current density measurement possible.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung ist beispielsweise als Testanordnung geeignet. Hierbei kann an der weniger kritischen Elektrode der Messaufbau mit der segmentierten Elektrode untergebracht sein. Beispielsweise kann bei einer methanolbetriebenen Brennstoffzelle, bei welcher anodenseitig Methanol zugeführt ist und kathodenseitig Luft, der Messaufbau kathodenseitig angebracht sein, da die Verteilung der Luft in den Kanalstrukturen eher unkritischer ist und daher weniger Optimierung verlangt als bei der methanolversorgten Anodenseite. Nun können bei einem solchen Aufbau verschiedene Kanalstrukturen für die Anode "durchprobiert" werden und die jeweiligen elektrischen Eigenschaften in den einzelnen Segmenten können dann mit dem Messaufbau auf der Kathodenseite entsprechend erfasst werden. Hierdurch kommt es zu aussagekräftigen Ergebnissen, welche sowohl die Gesamteffizienz der Brennstoffzelle als auch die Güte der Verteilung in der kritischen Anoden-Kanalstruktur feststellen. Durch gezielte Optimierung in Segmenten mit unbefriedigenden Messergebnissen können dann die Anodenstrukturen optimiert werden.The Fuel cell arrangement according to the invention is suitable for example as a test arrangement. This can be done at the less critical electrode of the test setup with the segmented Electrode be housed. For example, in a methanol-powered Fuel cell in which methanol is supplied on the anode side and cathode-side air, the measuring structure be mounted on the cathode side, because the distribution of air in the channel structures rather uncritical and therefore requires less optimization than the methanol supplied Anode side. Well, you can In such a construction, different channel structures for the anode are "tried" and the respective ones electrical properties in the individual segments can then be detected accordingly with the measurement setup on the cathode side. This leads to meaningful Results showing both the overall efficiency of the fuel cell as well as the goodness of Determine distribution in the critical anode channel structure. By Targeted optimization in segments with unsatisfactory measurement results can then the anode structures are optimized.

Je nach Prinzip der Brennstoffzellenanordnung können allerdings auch anodenseitig Messaufbauten gegeben sein. So wird beispielsweise bei einer mit gasförmigem Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle es unter Umständen sinnvoll sein, den entsprechenden Messaufbau an der Anode unterzubringen und unterschiedliche Kathodenkanalstrukturen zu vergleichen. Hierbei geht es immer darum, dass die Messseite der späteren realen (bzw. in Serie hergestellten) Brennstoffzellenanordnung möglichst ähnlich sein soll, da nur so entsprechend verwertbare Ergebnisse herauskommen.ever However, according to the principle of fuel cell arrangement can also anode side Be given measuring setups. For example, with a gaseous Hydrogen fuel cell may make sense be to accommodate the appropriate measurement setup at the anode and to compare different cathode channel structures. in this connection It is always important that the measurement side of the later real (or in series manufactured) fuel cell assembly should be as similar as possible, because only so correspondingly usable results come out.

Selbstverständlich ist es allerdings auch möglich, auf beiden Elektrodenseiten (also bei Anode und bei Kathode) entsprechende Segmentierungen vorzunehmen.Of course it is but it is also possible on both sides of the electrode (ie at anode and at cathode) corresponding Segmentation.

Schließlich ist die Anwendung der vorliegenden Brennstoffzellenanordnung nicht begrenzt auf Testbetrieb bzw. Entwicklungsbetrieb. Es kann auch durchaus sinnvoll sein, eine entsprechende Segmentierung bei einer in Serie hergestellten Brennstoffzellenanordnung bereit zu stellen. Hierdurch können beispielsweise Fehlfunktionen bzw. Verstopfungen mittelbar gut detektiert werden. Außerdem kann eine entsprechende Regelung der Medienzufuhr je nach Messergebnissen in einzelnen Segmenten gezielt erfolgen, um beispielsweise ein "Absaufen" der Brennstoffzellenanordnung zu verhindern. Gerade bei großindustrieller Anwendung kann die Anzahl der Segmente entsprechend klein gehalten werden, beispielsweise könnte es dort ausreichend sein, bei einer einkanaligen Ausführung der Kanalstruktur (beispielsweise in Form eines Meanders) lediglich am Anfang und am Ende der Kanalstruktur jeweils ein Segment anzubringen, welche dann miteinander messtechnisch verglichen werden.Finally is does not limit the application of the present fuel cell assembly on test operation or development operation. It also can make sense, a corresponding segmentation in a series prepared fuel cell assembly to provide. hereby for example Malfunctions or blockages are indirectly detected well. Furthermore can be a corresponding regulation of the media supply depending on the measurement results targeted in individual segments, for example, a "siphoning" of the fuel cell assembly to prevent. Especially with big industrialists Application, the number of segments can be kept correspondingly small could be, for example it be sufficient there, in a single-channel execution of the Channel structure (for example in the form of a meander) only to attach one segment at the beginning and at the end of the channel structure, which are then compared with each other metrologically.

Prinzipiell sind verschiedene elektrische Eigenschaften der einzelnen Segmente messbar. Es kann beispielsweise bei einem vorgeschriebenen Strom der entsprechende Spannungsabfall gemessen werden. Selbstverständlich sind auch vorgegebene Spannungsdifferenzen oder auch ortsaufgelöste Messung. der Zellimpedeanz möglich. Wichtig ist lediglich, dass jeweils Rückschlüsse auf die elektrische Leistung in den einzelnen Segmenten (sowohl relativ als auch absolut) möglich sind. Hierbei erfolgt die Messung mit relativ hoher Güte, da die Segmente im Wesentlichen voneinander elektrisch isoliert sind und daher keine Kurz schlusseffekte in Flächenebene gegeben sind, welche die Messergebnisse negativ beeinflussen könnten.in principle are different electrical properties of the individual segments measurable. It can, for example, at a prescribed current the corresponding voltage drop can be measured. Of course they are also specified voltage differences or spatially resolved measurement. the cell impedance is possible. It is only important that in each case conclusions about the electrical power in the individual segments (both relative and absolute) are possible. In this case, the measurement takes place with a relatively high quality, since the segments essentially are electrically isolated from each other and therefore no short-circuit effects given in area plane which could adversely affect the measurement results.

Zusammengefasst kann also gesagt werden, dass für ortsaufgelöste Messungen der Stromdichteverteilung in Brennstoffzellen, bei denen eine oder beide Elektroden in gegeneinander isolierte Segmente aufgeteilt werden und jedes Segment mit einer eigenen für den Betrieb der elektrochemischen Reaktion vorgesehenen Stromquelle oder Stromsenke verbunden wird, das Hauptproblem darin besteht, trotz der Vielzahl der einzeln herauszuführenden Stromableiter eine Kanalstruktur auszubilden, die mit dem späteren Produkt möglichst identisch ist und eine geringe elektrische Querleitung zwischen den einzelnen Segmenten besitzt.Summarized can therefore be said that for spatially resolved Measurements of the current density distribution in fuel cells in which one or both electrodes divided into segments isolated from each other and each segment with its own for the operation of the electrochemical Reaction provided power source or sink is connected the main problem is, despite the multitude of individually executable ones Current conductor to form a channel structure with the later product preferably is identical and a low electrical cross between owns the individual segments.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer aus isolierendem Material bestehenden Kanalstruktur (Flow-Field) vorzugsweise matrixförmig verteilte leitfähige senkrechte Pfade verteilt werden. An der oberen, der Membraneinheit zugewandten Seite wird am oberen Ende der leitfähigen Pfade eine Zwischenlage, vorzugsweise eine leitfähige Mikrokanalstruktur, leitfähig verbunden, die nahezu die gesamte Membranfläche segmentartig bedeckt und untereinander allenfalls durch dünne Isolationszonen miteinander verbunden sind. Auf dieser Mikrokanalstruktur kann eine ebenfalls segmentierte strukturierte Gasdiffusionslage oder auch Katalysatorschicht aufgebracht sein. Die Zwischenlage bzw. Mikrokanalstruktur ist mechanisch ausreichend stabil um einen gleichmäßigen Anpressdruck auf die Membraneinheit (Brennstoffzellenmembran aufzubringen.The problem is solved according to the invention by distributing conductive vertical paths distributed matrix-like in a channel structure (flow field) consisting of insulating material. At the upper side facing the membrane unit, at the upper end of the conductive paths, an intermediate layer, preferably a conductive microchannel structure, is conductively connected, covering almost the entire membrane surface like a segment and interconnected by thin isolation zones. On this microchannel structure, a likewise segmented structured gas diffusion layer or even catalyst layer can be applied. The liner or Microchannel structure is mechanically stable enough to apply a uniform contact pressure on the membrane unit (fuel cell membrane.

Schließlich sind weitere unabhängige Gegenstände gegeben. Dies betrifft beispielsweise einen Versuchs stand enthaltend eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung, wobei dieser Versuchsstand einen Messaufbau zum Einlegen der Brennstoffzellenanordnung sowie eine mit Segmenten der eingelegten Brennstoffzellenanordnung verbindbare Auswerteeinheit auffasst.Finally are another independent objects given. This concerns, for example, a test subject containing a fuel cell arrangement according to the invention, wherein this test stand is a measuring structure for inserting the fuel cell assembly and one with segments of the inserted fuel cell assembly understandable connectable evaluation unit.

Ferner wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung gezeigt. Hierbei wird zur Herstellung einer ersten Elektrode (Anode oder Kathode) eine Metallplatte mit einem Array von Stiften (eins) im Fußbereich der Metallstifte mit einer Isolierplatte versehen. Dies erfolgt beispielsweise durch Eingießen einer Polymerschicht aus einem isolierenden Kunststoff. Die Metallplatte wird anschließend auf der der Isolierplatte abweisenden Seite strukturiert und Verbindungen von einzelnen Metallstiften (eins) zu einer entsprechenden Leiterplattenanordnung hergestellt. Die Stifte, welche dann nach oben hin zur elektrischen Kontaktierung herausragen, werden dann mit einer segmentierten Zwischenlage versehen, welche auf diese Stifte aufgebracht wird. Nachfolgend wird eine Membraneinheit auf der den Stiften abweisenden Seite der Zwischenanlage angebracht und auf der anderen Seite der Membraneinheit wiederum eine ergänzende Elektrode (Anode bzw. Kathode) angebracht.Further is also a method for producing an embodiment of a Inventive fuel cell assembly shown. This is to produce a first electrode (anode or cathode) a metal plate with an array of pins (one) in the foot area the metal pins provided with an insulating plate. this happens for example by pouring a polymer layer of an insulating plastic. The metal plate is then on the insulation board repellent side structured and connections from individual metal pins (one) to a corresponding printed circuit board assembly produced. The pins, which then go up to the electrical Stand out contact, then be with a segmented liner provided, which is applied to these pins. following is a membrane unit on the pins repellent side of the Attached intermediate system and on the other side of the membrane unit again a supplementary one Electrode (anode or cathode) attached.

Dies ist allerdings nur ein beispielhaft beschriebenes Herstellungsverfahren, insbesondere für sehr kleinformatige Brennstoffzellenanordnungen sind auch mikrostrukturierbare Brennstoffzellenanordnungen herstellbar, wobei hier Verfahren aus der Halbleitertechnik zur Anwendung kommen können (hierauf wird später noch einmal detailliert eingegangen).This is, however, only an exemplary production method, especially for very Small scale fuel cell assemblies are also microstructured Produce fuel cell assemblies, in which process from Semiconductor technology can be used (this will be later once detailed).

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfin dung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Further developments of the present inven tion are given in the dependent claims.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Zwischenlage als durchgehende Zwischenlage ausgeführt ist, welche zwischen einzelnen Zwischenlagesegmenten elektrisch isolierende Bereiche aufweist. Man kann dafür elektrisch isolierende, poröse Substrate mit ausreichender Mediendurchlässigkeit verwenden (Faserwerkstoffe, Gewebe, poröse Gläser oder Keramiken, die im Bereich der Segmente abschnittsweise elektrisch leitfähig gemacht wurden oder die insgesamt leitfähig sind, aber nur in z-Richtung, senkrecht zur Membran, so dass es zu keinen Querströmen zwischen den Segmenten kommen kann.A advantageous development provides that the intermediate layer as continuous liner executed which is electric between individual interposer segments has insulating regions. You can for electrically insulating, porous substrates with adequate media permeability (fiber materials, fabrics, porous glasses or ceramics used in the Segment of segments were made electrically conductive sections or the overall conductive are, but only in z-direction, perpendicular to the membrane, so it to no cross currents between the segments can come.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Zwischenlage aus körperlich voneinander getrennten Zwischenlagesegmenten aufgebaut. In diesem Fall sind Spalten zwischen den Zwischenlagesegmenten vorgesehen. Diese dienen nur der elektrischen Isolation und sollten allerdings möglichst klein sein, um eine möglichst große Kontraktfläche zur Membraneinheit bereit stellen zu können.In an alternative embodiment is the liner of physical constructed from separate intermediate layers segments. In this Case columns are provided between the interleaving segments. These are for electrical isolation only and should be preferably be as small as possible size contract area to provide the membrane unit ready.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Zwischenlagensegmente zur Membraneinheit hin, aber nicht zwangsweise an diese angrenzend eine Mikrokanalstruktur aufweisen. Dies ist gut zur Aufrechterhaltung des Anpressdruckes an die Membraneinheit und daher zur Wirkungsgradverbesserung. Die Feinstverteilung zur Membraneinheit hin wird von der Mikrokanalstruktur gewährleistet. Die Kanalbreite von Mikrokanälen der Mikrokanalstruktur beträgt hierbei vorzugsweise jeweils 20 bis 500 Mikrometer, besonders vorzugsweise 20 bis 100 Mikrometer.Especially It is advantageous that the spacer segments to the membrane unit towards, but not necessarily adjacent to, a microchannel structure exhibit. This is good for maintaining the contact pressure to the membrane unit and therefore to improve the efficiency. The The finest distribution towards the membrane unit is provided by the microchannel structure guaranteed. The channel width of microchannels the microchannel structure is in this case preferably 20 to 500 micrometers, particularly preferably 20 to 100 microns.

Diese Mikrokanalstruktur kann je nach Medium bzw. Membraneinheit bzw. Größe der Kanäle direkt an die Membraneinheit sich anschließen oder auch noch eine zusätzliche etwa gleich große und entsprechend der Segmente segmentierte Gasdiffusionslage aufweisen.These Microchannel structure may vary depending on the medium or membrane unit or Size of the channels directly connect to the membrane unit or even an additional about the same size and have segmented gas diffusion layer according to the segments.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Segmente der Anode und/oder Kathode Stifte (eins) zur elektrischen Verbindung mit einer zugeordneten Leiterplattenanordnung aufweisen. Diese Leiterplattenanordnung dient der Verbindung mit Operationsverstärkern bzw. integrierten Schaltkreisen und erlaubt somit eine Raum sparende Verbindung der Segmente an entsprechende weitergehende Messtechnik.A Another advantageous embodiment provides that the segments the anode and / or cathode pins (one) for electrical connection having an associated circuit board assembly. This circuit board arrangement is used to connect to operational amplifiers or integrated circuits and thus allows a space-saving connection of the segments corresponding further measuring technology.

Grundsätzlich soll jedes der Segmente einen eigenen Stromkreis aufweisen, mit dem Strom-, Spannungs- bzw. Widerstandsmessung geregelt durchgeführt werden können.Basically each of the segments has its own circuit, with the current, voltage or resistance measurement can be performed regulated.

Die entsprechenden Stifte der Anode bzw. der Kathode sind vorzugsweise in einer entsprechenden Isolierplatte angeordnet, welche an die Leiterplattenanordnung leicht anbindbar ist. Die elektrische Verbindung der leitfähigen Stifte der Segmente mit den korrespondierenden Kontakten der Leiterplatte erfolgt etwa durch elektrisch leitfähige Klebstoffe oder anisotrop leitfähige Klebstoffe, durch Kontaktmaten (nur in z-Richtung, d.h. senkrecht zur Membraneinheitsebene, leitfähig) oder auch durch Löten.The corresponding pins of the anode and the cathode are preferably arranged in a corresponding insulating plate, which to the PCB assembly is easily attachable. The electrical connection the conductive one Pins of the segments with the corresponding contacts of the circuit board takes place about by electrically conductive Adhesives or anisotropically conductive Adhesives, by contact mats (only in the z-direction, i.e. perpendicular to the membrane unit plane, conductive) or by soldering.

Die Stifte sind vorzugsweise eingebettet in entsprechende Kanalstrukturen. Diese Kanalstrukturen bestehen beispielsweise aus einem gegossenen Epoxidharz, die entsprechenden Kanalstrukturen können als neben einander dargestellte parallele Kanäle oder auch als Mäanderstruktur dargestellt sein. Als Alternative hierzu können die Stifte auch isoliert dargestellt sein (Pin-Finn-Array).The pins are preferably embedded in corresponding channel structures. These channel structures consist for example of a cast epoxy resin, the corresponding channel structures can be shown as side-by-side parallel channels or as a meandering structure. Alternatively, the pins may be isolated (pin-fin array).

Die Kanalbreite der Kanäle in den Kanalstrukturen beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 mm, hier ist für gasförmige oder auch flüssige Medien stets genügend Raum gegeben. Für die meisten Anwendungen hat sich gezeigt, dass ein Aspektverhältnis von 1:1, das heißt, dass die Kanaltiefe ungefähr der Kanalhöhe entspricht, ausreichend ist. Einzig bei einer Variante mit freistehenden Stiften (s. beispielsweise 3 im unten folgenden Beschreibungsteil) kann es notwendig sein, die Höhe der Stifte größer zu gestalten als ihren gegenseitigen Abstand (bis zirka 10x höher), wenn damit die natürliche Konvektion oder nur geringe forcierte Luftbewegung an der Kathode simuliert werden soll.The channel width of the channels in the channel structures is preferably 0.5 to 5 mm, here is always sufficient space for gaseous or liquid media. For most applications, it has been found that an aspect ratio of 1: 1, that is, the channel depth is approximately equal to the channel height, has been found to be sufficient. Only with a variant with freestanding pins (see for example 3 in the description below), it may be necessary to make the height of the pins larger than their mutual distance (up to about 10x higher), if so natural convection or only small forced air movement at the cathode is to be simulated.

Die Segmente zur Messung der elektrischen Eigenschaften, welche in der Anode bzw. der Kathode gegeben sind, haben jeweils zu der Membraneinheit angrenzend Flächen zwischen 0,2 und 10 mm2, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm2. Insgesamt sind verschiedenste Brennstoffzellenanwendungen möglich, vorzugsweise wird eine DMFC bzw. eine PEMFC gegeben sein. Der elektrochemisch aktive Bereich einer Einzelzelle dieser Brennstoffzellenanordnung soll hierbei zwischen 4 und 400 mm2 aufweisen.The segments for measuring the electrical properties, which are given in the anode or the cathode, respectively adjacent surfaces of the membrane unit between 0.2 and 10 mm 2 , preferably between 0.5 and 1.5 mm 2 . Overall, a wide variety of fuel cell applications are possible, preferably a DMFC or a PEMFC will be given. The electrochemically active region of a single cell of this fuel cell arrangement should in this case have between 4 and 400 mm 2 .

Es soll, auch wenn PEM und DMFC mögliche Anwendungsbereiche sind, keinerlei Einschränkung auf diese Konzepte gegeben sein. Die Erfindung ist geeignete für jede Form von Brennstoffzellen mit planaren Membranen und planaren Zellen-Plattenanordnungen (im Unter schied zu Brennstoffzellen mit röhrenförmigem Aufbau). Neben Brennstoffzellen mit Polymermembran kann die Erfindung genauso für Mikrobrennstoffzellen, z.B. aus Silizium, oder auch für Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC, MCFC) oder alkalische Brennstoffzellen mit Flüssigelektrolyt genutzt werden. Der Aufbau muss dann nur entsprechend mit kompatiblen, temperaturstabielen Materialien erfolgen.It should, even if PEM and DMFC possible Areas of application are, no limitation on these concepts be. The invention is suitable for any form of fuel cell planar membranes and planar cell-plate assemblies (in different to fuel cells with a tubular structure). In addition to fuel cells with polymer membrane, the invention can also be used for micro fuel cells, e.g. made of silicon, or for High temperature fuel cells (SOFC, MCFC) or alkaline fuel cells with liquid electrolyte be used. The structure then only needs to be compatible with compatible, temperature-stable materials.

Besonders vorteilhaft ist, wenn in einer entsprechenden Testanordnung die Anode und oder die Kathode austauschbar gestaltet sind. Vorzugsweise jeweils die Elektrode an welcher gerade nicht die Messsegmente angegeben sind. Hierdurch können verschiedene Elektroden mit ihren entsprechenden Kanalstrukturen getestet werden.Especially is advantageous if in a corresponding test arrangement the Anode and or the cathode are designed interchangeable. Preferably, respectively the electrode at which just not indicated the measuring segments are. This can be different Electrodes are tested with their corresponding channel structures.

Besonders vorteilhaft ist allerdings auch, wenn die Brennstoffzellenanordnung eine Mess- und/oder Regeleinrichtung aufweist. Hiermit ist es auch möglich eine Online-Selbstregelung für reguläre Brennstoffzellenanordnungen herzustellen, mit welcher die Brennstoffzellenanordnung jeweils in einem optimalen Bereich betrieben werden kann und vor allem Fehlfunktionen auch auf diese Weise mittelbar detektierbar sind.Especially However, it is also advantageous if the fuel cell arrangement having a measuring and / or regulating device. That's it too possible an online self-regulation for regular Produce fuel cell assemblies, with which the fuel cell assembly each can be operated in an optimal range and before All malfunctions can be indirectly detected in this way are.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass bei besonders breiten Kanälen und/oder breiten Stegen in den Kanalstrukturen diese Kanäle und/oder Stegbereiche durch mehrere zusammengefasste Segmente charakterisiert werden. So kann ein Kanal beispielsweise durch maximal 2 nebeneinanderliegende Segmente charakterisiert sein. Auf diese Weise erhält man eine ortsaufgelöste Messung im Querschnitt eines einzelnen Stegs/Kanals.A Particularly advantageous development provides that in particular wide channels and / or wide webs in the channel structures through these channels and / or web areas several summarized segments are characterized. So can a channel, for example, by a maximum of 2 adjacent segments be characterized. In this way one obtains a spatially resolved measurement in the cross section of a single web / channel.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sieht vor, dass in eine Isolierplatte (bzw. in ein Substrat) federnde Kontaktstifte eingepasst werden, auf die vorgefertigte Zwischenlagesegmente aufgesteckt werden. Dabei können die Segmente teilweise beweglich auf den Kontaktstiften angebracht werden, wobei sie Herstellungstoleranzen von alleine ausgleichen. Die Federkraft wird entsprechend der Anzahl der Segmente so bemessen, dass der gewünschte Anpressdruck eingestellt werden kann (50 ... 200 N/cm2). Es können auch Federkontaktstifte verwendet werden, die zugleich nach oben und unten Federkontakte besitzen und somit gleichzeitig die Leiterplatte unten ankontaktieren.A particularly advantageous development of the production method according to the invention provides that resilient contact pins are fitted into an insulating plate (or into a substrate), onto which prefabricated intermediate layer segments are plugged. In this case, the segments can be mounted partially movable on the contact pins, whereby they compensate for manufacturing tolerances alone. The spring force is calculated according to the number of segments so that the desired contact pressure can be set (50 ... 200 N / cm 2 ). It can also spring contact pins are used, which have at the same time up and down spring contacts and thus simultaneously contact the circuit board below.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen werden in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous developments are given in the remaining dependent claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:in the The invention will be explained with reference to several figures. It demonstrate:

1: einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung, 1 FIG. 2: a cross section of a fuel cell arrangement according to the invention,

2a bis 2d: verschiedene Herstellungsschritte einer erfindungsgemäßen Elektrode am Beispiel einer Kathode, 2a to 2d FIG. 2 shows various production steps of an electrode according to the invention using the example of a cathode, FIG.

3: ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Kathode, 3 : another example of a cathode according to the invention,

4: eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Zwischenlage und 4 : A plan view of an intermediate layer according to the invention and

5 und 6 weitere Ausführungsformen der erfingunsgemäßen Brennstoffzellenanordnung. 5 and 6 Further embodiments of the erfingunsgemäßen fuel cell assembly.

1 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung, welche als DMFC (Direktmethanolbrennstoffzelle) ausgeführt ist. Oberhalb einer Membraneinheit 2 ist eine Anode 3 angebracht mit einer Kanalstruktur 5. Zwischen der Kanalstruktur 5 und der Membraneinheit 2 ist eine anodenseitige Gasdiffusionslage angebracht. Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 1 geht es unter anderem darum, verschiedene Anodentypen mit unterschiedlichen Kanalstrukturen auszutesten bezüglich einer gleichmäßigen Medienzuführung über die gesamte Fläche. 1 shows the cross section of a fuel cell assembly according to the invention, which is designed as DMFC (direct methanol fuel cell). Above a membrane unit 2 is an anode 3 attached with a canal structure 5 , Zwi the channel structure 5 and the membrane unit 2 an anode-side gas diffusion layer is attached. In the fuel cell assembly according to the invention 1 Among other things, it is about testing different anode types with different channel structures with regard to a uniform media feed over the entire surface.

Hierzu ist die Anode 3 austauschbar in der Brennstoffzellenanordnung angeordnet. Eine luftbetriebene Kathode ist unterhalb der Membraneinheit 2 gezeigt.This is the anode 3 interchangeable disposed in the fuel cell assembly. An air driven cathode is below the membrane unit 2 shown.

Diese Kathode 4 weist eine Isolierplatte 16 aus einem Polymermaterial auf, welche elektrisch isolierend ist. Innerhalb dieser Isolierplatte ist eine Matrix von elektrisch leitfähigen Stiften 14 aus Metall angebracht. Diese Stifte sind jeweils einzeln mit einer Leiterplattenanordnung 15 elektrisch verbunden. Die Leiterplattenanordnung wiederum ist mit einer Mess- und/oder Regeleinrichtung verbunden zur Messung elektrischer Eigenschaften, insbesondere zur Messung einer elektrischen Spannung. Diese Mess- und/oder Regeleinrichtung ist andererseits auch mit der Membraneinheit 2 bzw. der Anode 3 verbunden. Hierdurch wird es möglich für jeden einzelnen Stift und für jedes mit diesem Stift verbundene Segment 7 für sich genommen elektrische Eigenschaften, beispielsweise einen Spannungsabfall zu messen. Dadurch, dass ein ganzes Feld von entsprechenden Segmenten vorgesehen ist, kann über eine große Fläche hinweg (im Wesentlichen über die gesamte elektrochemisch aktive Fläche der Kathode hinweg) die Feldverteilung einer bestimmten elektrischen Eigenschaft, beispielsweise des Spannungsabfalls, ermittelt werden und dies jeweils in Abhängigkeit von einer bestimmten gerade eingelegten Anode 3. Die Stifte (Kontaktstifte) sind in einen Isolator eingebettet, welcher Kanalstrukturen aufweist (dies kann ein Polymer, ein gefülltes Polymer oder ein Verbundwerkstoff, aber auch Glas oder Keramik sein). Hierdurch ist kathodenseitig eine Medienführung ermöglicht über relativ breite Kanäle 9. Damit nun nicht bedingt durch die Breite der Kanäle 9 eine zu geringe Anlagefläche an die Membraneinheit 2 und daher eine ineffiziente bzw. nicht aussagekräftige Kathode geschaffen wird, ist zwischen d er Oberseite der Kanalstruktur 6 bzw. den oberen Enden der Stifte 14 einerseits sowie der Membraneinheit 2 andererseits eine mediendurchlässige Zwischenlage 8 angebracht. Vorliegend ist diese mediendurchlässige Zwischenlage aus körperlich voneinander getrennten Zwischenlagesegmenten 10 aufgebaut (alternativ könnte die Zwischenlage auch als durchgehende Zwischenlage ausgeführt sein, welche zwischen einzelnen Zwischenlagesegmenten allerdings dann elektrisch isolierende Bereiche haben müsste).This cathode 4 has an insulating plate 16 of a polymer material which is electrically insulating. Within this insulating plate is a matrix of electrically conductive pins 14 made of metal. These pins are each individually with a printed circuit board assembly 15 electrically connected. The circuit board arrangement in turn is connected to a measuring and / or regulating device for measuring electrical properties, in particular for measuring an electrical voltage. On the other hand, this measuring and / or regulating device is also connected to the membrane unit 2 or the anode 3 connected. This makes it possible for every single pen and for each segment associated with that pen 7 taken by itself electrical properties, for example to measure a voltage drop. By providing an entire array of corresponding segments, the field distribution of a given electrical property, such as the voltage drop, can be determined over a large area (essentially over the entire electrochemically active area of the cathode), depending on a particular currently inserted anode 3 , The pins (contact pins) are embedded in an insulator having channel structures (this may be a polymer, a filled polymer or a composite, but also glass or ceramic). As a result, on the cathode side, a media guide allows relatively wide channels 9 , This is not conditional on the width of the channels 9 too little contact surface with the membrane unit 2 and therefore an inefficient or meaningless cathode is provided between the top of the channel structure 6 or the upper ends of the pins 14 on the one hand and the membrane unit 2 on the other hand, a media-permeable liner 8th appropriate. In the present case, this medially permeable intermediate layer is made up of physically separate intermediate layer segments 10 constructed (alternatively, the intermediate layer could also be designed as a continuous intermediate layer, which, however, would then have electrically insulating areas between individual intermediate layers segments).

Die Zwischenlagesegmente 10 bestehen aus Mikrokanal- bzw. Gitterstrukturen mit großem Öffnungsverhältnis, so dass sich (an der Kathode) der Sauerstoff gleichmäßig über das gesamte Segment verteilen kann und der entstehende Wasserdampf in die darunterliegenden Kanäle der Kanalstruktur (des eigentlichen Flow-Fields) abgeleitet werden kann.The interleaved segments 10 consist of Mikrokanal- or lattice structures with a large aperture ratio, so that (at the cathode), the oxygen can be distributed evenly over the entire segment and the resulting water vapor in the underlying channels of the channel structure (the actual flow field) can be derived.

Die in 1 gezeigte Brennstoffzellenanordnung ist lediglich beispielsweise zu verstehen. So kann die erfindungsgemäße Unterteilung in Segmente, welche elektrisch voneinander isoliert sind auch rein anodenseitig gegeben sein, um dann entsprechende Versuche, beispielsweise mit unterschiedlichen Kathoden durchzuführen. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, beidseitig (also bei Anode und Kathode) entsprechende Segmente vorzusehen.In the 1 shown fuel cell assembly is merely an example to understand. Thus, the subdivision according to the invention into segments which are electrically insulated from one another can also be given purely on the anode side in order to then carry out corresponding experiments, for example with different cathodes. Of course, it is also possible to provide corresponding segments on both sides (ie at the anode and cathode).

1 zeigt somit eine Brennstoffzellenanordnung 1, enthaltend eine Membraneinheit 2 mit einer einerseits der Membraneinheit angeordneten Anode 3 und einer andererseits der Membraneinheit angeordneten Kathode 4, wobei die Kathode und/oder die Anode jeweils eine Kanalstruktur 5 bzw. 6 zur flächigen Medienverteilung sowie Segmente 7 zum isolierten Messen elektrischer Eigenschaften in diesem Segmenten aufweisen. Die Kathode und/oder die Anode weisen zu der Membraneinheit hin über ihren Kanalstrukturen zumindest bereichsweise eine mediendurchlässige Zwischenlage 8 auf, wobei diese Zwischenlage Kanäle 9 der jeweiligen Kanalstruktur 6 zumindest bereichsweise überdeckt und die Zwischenlage 8 zu den Segmenten 7 korrespondierende Zwischenlagensegmente 10 aufweist, welche im Wesentlichen voneinander elektrisch isoliert sind. 1 thus shows a fuel cell assembly 1 containing a membrane unit 2 with an anode arranged on the one hand of the membrane unit 3 and a cathode disposed on the other side of the membrane unit 4 wherein the cathode and / or the anode each have a channel structure 5 respectively. 6 for the area-wide distribution of media as well as segments 7 for isolated measurement of electrical properties in these segments. The cathode and / or the anode have to the membrane unit through its channel structures at least partially a media-permeable intermediate layer 8th on, with these liner channels 9 the respective channel structure 6 at least partially covered and the intermediate layer 8th to the segments 7 corresponding liner segments 10 which are substantially electrically isolated from each other.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung ist in verschiedenen Größen darstellbar. Der elektrochemisch aktive Bereich weist hierbei vorzugsweise eine Fläche zwischen 4 und 400 cm2 auf. Die Kanalbreite der Kanäle 9 in den Kanalstrukturen 6 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 mm. Die Segmente 7 (bzw. Vorliegend die größte Ausdehnung der Zwischenlagensegmente 10, gemessen an den jeweils äußeren Kanten der Mikrokanalstrukturen 11) weisen jeweils Flächen zwischen 0,2 und 10 mm2, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm2 auf. Die Kanalbreiten der Mikrokanäle 12 der Mikrokanalstruktur 11 (s. insbesondere 2d, dort rechts) weisen jeweils Abmessungen von 20 bis 50 Mikrometer, vorzugsweise 20 bis 100 Mikrometer, auf.The fuel cell arrangement according to the invention can be represented in various sizes. The electrochemically active region preferably has an area between 4 and 400 cm 2 on. The channel width of the channels 9 in the channel structures 6 is preferably 0.5 to 5 mm. The segments 7 (or present the largest extension of the spacer segments 10 , measured at the respective outer edges of the microchannel structures 11 ) each have areas between 0.2 and 10 mm 2 , preferably 0.5 to 1.5 mm 2 . The channel widths of the microchannels 12 the microchannel structure 11 (See in particular 2d , there on the right) each have dimensions of 20 to 50 micrometers, preferably 20 to 100 micrometers.

Auch wenn die vorliegende 1 lediglich die Brennstoffzellenanordnung selbst in einem Querschnitt zeigt (es handelt sich hierbei um eine in der Draufsicht auf die Membraneinheit im Wesentlichen quadratische Brennstoffzellenanordnung, welche in einem orthogonalen Schnitt im Wesentlichen gleich aussieht), so ist doch auch ein sogenannter Versuchsstand teil der Erfindung. Ein solcher Versuchsstand enthält neben der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 1 einen Messaufbau zum Einlegen der Brennstoffzellenanordnung sowie eine mit Segmenten der eingelegten Brennstoffzellenanordnung verbindbare Auswerteeinheit.Even if the present 1 only the fuel cell arrangement itself in a cross-section shows (this is a fuel cell arrangement substantially square in plan view of the membrane unit, which essentially looks the same in an orthogonal section), but a so-called test stand is also part of the invention. Such a test stand contains in addition to the invention Brenn fuel cells arrangement 1 a measuring structure for inserting the fuel cell assembly and a connectable to segments of the inserted fuel cell array evaluation.

Im Folgenden wird beispielhaft eine Herstellungsmethode für die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung 1 gezeigt. Hierzu wird zunächst zur Herstellung einer ersten Elektrode, beispielsweise der in 1 gezeigten Kathode eine Metallplatte mit einem Array von Stiften 14 im Fußbereich der Metallstifte mit einer Isolierplatte 16 aus einer Polymerschicht versehen. Die Metallplatte wird anschließend auf der der Isolierplatte abweisenden Seite strukturiert und Verbindungen von einzelnen Stiften zu einer entsprechenden Leiterplattenanordnung (beispielsweise die in 1 gezeigte Leiterplattenanordnung 15) hergestellt. Die Stifte 14 ragen zur elektrischen Kontaktierung nach oben hin heraus und werden anschließend mit einer segmentierten Zwischenlage 8 (beispielsweise Mikrokanalstrukturen 11 mit darauf angeordneten Abschnitten von Gasdiffusionslagen) auf diese Stifte aufgebracht, z.B. mittels Kleben, Löten oder Schweißen. Nachfolgend wird eine Membraneinheit 2 sowie auf der der Membraneinheit abgewandten Seite der Kathode eine entsprechende Anode angebracht.The following is an example of a production method for the fuel cell assembly according to the invention 1 shown. For this purpose, first for producing a first electrode, for example, the in 1 shown cathode, a metal plate with an array of pins 14 in the foot area of the metal pins with an insulating plate 16 made of a polymer layer. The metal plate is then patterned on the insulating plate repellent side and connections from individual pins to a corresponding circuit board assembly (for example, the in 1 shown circuit board assembly 15 ) produced. The pencils 14 protrude upwards for electrical contacting and are subsequently provided with a segmented intermediate layer 8th (For example, microchannel structures 11 arranged thereon with portions of gas diffusion layers) applied to these pins, for example by gluing, soldering or welding. The following is a membrane unit 2 and attached to the side facing away from the membrane unit of the cathode, a corresponding anode.

Bei der soeben geschilderten Methode könnten die Stifte 14 bereichsweise freistehend sein (Pin-Finn-Array). Während des Herstellungsprozesses ist es allerdings auch möglich, diesem Bereich der Stifte in einem isolierenden Material einzugießen, um entsprechende Kanalstrukturen zu schaffen. Hierbei kann beispielsweise ein vollständiges Ausgießen den Raumes zwischen den Stiften vorgesehen werden und anschließend durch mechanische Bearbeitung oder Laserablation die Herstellung der entsprechenden Kanäle erfolgen. Bei kleineren Kanalhöhen (kleiner als 1 mm) kann auch ein Festresist auflaminiert werden und die Kanäle werden anschließend durch Fotostrukturierung erzeugt. Um eine ebene, saubere Oberfläche der Metallstifte 14 zu gewährleisten, wird die Oberfläche des gesamten Teils ggf. geschliffen und poliert. Der Abstand und das Raster der matrixförmig angeordneten Metallstifte 14 muss so gewählt werden, dass sich die Metallstifte immer nur im Bereich der Stege zwischen den Kanälen befinden, da sie sonst den Stofftransport in den Kanälen beeinflussen würden.In the just described method, the pins could 14 partially free-standing (Pin-Finn-Array). During the manufacturing process, however, it is also possible to pour this area of the pins in an insulating material to create appropriate channel structures. In this case, for example, a complete pouring the space between the pins can be provided and then carried out by mechanical processing or laser ablation, the production of the corresponding channels. For smaller channel heights (less than 1 mm), a solid resist can also be laminated on and the channels are subsequently produced by photo-structuring. To get a flat, clean surface of the metal pins 14 To ensure the surface of the entire part is possibly ground and polished. The distance and the grid of matrix-shaped metal pins 14 must be chosen so that the metal pins are always only in the area of the webs between the channels, as they would otherwise affect the mass transfer in the channels.

Der Herstellungsprozess ist nochmals in den 2a bis 2d veranschaulicht.The manufacturing process is again in the 2a to 2d illustrated.

2a zeigt hierbei rechtsseitig eine Draufsicht auf eine Isolierplatte 16 mit eingesteckten Stiften 14, welche bereits auf der Unterseite der Isolierplatte vereinzelt sind zur Anbindung an eine entsprechende Leiterplattenanordnung. 2a Here, on the right side, shows a plan view of an insulating plate 16 with inserted pins 14 , which are already isolated on the underside of the insulating plate for connection to a corresponding circuit board assembly.

2b zeigt die Anordnung aus 2a, wobei inzwischen Kanalstrukturen 6 mit Kanälen 9 hergestellt wurden durch Vergießen mit einem Polymer, z.B. Epoxidharz, die anschließende Strukturierung in den Zwischenräumen zwischen den Stiften erfolgte durch Laserablation. 2 B shows the arrangement 2a , meanwhile channel structures 6 with channels 9 were prepared by casting with a polymer, such as epoxy resin, the subsequent structuring in the spaces between the pins was done by laser ablation.

2c zeigt die Anordnung aus 2b, wobei im Wesentlichen quadratische Mikrokanalstrukturen 11 auf den Oberseiten der Stifte 14 aufgesetzt sind. Jeder Stift 14 entspricht einem einzelnen elektrischen Segment 7, welches unabhängig von den anderen Segmenten messbar ist. Die auf der Oberseite angebrachte quadratische Mikrokanalstruktur 11 ist elektrisch mit dem Stift 11 verbunden und selbst aus einem elektrisch leitfähigen und mediendurchlässigen Material. 2c shows the arrangement 2 B , wherein substantially square microchannel structures 11 on the tops of the pins 14 are set up. Every pin 14 corresponds to a single electrical segment 7 , which is measurable independently of the other segments. The top-mounted square microchannel structure 11 is electric with the pin 11 connected and even made of an electrically conductive and media-permeable material.

In 2d ist dann nochmals die Anordnung aus 2c gezeigt, wobei auf die Mikrokanalstruktur 11 jeweils eine Gasdiffusionslage mit einem entsprechenden quadratischen Abschnitt gelegt wurde (s. 2d, linksseitig). In 2d, rechtsseitig ist eine Mikrokanalstruktur 11 mit Mikrokanälen 12 gezeigt, welche an darunter liegende Stifte 14 jeweils sich anschließt.In 2d then again the arrangement is off 2c shown, pointing to the microchannel structure 11 each a gas diffusion layer was placed with a corresponding square section (s. 2d , left side). In 2d , right side is a microchannel structure 11 with microchannels 12 shown which to underlying pins 14 each followed.

Die in 2d gezeigten Gasdiffusionslagenabschnitte sind elektrisch leitfähig, zur Vermeidung von Kurzschlüssen und einem "Verschwimmen" des Messergebnisses wird daher die Gasdiffusionslage in die in 2d gezeigten Segmente geteilt. Die mechanische Steifigkeit eines einzelnen Segmentes ist üblicherweise aber zu gering um den durch die Stifte 14 vermittelten Anpressdruck gleichmäßig bis in die Mitte des Kanalbereichs zu verteilen. Daher sind die Mikrokanalstützstrukturen notwendig. Sie besitzen eine hohe me chanische Steifigkeit und gleichzeitig ein möglichst hohes Öffnungsverhältnis (Verhältnis der offenen Bereiche zwischen den Stegen zur Breite der Stege), damit der Transport der Recktanten nicht behindert wird.In the 2d shown gas diffusion layer sections are electrically conductive, to avoid short circuits and a "blurring" of the measurement result, therefore, the gas diffusion layer in the in 2d divided segments shown. However, the mechanical stiffness of a single segment is usually too small to pass through the pins 14 mediated contact pressure evenly distributed to the middle of the channel area. Therefore, the microchannel support structures are necessary. They have a high me chanical rigidity and at the same time the highest possible opening ratio (ratio of the open areas between the webs to the width of the webs), so that the transport of the reactants is not hindered.

Die Mikrokanalstruktur 11 (bzw. eine äquivalente Gitterstruktur) selbst kann zunächst auf einem zusammenhängenden Substrat erzeugt werden. Dies geschieht durch mechanische Bearbeitung, Laserstrukturierung oder ätzen einer dünneren Metallplatte (etwa 100–500 Mikrometer). Die Herstellung kann auch durch galvanische Abscheidung erzielt werden. Es entsteht eine Gitterstruktur mit hohem Öffnungsverhältnis und hoher Steifigkeit. Um eine notwendige Steifigkeit zu erzielen spielt neben der Wahl des Metalls bzw. der Legierung das Verhältnis von Dicke zu den Außenabmessungen (Abstand zwischen zwei Kanälen 12, Länge der Kanäle bzw. Länge des Segments) eine entscheidende Rolle.The microchannel structure 11 (or an equivalent lattice structure) itself can first be generated on a contiguous substrate. This is done by mechanical processing, laser structuring or etching a thinner metal plate (about 100-500 microns). The production can also be achieved by electrodeposition. The result is a grid structure with a high aperture ratio and high rigidity. In order to achieve a necessary rigidity, in addition to the choice of metal or alloy, the ratio of thickness to external dimensions (distance between two channels) also plays a role 12 , Length of the channels or length of the segment) a crucial role.

Anschließend wird die Mikrokanalstruktur 11 mit den Metallstiften 14 durch Löten, Punktschweißen oder elektrisch leitfähiges Kleben verbunden. Anschließend kann die Ebenheit der Mikrokanalstruktur über prüft und eventuell durch Nachbearbeitung verbessert werden. Die Trennung zwischen den einzelnen Segmenten erfolgt nun mittels mechanischer Bearbeitung (Sägen mit dünnem Sägeblatt) oder durch Laserbearbeitung.Subsequently, the microchannel structure 11 with the metal pins 14 by soldering, spot welding ßen or electrically conductive bonding connected. Subsequently, the flatness of the micro-channel structure can be checked and possibly improved by post-processing. The separation between the individual segments now takes place by means of mechanical processing (sawing with a thin saw blade) or by laser processing.

Auf diese Weise wird ein sehr geringer Abstand zwischen den einzelnen Segmenten gewährleistet. Um Korrosion zu verhindern, wird die gesamte Metallstruktur mit einem Edelmetall (vorzugsweise Gold) oder anderweitig (etwa mit leitfähigen Polymeren) beschichtet. Das dazu verwendete Material muss in der Brennstoffzelle korrosionsstabil sein und sollte einen geringen Kontaktwiderstand besitzen.On This way, there will be a very small distance between each one Segments guaranteed. To prevent corrosion, the entire metal structure with a precious metal (preferably gold) or otherwise (such as with conductive Polymers) coated. The material used must be in the Fuel cell should be corrosion resistant and should have a low contact resistance have.

Die abschnittsweise Gasdiffusionslage, welche in 2d auf den Mikrokanalstrukturen 11 aufgebracht ist, kann zum Beispiel in der Mitte eines Segmentes mit einem Klebepunkt angeklebt werden (dies ist in 2d, rechtsseitig angedeutet). Sind die Gitterstrukturen der Mikrokanalstruktur 11 ausreichend klein (10–200 Mikrometer) kann auf entsprechende Gasdiffusionslagensegmente auch verzichtet werden. Die Gasdiffusionslage kann aber auch zunächst gansflächig aufgebracht werden und dann zwischen den einzelnen Segmenten getrennt werden (beispielsweise durch Sägen oder Lasern).The sections of gas diffusion layer, which in 2d on the microchannel structures 11 is applied, for example, can be glued in the middle of a segment with a glue point (this is in 2d , indicated on the right). Are the lattice structures of the microchannel structure 11 sufficiently small (10-200 microns) can be dispensed with corresponding gas diffusion layer segments also. However, the gas diffusion layer can also first be applied across the gingiva and then separated between the individual segments (for example by sawing or laser cutting).

Neben der hier gezeigten beispielhaften Anordnung sind auch Beispiele für kleinere Abmessungen erfindungsgemäß gegeben.Next The exemplary arrangement shown here are also examples for smaller ones Given dimensions according to the invention.

Zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung mit kleineren Abmessungen wird beispielsweise auf einem Substrat (Silizium-Wafer, Glas, Metall, Keramik) eine Trenn- bzw. Opferschicht aufgebracht (durch Schleudern bzw. Sprühen). Auf dieser Schicht wird eine ganzflächige Metallschicht aufgebracht (durch Sputtern bzw. Glavanik). Anschließend wird eine Substratfolie (diese würde in 1 der Isolierplatte 16 entsprechen) erzeugt, indem eine Polymerfolie auflaminiert wird oder ein Polymerprecursor aufgeschleudert und ausgehärtet wird. Beispielsweise wird eine Folie aus Kapton® (eingetragene Marke von Dupont) verwendet oder es wird ein generisches Polyimid aufgeschleudert. Dann werden matrixförmig öffnungen für Durchkontaktierungen hergestellt. Kapton kann zum Beispiel durch Laserapplation oder reaktives Ionen-Ätzen (RIE) strukturiert werden. Fotoempfindliches Polyimid wird stattdessen belichtet, entwickelt und ausgehärtet. Mit Hilfe der unteren ganzflächigen Metallisierung wird dann durch galvanische Abscheidung eine metallische Durchkontaktierung von der Unterseite zur Oberseite der Folie hergestellt. Im nächsten Schritt wird eine Dicke fotoempfindliche Lackmaske aufgebracht, belichtet und entwickelt und galvanisch die Stifte bzw. "Stud Bumps" 14 hergestellt. Kurz bevor die Metallabscheidung die Oberfläche des Resist erreicht wird ein zweiter Fotolack aufgebracht, belichtet und entwickelt und die Mikrokanalstruktur 11 (s. beispielsweise 2d) galvanisch hergestellt. Anschließend werden der obere und der untere Resist entfernt (Lack "strippen"). Die Metallstrukturen werden mittels RIE von Polymerresten befreit und galvanisch mit einer Korrosionsbeständigen Schicht (vorzugsweise Gold) beschichtet.For producing a fuel cell arrangement with smaller dimensions, for example, a separating or sacrificial layer is applied to a substrate (silicon wafer, glass, metal, ceramic) (by spinning or spraying). On this layer, a full-surface metal layer is applied (by sputtering or Glavanik). Subsequently, a substrate film (this would be in 1 the insulating plate 16 correspond) is produced by laminating a polymer film or a spin-on a polymer precursor and cured. For example, a sheet of Kapton ® (registered trademark of DuPont) is used, or is spun on a generic polyimide. Then matrix-shaped openings for plated-through holes are produced. For example, Kapton can be patterned by laser or reactive ion etching (RIE). Photosensitive polyimide is instead exposed, developed and cured. With the help of the lower full-area metallization, a metallic plated-through hole is then produced by galvanic deposition from the lower side to the upper side of the foil. In the next step, a thickness photosensitive resist mask is applied, exposed and developed and galvanically the studs or "stud bumps" 14 produced. Just before the metal deposition reaches the surface of the resist, a second photoresist is applied, exposed and developed, and the microchannel structure 11 (see, for example 2d ) galvanically produced. Subsequently, the upper and the lower resist are removed (paint "stripping"). The metal structures are freed of polymer residues by means of RIE and galvanically coated with a corrosion-resistant layer (preferably gold).

Zum Schluss wird die Isolierplatte/Substratfolie vom Trägersubstrat entfernt, indem die Opferschicht aufgelöst wird und die durchgängige Metallschicht (Plating base) wird durch Ätzen entfernt. Auf diese Weise kann das Rastermaß der Segmente 100 Mikrometer oder noch kleiner betragen. Man erzielt also eine sehr hohe Auflösung und kann insbesondere Mikrobrennstoffzellen, die mit Mikrosystemtechnik hergestellt werden, entsprechenden Testprozeduren für geeignete Anoden bzw. Kathoden unterziehen, oder bei größeren Brennstoffzellen eine sehr hohe Ortsauflösung, beispielsweise einzelner Kanäle/Stege erzielen.Finally, the insulating plate / substrate film is removed from the carrier substrate by dissolving the sacrificial layer and the plating base is removed by etching. In this way, the pitch of the segments 100 Microns or even smaller. Thus, a very high resolution is achieved and, in particular, micro-fuel cells which are produced using microsystem technology can undergo corresponding test procedures for suitable anodes or cathodes, or achieve a very high spatial resolution, for example individual channels / bridges, in the case of larger fuel cells.

Hauptanwendungsbeispiele für Messungen mit erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnungen betreffen DMFC bzw. PEM.Main Applications for measurements with Fuel cell assemblies according to the invention affect DMFC or PEM.

Eine erfindungsgemäße Kanalstruktur wird vorzugsweise als Kathode eingesetzt. So entsteht ein einfacher Gesamtaufbau, da die segmentierte Anordnung nicht abgedichtet werden muss.A Channel structure according to the invention is preferably used as a cathode. This creates a simpler Overall construction, as the segmented arrangement is not sealed got to.

Bei DMFC wird die segmentierte Kanalstruktur als Kathodenseite genutzt um definiert Sauerstoff bzw. Luft zuzuführen. Auf der Anodenseite können nun schnell verschiedene Kanalgeometrien erprobt werden, die bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine homogene Stromdichte erzielen. Es können außerdem Rückschlüsse auf den zwei Phasen Transport (Transport von Kohlendioxidblasen) ermittelt werden.at DMFC uses the segmented channel structure as the cathode side to supply defined oxygen or air. On the anode side can now quickly different channel geometries are tested, the at different Operating conditions achieve a homogeneous current density. It can also draw conclusions the two phases transport (transport of carbon dioxide bubbles) determined become.

Bei der PEM wird die segmentierte Kanalstruktur vorzugsweise für den Wasserstofftransport genutzt. Auf der Kathodenseite werden unterschiedliche Kanalgeometrien erprobt um eine Optimierung für den Sauerstoff- bzw. Wassertransport zu finden.at PEM, the segmented channel structure is preferably used for hydrogen transport. On the cathode side different channel geometries are tested an optimization for to find the oxygen or water transport.

Sollen Brennstoffzellen untersucht werden, während Sauerstoffzufuhr durch natürliche Konvektion der Umgebungsluft erfolgt, so kann eine offene Struktur an der Kathode verwendet werden.Should Fuel cells are examined while oxygen is passing through natural Convection of the ambient air takes place, so can an open structure be used at the cathode.

4 zeigt in Abweichung zu der in 1 gezeigten Zwischenlage eine Draufsicht einer Zwischenlage, welche einerseits mediendurchlässig ist, andererseits aber zwischen einzelnen Zwischenlagensegmenten 10 isolierende Bereiche aufweist. Hierdurch wird ein lateraler Strom zwischen den benachbarten Segmenten vermieden hierdurch wird eine deutlich verbesserte Signaltrennung zwischen einzelnen Segmenten erreicht. 4 shows in deviation to the in 1 shown intermediate layer, a plan view of an intermediate layer, which is on the one hand media permeable, but on the other hand between individual spacer layers 10 has insulating regions. As a result, a lateral current between the be adjacent segments avoided thereby a significantly improved signal separation between individual segments is achieved.

5 betrifft eine spezielle Ausführungsform, welche breitere Kanäle 9 und/oder breitere Stege der Kanalstruktur aufweist. Hier ist beispielsweise in 5, links oben, gezeigt, dass dort Zwischenalgensegmente zu Untereinheiten zusammengefasst werden. 5 relates to a specific embodiment, which broader channels 9 and / or wider webs of the channel structure. Here is for example in 5 , top left, shown that inter alia segments are grouped into subunits.

6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher federnde Stifte 21 in die eigentlichen Kontaktstifte 14 eingebaut sind. Im Gegensatz zu den beispielsweise in 5 gezeigte, im Wesentlichen in Längsrichtung starren, Kontaktstiften, sind diese in Höhenrichtung (also zur Membraneinheit hin) im Wesentlichen "selbstausgleichend". Auf die entsprechenden Stifte können außerdem vorgefertigte Zwischenlagensegmente aufgesteckt werden. 6 shows an embodiment in which resilient pins 21 in the actual contact pins 14 are installed. Unlike the example in 5 shown, substantially rigid in the longitudinal direction, contact pins, these are in the height direction (ie towards the membrane unit back) essentially "self-balancing". Prefabricated spacer segments can also be attached to the corresponding pins.

Claims (21)

Brennstoffzellenanordnung (1), enthaltend eine Membraneinheit (2) mit einer einerseits der Membraneinheit angeordneten Anode (3) und einer andererseits der Membraneinheit angeordneten Kathode (4), wobei die Kathode und/oder die Anode jeweils eine Kanalstruktur (5, 6) zur flächigen Medienverteilung sowie Segmente (7) zum isolierten Messen elektrischer Eigenschaften in diesen Segmenten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (4) und/oder die Anode (3) zu der Membraneinheit hin über ihren Kanalstrukturen zumindest bereichsweise eine mediendurchlässige Zwischenlage (8) aufweisen, wobei diese Zwischenlage Kanäle (9) der jeweiligen Kanalstruktur (6) zumindest bereichsweise überdeckt und die Zwischenlage (8) zu den Segmenten (7) korrespondierende Zwischenlagensegmente (10) aufweist, welche im Wesentlichen voneinander elektrisch isoliert sind.Fuel cell assembly ( 1 ) containing a membrane unit ( 2 ) with an anode arranged on the one hand of the membrane unit ( 3 ) and on the other hand the membrane unit arranged cathode ( 4 ), wherein the cathode and / or the anode each have a channel structure ( 5 . 6 ) for the areal media distribution as well as segments ( 7 ) for the isolated measurement of electrical properties in these segments, characterized in that the cathode ( 4 ) and / or the anode ( 3 ) to the membrane unit over its channel structures at least partially a media-permeable intermediate layer ( 8th ), said intermediate layer channels ( 9 ) of the respective channel structure ( 6 ) at least partially covered and the intermediate layer ( 8th ) to the segments ( 7 ) corresponding spacer segments ( 10 ), which are substantially electrically isolated from each other. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (8) als durchgehende Zwischenlage ausgeführt ist, welche zwischen einzelnen Zwischenlagesegmenten (10) elektrisch isolierende Bereiche aufweist.Fuel cell arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) is designed as a continuous intermediate layer, which between individual intermediate layer segments ( 10 ) has electrically insulating regions. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (8) aus körperlich voneinander getrennten Zwischenlagensegmenten aufgebaut ist.Fuel cell arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) is constructed of physically separate spacer segments. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagensegmente (10) zur Membraneinheit hin, aber nicht zwangsweise an diese angrenzend eine Mikrokanalstruktur (11) aufweisen.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer segments ( 10 ) to, but not necessarily adjacent to, a microchannel structure ( 11 ) exhibit. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbreite von Mikrokanälen (12) der Mikrokanalstruktur jeweils 20 bis 500 Mikrometer, vorzugsweise 20 bis 100 Mikrometer, beträgt.Fuel cell arrangement according to claim 4, characterized in that the channel width of microchannels ( 12 ) of the microchannel structure is 20 to 500 micrometers, preferably 20 to 100 micrometers. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (8) zur Membraneinheit (2) hin unmittelbar angrenzend eine zu den Segmenten (7) korrespondierend segmentierte Gasdiffusionslage (13) aufweist.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) to the membrane unit ( 2 ) immediately adjacent one to the segments ( 7 ) correspondingly segmented gas diffusion layer ( 13 ) having. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (7) der Anode (3) und/oder der Kathode (4) Stifte (14) zur elektrischen Verbindung mit einer zugeordneten Leiterplattenanordnung aufweisen.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the segments ( 7 ) of the anode ( 3 ) and / or the cathode ( 4 ) Pencils ( 14 ) for electrical connection to an associated circuit board assembly. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (14) von Anode (3) und/oder Kathode (4) in einer jeweiligen Isolierplatte (16) angeordnet sind.Fuel cell arrangement according to claim 7, characterized in that the pins ( 14 ) of anode ( 3 ) and / or cathode ( 4 ) in a respective insulating plate ( 16 ) are arranged. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (14) eingebettet sind in isolierende Stege des Flowfields bzw. der Kanalstrukturen (6).Fuel cell arrangement according to one of claims 7 or 8, characterized in that the pins ( 14 ) are embedded in insulating webs of the flow field or the channel structures ( 6 ). Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (14) freistehend sind.Fuel cell arrangement according to one of claims 7 or 8, characterized in that the pins ( 14 ) are freestanding. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Segmente (7) von Anode (3) und/oder Kathode (4) jeweils Flächen zwischen 0,2 und 10 mm2, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm2 aufweisen.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, that the segments ( 7 ) of anode ( 3 ) and / or cathode ( 4 ) each have surfaces between 0.2 and 10 mm 2 , preferably 0.5 to 1.5 mm 2 . Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbreite der Kanäle (9) in den Kanalstrukturen (6) 0,5 bis 5 mm beträgt.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the channel width of the channels ( 9 ) in the channel structures ( 6 ) Is 0.5 to 5 mm. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Direktmethanolbrennstoffzelle, eine mit gasförmigem Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle oder eine andere Brennstoffzelle ist.Fuel cell assembly according to one of the preceding Claims, characterized in that it comprises a direct methanol fuel cell, a with gaseous Hydrogen fuel cell or other fuel cell is. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass diese im elektrochemisch aktiven Bereich eine Fläche zwischen 4 und 400 cm2 aufweist.Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it has an area between 4 and 400 cm 2 in the electrochemically active region. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (3) und/oder die Kathode (4) austauschbar gestaltet ist [wenn beispielsweise in einer Testanordnung unterschiedliche Kanalstrukturen auf der der "Messseite" entgegengesetzten Seite ermittelt werden sollen, ist dies sinnvoll].Fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the anode ( 3 ) and / or the cathode ( 4 ) is designed to be interchangeable [if, for example, in a test arrangement different channel structures this is useful on the side opposite to the "measurement page". Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mess- und/oder Regeleinrichtung aufweist.Fuel cell assembly according to one of the preceding Claims, characterized in that this is a measuring and / or regulating device having. Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei breiten Kanälen und/oder breiten Stegen in den Kanalstrukturen diese Kanäle und/oder Stegbereiche durch mehrere zusammengefasste Segmente charakterisiert werden.Fuel cell assembly according to one of the preceding Claims, characterized in that at wide channels and / or wide webs in the channel structures these channels and / or web areas characterized by a plurality of combined segments become. Versuchsstand, enthaltend eine Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen Messaufbau zum Einlegen der Brennstoffzellenanordnung sowie eine mit Segmenten der eingelegten Brennstoffzellenanordnung verbindbare Auswerteeinheit ausweist.Test stand containing a fuel cell assembly according to one of the preceding claims, which has a measuring structure for inserting the fuel cell assembly and one with segments the inserted fuel cell assembly connectable evaluation identifies. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zunächst zur Herstellung einer Anode (3) oder Kathode (4) eine Metallplatte mit einem Array von Stiften (14) im Fußbereich der Metallstifte mit einer Isolierplatte (16) versehen wird und die Metallplatte anschließend auf der der Isolierplatte abweisenden Seite strukturiert wird und Verbindungen von einzelnen Stiften zu einer entsprechenden Leiterplattenanordnung (15) hergestellt werden, so dass die Sifte (14) nach oben hin zur elektrischen Kontaktierung herausragen und anschließend eine segmentierte Zwischenlage (8) auf diese Stifte aufgebracht wird sowie nachfolgend eine Membraneinheit (2) und auf der der Membraneinheit gegenüberliegenden Seite eine ergänzende Kathode (4) oder Anode (3) angebracht wird.Method for producing a fuel cell arrangement according to one of the preceding claims, wherein initially for producing an anode ( 3 ) or cathode ( 4 ) a metal plate with an array of pins ( 14 ) in the foot region of the metal pins with an insulating plate ( 16 ) and the metal plate is then patterned on the side facing away from the insulating plate and connections from individual pins to a corresponding printed circuit board assembly ( 15 ), so that the pens ( 14 ) protrude upward for electrical contacting and then a segmented intermediate layer ( 8th ) is applied to these pins and subsequently a membrane unit ( 2 ) and on the opposite side of the membrane unit a supplementary cathode ( 4 ) or anode ( 3 ) is attached. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Herstellung der Anode (3) oder Kathode (4) die Stifte in eine Kanalstruktur aus isolierendem Material eingegossen werden.A method according to claim 19, characterized in that during production of the anode ( 3 ) or cathode ( 4 ) the pins are poured into a channel structure made of insulating material. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Isolierplatte (16) federnde Stifte (21) eingepasst werden, auf die vorgefertigte Zwischenlagensegmente aufgesteckt werden.A method according to claim 19, characterized in that in an insulating ( 16 ) resilient pins ( 21 ) are fitted on the prefabricated spacer segments are plugged.
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