DE102008005502A1 - Fuel cell, in particular for arrangement in a fuel cell stack and fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle (1), insbesondere zur Anordnung in einem Brennstoffzellenstapel, mit einer ersten Bipolarplatte (2) und einer zweiten Bipolarplatte (3) und mit einer Membran-Elektroden-Anordnung (4), die zwischen den zwei planparallel zueinander angeordneten Bipolarplatten (2, 3) angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Bipolarplatte (2) und der Membran-Elektroden-Anordnung (4) ein Anodenströmungsfeld (F1) und zwischen der zweiten Bipolarplatte (3) und der Membran-Elektroden-Anordnung (4) ein Kathodenströmungsfeld (F1) durch in die erste Bipolarplatte (2) bzw. in die zweite Bipolarplatte (3) eingebrachte Kanalstrukturen mit Anodenkanälen (K1) bzw. Kathodenkanälen (K2) gebildet ist, und wobei die Membran-Elektroden-Anordnung (4) mindestens eine Öffnung (8) umfasst, die strömungsausgangsseitig des Anodenströmungsfelds (F1) von diesem einen Teil des Anodenabgases strömungseingangsseitig in das Kathodenströmungsfeld (F2) in ein Kathodengas einführt. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Öffnung (8) mindestens ein Zuschaltelement (9) angeordnet, das die Abführung des Teiles des Anodenabgases in das Kathodengas steuert.The invention relates to a fuel cell (1), in particular for arrangement in a fuel cell stack, with a first bipolar plate (2) and a second bipolar plate (3) and with a membrane-electrode arrangement (4) between the two bipolar plates arranged plane-parallel to one another (2, 3), wherein between the first bipolar plate (2) and the membrane electrode assembly (4) an anode flow field (F1) and between the second bipolar plate (3) and the membrane electrode assembly (4) Cathode flow field (F1) by in the first bipolar plate (2) and in the second bipolar plate (3) introduced channel structures with anode channels (K1) and cathode channels (K2) is formed, and wherein the membrane-electrode assembly (4) at least one Opening (8), the flow-side of the anode flow field (F1) from this part of the anode exhaust gas on the inlet side introduces into the cathode flow field (F2) in a cathode gas. According to the invention, at least one connection element (9) is arranged in the region of the opening (8), which controls the discharge of the part of the anode exhaust gas into the cathode gas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, insbesondere zur Anordnung in einem Brennstoffzellenstapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Brennstoffzellenstapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.The The invention relates to a fuel cell, in particular for the arrangement in a fuel cell stack according to the preamble of claim 1 and a fuel cell stack according to the The preamble of claim 13.

Ein Brennstoffzellenstapel (auch kurz Stack genannt) besteht aus mehreren, elektrisch in Serie geschalteten, planparallel übereinander gestapelt angeordneten Brennstoffzellen. Jede Brennstoffzelle weist eine Anode, eine Kathode und einen dazwischen angeordneten Elektrolyt auf, beispielsweise in Form einer Polymer-Elektrolyt-Membran (kurz PEM bezeichnet), die zusammen eine Membran-Elektroden-Anordnung (kurz MEA bezeichnet) bilden. Zwischen den im Brennstoffzellenstapel benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen ist jeweils eine Bipolarplatte (auch Bipolar-Separatorplatteneinheit genannt) angeordnet. Die Bipolarplatte dient dabei der Beabstandung benachbarter Membran-Elektroden-Anordnungen, dem Verteilen von Reaktionsstoffen für die Brennstoffzelle wie Brennstoff und Oxidator über die angrenzenden Membran-Elektroden-Anordnungen und dem Abführen der Reaktionsstoffe in hierfür vorgesehenen, jeweils zu den Membran-Elektroden-Anordnungen hin offenen Kanälen, der Abfuhr der Reaktionswärme über ein in separaten Kühlmittelkanälen geführtes Kühlmittel sowie der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Anode und der Kathode von benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen.One Fuel cell stack (also called stack for short) consists of several, electrically connected in series, plane-parallel one above the other Stacked arranged fuel cells. Each fuel cell points an anode, a cathode and an electrolyte therebetween on, for example in the form of a polymer electrolyte membrane (short PEM), which together form a membrane-electrode assembly (MEA short) form. Between those in the fuel cell stack adjacent membrane electrode assemblies are each a bipolar plate (also called bipolar separator plate unit) arranged. The bipolar plate serves the spacing of adjacent membrane electrode assemblies, distributing reactants for the fuel cell such as fuel and oxidizer via the adjacent membrane-electrode assemblies and the removal of the reactants in this provided, respectively to the membrane-electrode assemblies out open channels, the removal of the heat of reaction via a guided in separate coolant channels Coolant and the production of an electrical connection between the anode and the cathode of adjacent membrane-electrode assemblies.

Als Reaktionsstoffe werden ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel eingesetzt. Meist werden gasförmige Reaktionsstoffe (kurz: Reaktionsgase) eingesetzt, z. B. Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltenes Gas (z. B. Reformatgas) als Brennstoff und Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltenes Gas (z. B. Luft) als Oxidationsmittel. Unter Reaktionsstoffe werden alle an der elektrochemischen Reaktion beteiligten Stoffe verstanden, einschließlich der Reaktionsprodukte, wie z. B. Wasser.When Reactants are a fuel and an oxidant used. Most gaseous reactants (in short: reaction gases) are used, z. B. hydrogen or a hydrogen-containing gas (eg, reformate gas) as fuel and oxygen or an oxygen-containing gas (eg. As air) as an oxidizing agent. Under Reactants are all understood substances involved in the electrochemical reaction, including the reaction products, such as. B. water.

Die jeweilige Bipolarplatte besteht beispielsweise aus zwei planparallel miteinander verbundenen Formteilen, insbesondere Platten – einer ersten Platte zur Verbindung mit der Anode der einen Membran-Elektroden-Anordnung und einer zweiten Platte zur Verbindung mit der Kathode einer anderen Membran-Elektroden-Anordnung. An der der einen Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Oberfläche der ersten Platte sind dabei Anodenkanäle zur Verteilung eines Brennstoffs entlang der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet, wobei an der der anderen Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Oberfläche der zweiten Platte Kathodenkanäle zur Verteilung des Oxidators über diese Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet sind. Die Kathodenkanäle und die Anodenkanäle haben keine Verbindung miteinander.The respective bipolar plate consists for example of two plane-parallel interconnected moldings, in particular plates - one first plate for connection to the anode of a membrane-electrode assembly and a second plate for connection to the cathode of another The membrane electrode assembly. At the one membrane electrode assembly facing surface of the first plate are anode channels for distributing a fuel along the membrane-electrode assembly arranged on the other of the membrane electrode assembly facing surface of the second plate cathode channels for distributing the oxidizer via this membrane-electrode assembly are arranged. The cathode channels and the anode channels have no connection with each other.

Die Kathoden- und Anodenkanäle werden dabei von durch Erhebungen voneinander getrennten Vertiefungen auf den jeweils den Membran-Elektroden-Anordnungen zugewandten Oberflächen der ersten und zweiten Platte gebildet. Die erste und zweite Platte sind vorzugsweise geformt, insbesondere hohl geprägt. Die Erhebungen und Vertiefungen werden beispielsweise diskontinuierlich durch Formrecken, Tiefziehen, Fließpressen oder dergleichen, oder kontinuierlich durch Walzen oder Ziehen hergestellt. Je nach Ausbildung der beiden Platten können diese auf der von der Membran-Elektroden-Anordnung abgewandten Seite wiederum Kathoden- bzw. Anodenkanäle einer angrenzenden weiteren Brennstoffzelle aufweisen. In diesem Fall ist die jeweilige Bipolarplatte aus einem Formteil mit beidseitig eingebrachten Kanalstrukturen und somit als eine Platte ausgeführt. Auch können die Platten Kühlmittelkanäle zur Durchleitung von Kühlmittel aufweisen.The Cathode and anode channels are thereby by surveys mutually separate recesses on each of the membrane-electrode assemblies facing surfaces of the first and second plates formed. The first and second plates are preferably shaped, in particular hollow embossed. The surveys and depressions, for example discontinuous by forming, deep drawing, extrusion or the like, or produced continuously by rolling or drawing. Depending on the design of the two plates, these can the side facing away from the membrane-electrode assembly side again Cathode or anode channels of an adjacent another Have fuel cell. In this case, the respective bipolar plate from a molded part with channel structures introduced on both sides and thus executed as a plate. Also can the plates coolant channels for passage of coolant.

Bestimmte Brennstoffzellen benötigen darüber hinaus einen gewissen Wassergehalt, um eine ausreichende Ionenleitfähigkeit aufzuweisen. Dies trifft insbesondere auf Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen zu, die aus fluorierten Sulfonsäuren basierende Materialien bestehen, wie z. B. Nafion.Certain Fuel cells also need a certain water content, to ensure adequate ionic conductivity exhibit. This is especially true for polymer electrolyte membrane fuel cells to, fluorinated sulfonic acid based materials exist, such. Nafion.

Ferner ist es insbesondere unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie beispielsweise bei einem Kaltstart oder bei einem Betrieb bei niedrigen Temperaturen oder niedriger Leistung oder bei teilweiser Befeuchtung des Kathodengases erforderlich, die Brennstoffzelle zu erwärmen. Hierzu ist es bekannt, überschüssiges Anodenabgas, welches beispielsweise aufgrund der nicht homogenen Verteilung des Wasserstoffs auf der Membran im Anodenabgas enthalten ist, dem Kathodengas zuzuführen, um eine Verbrennung entweder in den Anodenkanälen oder in den Kathodenkanälen vorzusehen.Further it is especially under certain operating conditions, such as during a cold start or during operation at low temperatures or low power or partial moistening of the cathode gas required to heat the fuel cell. This is It is known, excess anode exhaust gas which for example due to the non-homogeneous distribution of the hydrogen contained on the membrane in the anode exhaust gas to supply the cathode gas, to burn either in the anode channels or in provide the cathode channels.

Aus der DE 10 2005 045 319 A1 ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das eine Strömung von Anodenabgas in die Kathodenseite der Brennstoffzelle vorsieht, ohne dass zugelassen wird, dass sich die Anodenabgasströmung und die Kathodeneingangsströmung in einem großen Volumen mischen können. Dazu sind Durchbrechungen als Gruppierung kleiner Löcher in der Membran-Elektroden-Anordnung vorgesehen. Dabei sieht das dort offenbarte Brennstoffzellensystem vor, die Anodenstöchiometrie zu steuern und die Durchbrechungen entsprechend begrenzt auszuführen, um zu steuern, wie viel Anodenabgas in das Kathodengas strömt.From the DE 10 2005 045 319 A1 For example, a fuel cell system is known that provides a flow of anode exhaust gas into the cathode side of the fuel cell without allowing the anode exhaust gas flow and the cathode input flow to mix in a large volume. For this purpose, openings are provided as a grouping of small holes in the membrane electrode assembly. The fuel cell system disclosed therein provides for controlling the anode stoichiometry and correspondingly limiting the apertures to control how much anode exhaust gas flows into the cathode gas.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzelle anzugeben, die eine einfache Anodenabgasabführung ermöglicht. Darüber hinaus ist ein verbesserter Brennstoffzellenstapel anzugeben.The invention is therefore based on the object to provide a fuel cell, the one multiple anode exhaust gas removal allows. In addition, an improved fuel cell stack is to be specified.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 bzw. die im Anspruch 13 angegebenen Merkmale.The The object is achieved by in the claim 1 and the features specified in claim 13.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Brennstoffzelle umfasst eine erste Bipolarplatte und eine zweite Bipolarplatte und eine Membran-Elektroden-Anordnung, die zwischen den zwei planparallel zueinander angeordneten Bipolarplatten angeordnet ist. Dabei ist zwischen der ersten Bipolarplatte und der Membran-Elektroden-Anordnung ein Anodenströmungsfeld und zwischen der zweiten Bipolarplatte und der Membran-Elektroden-Anordnung ein Kathodenströmungsfeld durch in die erste Bipolarplatte bzw. in die zweite Bipolarplatte eingebrachte Kanalstrukturen mit Anodenkanälen bzw. Kathodenkanälen gebildet. Zur Nutzung des im Anodenabgas vorhandenen nicht umgesetzten Wasserstoffs umfasst die Membran-Elektroden-Anordnung mindestens eine Öffnung, die strömungsausgangsseitig des Anodenströmungsfelds von diesem ein Teil eines Anodenabgases strömungseingangsseitig in das Kathodenströmungsfeld in ein Kathodengas einführt. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Öffnung mindestens ein Zuschaltelement angeordnet, das die Abführung des Anodenabgases in das Kathodengas steuert.The Fuel cell comprises a first bipolar plate and a second Bipolar plate and a membrane electrode assembly between arranged the two plane-parallel arranged bipolar plates is. It is between the first bipolar plate and the membrane-electrode assembly an anode flow field and between the second bipolar plate and the membrane-electrode assembly, a cathode flow field through into the first bipolar plate or into the second bipolar plate introduced channel structures with anode channels or cathode channels educated. To use the unreacted in the anode exhaust gas Hydrogen includes the membrane-electrode assembly at least an opening, the flow exit side of the Anodenströmungsfelds of this part of an anode exhaust gas flow side into the cathode flow field into a cathode gas. According to the invention at least one switching element is arranged in the region of the opening, this is the removal of the anode exhaust gas into the cathode gas controls.

Durch die Integration eines Zuschaltelements im Bereich der Öffnung zur Abführung des Anodenabgases in das Kathodengas ist eine gezielte Steuerung der Zufuhr von Wasserstoff in das Kathodengas, insbesondere Luft ermöglicht, um eine daraus resultierende katalytische Verbrennung zu begrenzen. Insbesondere ist es möglich, über eine derartige dosierte Abführung des Anodenabgases gezielt die Temperatur der Brennstoffzelle zu steuern und somit eine für einen Kaltstart oder ähnliche Wärme benötigende Betriebsprozesse erforderliche Temperatur einzustellen. Darüber hinaus ist es durch die Steuerung der Anodenabgasabführung sichergestellt, dass keine unkontrollierte Verbrennung erfolgt. Somit sind Beschädigungen der Membran-Elektroden-Anordnung, insbesondere deren Gasdiffusionslagen sicher vermieden. Darüber hinaus ist durch das Zuschaltelement eine unkontrollierte Zuführung von Anodenabgas in das Kathodengas über die Öffnung sicher vermieden. Zur temperaturabhängigen Steuerung der Anodenabgasabführung kann insbesondere die schon vorhandene Überwachung der Zellen- oder Stapelbetriebstemperatur genutzt und in die Steuerung der Anodenabgasabführung integriert werden.By the integration of a Zuschaltelements in the region of the opening for discharging the anode exhaust gas into the cathode gas a targeted control of the supply of hydrogen in the cathode gas, In particular, air allows for a resulting to limit catalytic combustion. In particular, it is possible over such targeted metered discharge of the anode exhaust gas to control the temperature of the fuel cell and thus a for a cold start or similar heat requiring Set operating processes required temperature. About that It is also through the control of anode exhaust gas removal ensures that no uncontrolled combustion takes place. Consequently are damage to the membrane-electrode assembly, in particular their gas diffusion layers safely avoided. Furthermore is by the Zuschaltelement an uncontrolled feed from anode exhaust gas into the cathode gas via the opening safely avoided. For temperature-dependent control of anode exhaust gas removal In particular, the already existing monitoring of Cell or stack operating temperature and used in the controller the anode exhaust gas removal are integrated.

Um eine Ansammlung des Gemisches aus Anodenabgas und Kathodengas zu vermeiden und um eine Beschädigung von Gasdiffusionslagen der Membran-Elektroden-Anordnung durch die gezielt ausgelöste und gesteuerte Verbrennung sicher zu vermeiden, ist die Öffnung zweckmäßigerweise in einem katalysatorfreien Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet. Darüber hinaus ist die Öffnung, insbesondere deren Größe, entsprechend angepasst. Beispielsweise ist die Öffnung zumindest aus einer oder mehreren Durchgangsbohrungen oder aus einem oder mehreren Schlitzen gebildet. Dabei weisen die Öffnungen einen besonders kleinen Durchmesser im μm- oder mm-Bereich auf.Around an accumulation of the mixture of anode exhaust gas and cathode gas to avoid and damage gas diffusion layers the membrane electrode assembly by the targeted triggered and to safely avoid controlled combustion is the opening expediently in a catalyst-free region arranged the membrane-electrode assembly. Furthermore is the opening, especially its size, adjusted accordingly. For example, the opening at least one or more through holes or one or more slots. Here are the openings a particularly small diameter in the μm or mm range on.

In einer möglichen Ausführungsform ist die Öffnung in einem Trägerrahmen der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet, an welchen zweckmäßigerweise ein Anodenausgang (auch Anodenport genannt) des Anodenströmungsfeldes und ein Kathodeneingang (auch Kathodenport genannt) des Kathodenströmungsfeldes angrenzen.In One possible embodiment is the opening in a support frame of the membrane-electrode assembly arranged on which expediently an anode outlet (also called anode port) of the anode flow field and a cathode input (also called cathode port) of the cathode flow field adjoin.

Für einen möglichst kompakten Aufbau der Brennstoffzelle ist das Zuschaltelement ganz oder teilweise im Bereich des Anodenausgangs oder des Kathodeneingangs an oder in der ersten Bipolarplatte bzw. zweiten Bipolarplatte angeordnet.For a compact construction of the fuel cell is possible the switching element in whole or in part in the region of the anode output or the cathode input on or in the first bipolar plate or second bipolar plate arranged.

Vorzugsweise ist das Zuschaltelement sehr kompakt ausgebildet und selbsttätig wirksam. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau und einen kompakten Aufbau der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels.Preferably the Zuschaltelement is very compact and automatic effective. This allows a simple structure and a compact design of the fuel cell or the fuel cell stack.

In einer möglichen Ausführungsform ist das Zuschaltelement als ein Druckzuschaltventil ausgebildet. Dabei sperrt das Druckzuschaltventil in Analogie zu einem Überdruckventil die Öffnung so lange ab, bis ein am Druckzuschaltventil eingestellter Druck erreicht ist. Ist der eingestellte Druck erreicht, öffnet das Druckzuschaltventil und ein Teil des Anodenabgases wird in das Kathodengas eingeführt. Zweckmäßigerweise ist das Druckzuschaltventil an einer der Seiten der Öffnung entweder auf der Kathoden- oder auf der Anodenseite angeordnet. Als Druckzuschaltventil ist beispielsweise ein selbsttätiges Federklappenventil vorgesehen. Dabei wird entsprechend der eingestellten Federspannung des Federklappenventils bei entsprechend hohem Überdruck im Anodenströmungsfeld am Anodenausgang die Federklappe geöffnet und somit eine Abführung des Anodenabgases in das Kathodengas ermöglicht. Dabei ist sowohl die Größe der Öffnung als auch die eingestellte Federspannung an die Art, Größe und die Druckverhältnisse der Brennstoffzelle angepasst.In a possible embodiment is the Zuschaltelement designed as a pressure switch valve. The pressure switch valve locks in analogy to a pressure relief valve the opening until a pressure set at the pressure switch valve decreases is reached. When the set pressure is reached, opens the pressure switch valve and a part of the anode exhaust gas is in the Cathode gas introduced. Conveniently, is the pressure switch valve on one side of the opening arranged either on the cathode or on the anode side. As Druckzuschaltventil is for example an automatic Spring flap valve provided. It is set according to the set Spring tension of the spring flap valve at a correspondingly high overpressure in the anode flow field at the anode outlet, the spring flap opened and thus a discharge of the anode exhaust gas in the cathode gas allows. Here is both the size the opening as well as the set spring tension the type, size and pressure conditions adapted to the fuel cell.

Da die Membran-Elektroden-Anordnung weitgehend aus weichen und sehr flexiblen Materialien besteht, kann eine Federspannung des Federklappenventils schwer einstellbar sein. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung alternativ vor, die einzustellende Federspannung durch Einbauten in zumindest einer der Bipolarplatten zu unterstützen. In einer möglichen Ausführungsform ist hierzu ein elastisches kompressibles Material, insbesondere ein Kunststoff, z. B. ein Elastomer, wie Silikon, oder Polypropylen, vorgesehen, das beispielsweise als ein Formteil zwischen Öffnung und dem als Federklappenventil ausgebildeten Zuschaltelement angeordnet ist.Since the membrane electrode assembly consists largely of soft and very flexible materials, a spring tension of the spring flap valve can be difficult to adjust. For this Basically, the invention provides alternatively to support the spring tension to be adjusted by internals in at least one of the bipolar plates. In one possible embodiment, this is an elastic compressible material, in particular a plastic, for. As an elastomer, such as silicone, or polypropylene, provided, which is arranged for example as a molded part between the opening and designed as a spring flap valve switching element.

Alternativ zu der Verwendung eines Federklappenventils und/oder eines elastisch kompressiblen Materials kann das Druckzuschaltventil auch als ein elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektropneumatisch angetriebenes Steuerventil ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Druckzuschaltventil als ein beweglich angetriebenes Zylinderventil ausgeführt sein, das sich im Wesentlichen zumindest über die Länge der Öffnung erstreckt. Durch Drehen bzw. Längsverschiebung des in der Öffnung angeordneten Zylinderventils ist die Abführung eines Teils des Anodenabgases in das Kathodengas steuerbar.alternative to the use of a spring flapper valve and / or an elastic Compressible material, the pressure switch valve as a electrically, pneumatically, hydraulically or electropneumatically driven Control valve to be formed. For example, the pressure switch valve as be a movably driven cylinder valve executed that is essentially at least over the length the opening extends. By turning or longitudinal displacement of the cylinder valve arranged in the opening is the Removal of a portion of the anode exhaust gas in the cathode gas controllable.

Bevorzugt ist die Brennstoffzelle Teil eines Brennstoffzellenstapels. Bei der Brennstoffzelle handelt es sich insbesondere um eine so genannte Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (kurz PEMFC genannt). Diese ist üblicherweise als ein Brennstoffzellenstapel aus einer Vielzahl von planparallel übereinander angeordneten Brennstoffzellen mit einer Vielzahl von Bipolarplatten gebildet, zwischen denen jeweils eine Membran-Elektroden-Anordnung mit einem Anodenströmungsfeld einerseits und einem Kathodenströmungsfeld andererseits angeordnet ist, wobei strömungsausgangsseitig des Anodenströmungsfelds von diesem ein Teil des Anodenabgases strömungseingangsseitig in das Kathodenströmungsfeld in ein Kathodengas einführbar ist. Erfindungsgemäß sind ein in Endplatten angeordneter Sammelanodenkanal und ein Sammelkathodenkanal fluidisch miteinander über zumindest eine Öffnung verbunden, wobei im Bereich der Öffnung mindestens ein Zuschaltelement angeordnet ist, das die Abführung eines Teils des Anodenabgases in das Kathodengas steuert.Prefers the fuel cell is part of a fuel cell stack. at The fuel cell is in particular a so-called Polymer electrolyte membrane fuel cell (called PEMFC for short). These is commonly referred to as a fuel cell stack of a Variety of plane-parallel stacked fuel cells formed with a variety of bipolar plates, between each one a membrane-electrode assembly with an anode flow field on the one hand and a cathode flow field on the other is arranged, wherein the flow-side of the anode flow field from this part of the anode exhaust gas flow input side into the cathode flow field in a cathode gas insertable is. According to the invention, a collection anode channel arranged in end plates and a collection cathode channel fluidly with each other over connected at least one opening, wherein in the region of the opening at least one switching element is arranged, which is the discharge a portion of the anode exhaust gas controls in the cathode gas.

In einer möglichen Ausführungsform ist die Öffnung in Form einer Durchgangsbohrung oder eines Kanals in der Endplatte zwischen den in einer einzelnen Endplatte parallel nebeneinander angeordneten Sammelanodenkanal und Sammelkathodenkanal angeordnet, wobei das Zuschaltelement seitlich an dem Sammelanodenkanal oder dem Sammelkathodenkanal in oder an der Öffnung in der betreffenden Endplatte angeordnet ist.In One possible embodiment is the opening in the form of a through hole or a channel in the end plate between those in a single end plate parallel to each other arranged collecting anode channel and collection cathode channel arranged wherein the Zuschaltelement laterally on the collecting anode channel or the collecting cathode channel in or at the opening in the relevant End plate is arranged.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Öffnung zwischen parallel übereinander angeordnetem Sammelanodenkanal und Sammelkathodenkanal in Form von Vertiefungen in zwei benachbarten Endplatten eingebracht, wobei das Zuschaltelement kopf- oder stirnseitig des Brennstoffzellenstapels sich über mindestens zwei Endplatten erstreckt.In an alternative embodiment is the opening between parallel stacked collecting anode channel and collecting cathode channel in the form of recesses in two adjacent end plates introduced, wherein the Zuschaltelement head or front side of the fuel cell stack extends over at least two end plates.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle mit einer ersten Bipolarplatte und einer zweiten Bipolarplatte, zwischen denen eine Membran-Elektrodenanordnung angeordnet ist, die mindestens eine Öffnung zur fluidischen Verbindung eines Anodenströmungsfeldes mit einem Kathodenströmungsfeld umfasst, wobei im Bereich der Öffnung ein Zuschaltelement angeordnet ist, 1 1 schematically shows a sectional view of a fuel cell with a first bipolar plate and a second bipolar plate, between which a membrane electrode arrangement is arranged which comprises at least one opening for the fluidic connection of an anode flow field to a cathode flow field, wherein a connection element is arranged in the region of the opening,

2 schematisch eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle mit einer alternativen Ausführungsform für ein Zuschaltelement, 2 1 is a schematic sectional view of a fuel cell with an alternative embodiment for a connection element;

3 schematisch eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle mit einer weiteren alternativen Ausführungsform für ein Zuschaltelement, 3 1 is a schematic sectional view of a fuel cell with a further alternative embodiment for a connection element;

4 schematisch eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle mit einer weiteren alternativen Ausführungsform für ein Zuschaltelement, und 4 schematically a sectional view of a fuel cell with a further alternative embodiment for a Zuschaltelement, and

5 schematisch eine Schnittansicht eines aus mehreren Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapels mit einer Öffnung durch eine Endplatte zur fluidischen Verbindung von Anoden- und Kathodenströmungsfeld und einem Zuschaltelement zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts, 5 2 schematically shows a sectional view of a fuel cell stack formed from a plurality of fuel cells with an opening through an end plate for the fluidic connection of anode and cathode flow field and a connection element for controlling the opening cross section,

6 schematisch eine Schnittansicht eines aus mehreren Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapels mit einer alternativen Anordnung einer Öffnung durch eine Endplatte zur fluidischen Verbindung von Anoden- und Kathodenströmungsfeld und einem Zuschaltelement zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts. 6 schematically a sectional view of a multi-fuel cell fuel cell stack with an alternative arrangement of an opening through an end plate for fluidic connection of anode and cathode flow field and a connection element for controlling the opening cross-section.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt schematisch im Schnitt eine Brennstoffzelle 1 mit einer ersten Bipolarplatte 2 und einer zweiten Bipolarplatte 3 und einer zwischen diesen angeordneten Membran-Elektroden-Anordnung 4. 1 shows schematically in section a fuel cell 1 with a first bipolar plate 2 and a second bipolar plate 3 and a membrane electrode assembly disposed therebetween 4 ,

Dabei ist zwischen der einen Seite, insbesondere der Unterseite der ersten Bipolarplatte 2 und der Membran-Elektroden-Anordnung 4 ein Anodenströmungsfeld F1 und zwischen der einen Seite, insbesondere der Oberseite der zweiten Bipolarplatte 3 und der Membran-Elektroden-Anordnung 4 ein Kathodenströmungsfeld F1 angeordnet. Das Anodenströmungsfeld F1 und das Kathodenströmungsfeld F2 sind jeweils durch in die erste Bipolarplatte 2 bzw. in die zweite Bipolarplatte 3 eingebrachte Kanalstrukturen mit Anodenkanälen K1 bzw. Kathodenkanälen K2 gebildet. Die anderen Seiten der Bipolarplatten 2 und 3 weisen ebenfalls Kanalstrukturen auf, die die Kathoden- bzw. Anodenseite von benachbarten Brennstoffzellen bilden. Je nach Art und Ausbildung kann die jeweilige Bipolarplatte 2 und 3 in nicht näher dargestellter Art und Weise mit Kühlmittelkanälen zur Temperierung der Brennstoffzelle 1 versehen sein.It is between the one side, in particular the underside of the first bipolar plate 2 and the membrane electrode assembly 4 an anode flow field F1 and between the one side, in particular the top of the second bipolar plate 3 and the membrane electrode assembly 4 a ka thodenströmungsfeld F1 arranged. The anode flow field F1 and the cathode flow field F2 are respectively through the first bipolar plate 2 or in the second bipolar plate 3 introduced channel structures formed with anode channels K1 and cathode channels K2. The other sides of the bipolar plates 2 and 3 also have channel structures that form the cathode or anode side of adjacent fuel cells. Depending on the type and training, the respective bipolar plate 2 and 3 in a manner not shown with coolant channels for temperature control of the fuel cell 1 be provided.

Die Membran-Elektroden-Anordnung 4 umfasst im Detail eine Membran, auf der beidseitig jeweils ein entsprechender Katalysator und Gasdiffusionslagen 5 bzw. 6 in bekannter Art und Weise aufgebracht und positioniert sind.The membrane electrode assembly 4 includes in detail a membrane, on both sides of each a corresponding catalyst and gas diffusion layers 5 respectively. 6 are applied and positioned in a known manner.

Rahmenseitig ist zur Vermeidung einer fluidischen Verbindung von Anodenströmungsfeld F1 und Kathodenströmungsfeld F2 beidseitig der Membran-Elektroden-Anordnung 4 eine Dichtung 7 angeordnet.On the frame side, to avoid a fluidic connection of the anode flow field F1 and the cathode flow field F2, the membrane-electrode arrangement is on both sides 4 a seal 7 arranged.

Zur Erzielung einer gesteuerten Verbrennung unter anderem zur Temperierung der Brennstoffzelle 1 ist in der Membran-Elektroden-Anordnung 4 erfindungsgemäß im katalysatorfreien Bereich eine Öffnung 8 angeordnet, welche das Anodenströmungsfeld F1 fluidisch mit dem Kathodenströmungsfeld F2 verbindet. Zur gezielten Steuerung der Verbrennung ist im Bereich der Öffnung 8 mindestens ein Zuschaltelement 9 angeordnet, das die Abführung eines Teils des Anodenabgases in das Kathodengas steuert. Bevorzugt ist die Öffnung 8 im Trägerrahmen der Membran-Elektroden-Anordnung in demjenigen Bereich angeordnet, an welchen ein Anodenausgang Ka des Anodenströmungsfelds F1 und ein Kathodeneingang Ke des Kathodenströmungsfelds angrenzen.To achieve a controlled combustion, inter alia for controlling the temperature of the fuel cell 1 is in the membrane electrode assembly 4 According to the invention in the catalyst-free area an opening 8th which fluidly connects the anode flow field F1 with the cathode flow field F2. For targeted control of combustion is in the area of the opening 8th at least one connection element 9 arranged, which controls the discharge of a portion of the anode exhaust gas in the cathode gas. The opening is preferred 8th in the support frame of the membrane-electrode assembly in the region adjacent to which an anode output Ka of the anode flow field F1 and a cathode input Ke of the cathode flow field are adjacent.

Dabei ist die Öffnung 8 insbesondere aus mehreren nicht näher dargestellten Durchgangsbohrungen oder aus einem oder mehreren Schlitzen gebildet, deren Größe an die abzuführende Menge von Anodenabgas angepasst ist.Here is the opening 8th formed in particular from a plurality of through-holes, not shown, or from one or more slots whose size is adapted to the amount of anode exhaust gas to be discharged.

Bevorzugt ist das Zuschaltelement 9 ganz oder teilweise im Bereich des Kathodeneingangs Ke die Öffnung 8 vollständig überdeckend an oder in der zweiten Bipolarplatte 3 angeordnet. Alternativ kann das Zuschaltelement 9 auch ganz oder teilweise im Bereich des Anodenausgangs Ka der ersten Bipolarplatte 2 angeordnet sein.Preferably, the Zuschaltelement 9 wholly or partially in the region of the cathode input Ke the opening 8th completely overlapping on or in the second bipolar plate 3 arranged. Alternatively, the connection element 9 also completely or partially in the region of the anode output Ka of the first bipolar plate 2 be arranged.

1 zeigt als eine mögliche Ausführungsform für das Zuschaltelement 9 ein Druckzuschaltventil, insbesondere ein selbsttätiges Federklappenventil 9.1, das in Abhängigkeit von der eingestellten Federspannung bei entsprechenden Druckverhältnissen selbsttätig öffnet und schließt. So wird insbesondere bei einem hohen Überdruck im Anodenströmungsfeld F1 automatisch das Federklappenventil 9.1 geöffnet, so dass Anodenabgas in das Kathodengas einführbar ist. 1 shows as a possible embodiment for the Zuschaltelement 9 a pressure switch valve, in particular an automatic spring flap valve 9.1 , which automatically opens and closes depending on the set spring tension under appropriate pressure conditions. Thus, especially at a high pressure in the anode flow field F1 automatically the spring flap valve 9.1 opened, so that anode exhaust gas is introduced into the cathode gas.

Zur Einstellung der Federspannung kann darüber hinaus zwischen Federklappenventil 9.1 und Öffnung 8 ein flexibles kompressibles Material M, z. B. ein Elastomer, wie Silikon, oder ein anderes geeignetes Material als ein Formteil angeordnet sein. Auch kann die Federspannung durch ein in der betreffenden Bipolarplatte 2 oder 3 (im Ausführungsbeispiel in der zweiten Bipolarplatte 3) angeordnetes mechanisches Federelement eingestellt werden.To adjust the spring tension can also between spring flap valve 9.1 and opening 8th a flexible compressible material M, z. As an elastomer, such as silicone, or another suitable material may be arranged as a molded part. Also, the spring tension by a in the respective bipolar plate 2 or 3 (In the embodiment in the second bipolar plate 3 ) arranged mechanical spring element can be adjusted.

Auch kann das Zuschaltelement 9 nur aus dem flexiblen kompressiblen Material M gebildet sein, wie dies beispielhaft in 2 gezeigt ist. Zur Einstellung der Kompressibilität kann das Material M mit Gaseinschlüssen, z. B. Luft, wie in aufgeschäumtem Kunststoff oder Elastomer enthaltend, versehen sein.Also, the Zuschaltelement 9 only be formed from the flexible compressible material M, as exemplified in 2 is shown. To adjust the compressibility, the material M with gas inclusions, z. As air, as in foamed plastic or elastomer containing be provided.

3 und 4 zeigen ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel für das Zuschaltelement 9. Dabei zeigt die 3 ein als elektropneumatisch angetriebenes Steuerventil 9.2 ausgebildetes Zuschaltelement 9. Alternativ kann das Steuerventil 9.2 auch elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben sein. 3 and 4 show a further alternative embodiment of the Zuschaltelement 9 , It shows the 3 a control valve driven as an electropneumatic 9.2 trained Zuschaltelement 9 , Alternatively, the control valve 9.2 also be operated electrically, pneumatically or hydraulically.

Die zur Ansteuerung des Steuerventils 9.2 erforderliche Energie kann dabei direkt der Brennstoffzelle 1 entnommen werden. Alternativ kann die Versorgung des Steuerventils 9.2 auch über eine externe Spannungsquelle erfolgen. Mittels des Steuerventils 9.2 kann die Steuerung der abzuführenden Teilmenge des Anodenabgases gezielter und besser als beim selbsttätig betriebenen Federklappenventil 9.1 oder einem anderen geeigneten Überdruckventil erfolgen.The for controlling the control valve 9.2 required energy can directly from the fuel cell 1 be removed. Alternatively, the supply of the control valve 9.2 also via an external voltage source. By means of the control valve 9.2 can the control of the discharged portion of the anode exhaust more targeted and better than the self-operated spring flap valve 9.1 or another suitable pressure relief valve.

4 zeigt als alternatives Zuschaltelement 9 ein um eine Drehachse D drehbar und entlang einer Translationsachse T längsbeweglich verschiebbares Zylinderventil 9.3. Unter einem Zylinderventil 9.4 wird insbesondere ein zylinderförmiges und beweglich angeordnetes Steuerventil verstanden. Dabei wird die Menge des abzuführenden Anodenabgases durch Änderung der Position des Zylinderventils 9.3 eingestellt. Hierzu erstreckt sich das Zylinderventil 9.3 zumindest über die gesamte Länge der Öffnung 8. 4 shows as an alternative Zuschaltelement 9 a cylinder valve rotatable about a rotation axis D and longitudinally displaceable along a translation axis T. 9.3 , Under a cylinder valve 9.4 In particular, a cylindrical and movably arranged control valve is understood. In this case, the amount of anode exhaust gas to be discharged by changing the position of the cylinder valve 9.3 set. For this purpose, the cylinder valve extends 9.3 at least over the entire length of the opening 8th ,

5 und 6 zeigen mehrere übereinander angeordnete Brennstoffzellen 1 als Teil eines Brennstoffzellenstapels 10. 5 and 6 show several superimposed fuel cells 1 as part of a fuel cell stack 10 ,

Zur fluidischen Verbindung des Anodenströmungsfelds F1 mit dem Kathodenströmungsfeld F2 ist eine Öffnung 14 vorgesehen, die einen in Endplatten 11 angeordneten Sammelanodenkanal 12 und einen Sammelkathodenkanal 13 fluidisch miteinander verbindet. Dabei kann die Öffnung 14 in demjenigen Bereich einer der Endplatten 11 angeordnet sein, in welchem der Sammelkathodenkanal 13 und der Sammelanodenkanal 12 parallel nebeneinander in der betreffenden Endplatte 11 angeordnet sind, wie in 5 gezeigt. In diesem Fall ist eines der oben beschriebenen Arten von Zuschaltelementen 9 seitlich an dem Sammelanodenkanal 12 oder dem Sammelkathodenkanal 13 in der betreffenden Endplatte 11 angeordnet.For the fluidic connection of the anode stream tion field F1 with the cathode flow field F2 is an opening 14 provided, one in end plates 11 arranged collecting anode channel 12 and a collection cathode channel 13 fluidly interconnected. The opening can be 14 in the area of one of the end plates 11 be arranged, in which the collecting cathode channel 13 and the collecting anode channel 12 parallel to each other in the relevant end plate 11 are arranged as in 5 shown. In this case, one of the types of switching elements described above is 9 laterally on the collecting anode channel 12 or the collection cathode channel 13 in the relevant end plate 11 arranged.

In einer alternativen Ausführung ist die Öffnung 14 in demjenigen Bereich der Endplatten 11 angeordnet, in welchem der Sammelkathodenkanal 13 und der Sammelanodenkanal 12 jeweils durch Vertiefungen in zwei aneinander angrenzenden Endplatten gebildet sind, wobei die beiden Kanäle parallel übereinander in den benachbarten Endplatten 11 angeordnet sind, wie in 6 gezeigt. In diesem Fall ist das Zuschaltelement 9 kopf- oder stirnseitig sich über mindestens zwei Endplatten 11 erstreckend angeordnet.In an alternative embodiment, the opening 14 in that area of the end plates 11 arranged in which the collecting cathode channel 13 and the collecting anode channel 12 are each formed by depressions in two adjacent end plates, wherein the two channels are parallel to each other in the adjacent end plates 11 are arranged as in 6 shown. In this case, the connection element 9 head or end face over at least two end plates 11 arranged extending.

Insbesondere werden bei den Ausführungsbeispielen nach 5 und 6 mit in den Endplatten 11 angeordneten Öffnungen 14 in Form von Schlitzen oder Durchgangsbohrungen oder Kanäle in den Endplatten 11 als Zuschaltelemente 9 elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder elektropneumatisch betriebene Steuerventile 9.2, insbesondere elektrisch betriebene Magnetventile oder elektropneumatische Piezo-Ventile, eingesetzt. Diese sind teilweise oder vollständig in die Endplatte/n 11 eingebaut und integriert, so dass zusätzliche Zuleitungen vermieden sind. Hierdurch ist ein sehr kompakter Aufbau des Brennstoffzellenstapels 10 ermöglicht.In particular, in the embodiments according to 5 and 6 with in the end plates 11 arranged openings 14 in the form of slots or through holes or channels in the end plates 11 as switching elements 9 electrically, pneumatically, hydraulically and / or electro-pneumatically operated control valves 9.2 , in particular electrically operated solenoid valves or electropneumatic piezo valves, used. These are partially or completely in the end plate / s 11 installed and integrated, so that additional supply lines are avoided. This is a very compact structure of the fuel cell stack 10 allows.

11
Brennstoffzellefuel cell
22
Erste BipolarplatteFirst bipolar
33
Zweite BipolarplatteSecond bipolar
44
Membran-Elektroden-EinheitMembrane-electrode assembly
55
anodenseitige Gasdiffusionslageanode side Gas diffusion layer
66
kathodenseitige Gasdiffusionslagecathode side Gas diffusion layer
77
Dichtungpoetry
88th
Öffnungopening
99
ZuschaltelementZuschaltelement
1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1111
Endplattenendplates
1212
SammelkathodenkanalCollecting cathode channel
1313
SammelanodenkanalCollection anode channel
1414
Öffnungopening
DD
Drehachseaxis of rotation
F1F1
AnodenströmungsfeldAnode flow field
F2F2
KathodenströmungsfeldCathode flow field
K1K1
Anodenkanalanode channel
K2K2
Kathodenkanalcathode channel
Kaka
Anodenausganganode output
KeKe
Kathodeneingangcathode input
TT
Translationsachsetranslation axis

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Claims (16)

Brennstoffzelle (1), insbesondere zur Anordnung in einem Brennstoffzellenstapel, mit einer ersten Bipolarplatte (2) und einer zweiten Bipolarplatte (3) und mit einer Membran-Elektroden-Anordnung (4), die zwischen den zwei planparallel zueinander angeordneten Bipolarplatten (2, 3) angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Bipolarplatte (2) und der Membran-Elektroden-Anordnung (4) ein Anodenströmungsfeld (F1) und zwischen der zweiten Bipolarplatte (3) und der Membran-Elektroden-Anordnung (4) ein Kathodenströmungsfeld (F1) durch in die erste Bipolarplatte (2) bzw. in die zweite Bipolarplatte (3) eingebrachte Kanalstrukturen mit Anodenkanälen (K1) bzw. Kathodenkanälen (K2) gebildet ist, und wobei die Membran-Elektroden-Anordnung (4) mindestens eine Öffnung (8) umfasst, die strömungsausgangsseitig des Anodenströmungsfelds (F1) von diesem einen Teil des Anodenabgases strömungseingangsseitig in das Kathodenströmungsfeld (F2) in ein Kathodengas einführt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Öffnung (8) mindestens ein Zuschaltelement (9) angeordnet ist, das die Abführung des Anodenabgases in das Kathodengas steuert.Fuel cell ( 1 ), in particular for arrangement in a fuel cell stack, with a first bipolar plate ( 2 ) and a second bipolar plate ( 3 ) and with a membrane electrode assembly ( 4 ), which between the two plane-parallel arranged bipolar plates ( 2 . 3 ), wherein between the first bipolar plate ( 2 ) and the membrane-electrode assembly ( 4 ) an anode flow field (F1) and between the second bipolar plate ( 3 ) and the membrane-electrode assembly ( 4 ) a cathode flow field (F1) into the first bipolar plate ( 2 ) or in the second bipolar plate ( 3 ) channel structures having anode channels (K1) and cathode channels (K2) is formed, and wherein the membrane electrode assembly ( 4 ) at least one opening ( 8th ), which introduces, from the flow outlet side of the anode flow field (F1), a part of the anode exhaust gas into the cathode flow field (F2) into a cathode gas, characterized in that in the area of the opening (FIG. 8th ) at least one connection element ( 9 ) is arranged, which controls the discharge of the anode exhaust gas into the cathode gas. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in einem katalysatorfreien Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung (4) angeordnet ist.Fuel cell according to claim 1, characterized in that the opening in a catalyst-free region of the membrane electrode assembly ( 4 ) is arranged. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) zumindest aus einer oder mehreren Durchgangsbohrungen oder aus einem oder mehreren Schlitzen gebildet ist.Fuel cell according to claim 1 or 2, characterized in that the opening ( 8th ) is formed from at least one or more through-holes or from one or more slots. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) in einem Trägerrahmen der Membran-Elektroden-Anordnung (4) angeordnet ist, an welchem ein Anodenausgang (Ka) des Anodenströmungsfeldes (F1) und ein Kathodeneingang (Ke) des Kathodenströmungsfeldes (F2) angrenzen.Fuel cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the opening ( 8th ) in a support frame of the membrane electrode assembly ( 4 ) to which an anode output (Ka) of the anode flow field (F1) and a cathode input (Ke) of the cathode flow field (F2) adjoin. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschaltelement (9) ganz oder teilweise im Bereich des Anodenausgangs (Ka) oder des Kathodeneingangs (Ke) an oder in der ersten Bipolarplatte (2) bzw. zweiten Bipolarplatte (3) angeordnet ist.Fuel cell according to claim 4, characterized in that the switching element ( 9 ) wholly or partially in the region of the anode output (Ka) or the cathode input (Ke) on or in the first bipolar plate ( 2 ) or second bipolar plate ( 3 ) is arranged. Brennstoffzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschaltelement (9) aus einem elastisch kompressiblen Material, insbesondere ein Elastomer oder Kunststoff, gebildet ist.Fuel cell according to claim 5, characterized in that the connection element ( 9 ) is formed of an elastically compressible material, in particular an elastomer or plastic. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschaltelement (9) als ein Druckzuschaltventil ausgebildet ist.Fuel cell according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switching element ( 9 ) is designed as a pressure switching valve. Brennstoffzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckzuschaltventil ein selbsttätiges Federklappenventil (9.1) ist.Fuel cell according to claim 7, characterized in that the pressure switching valve is an automatic spring flap valve ( 9.1 ). Brennstoffzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckzuschaltventil ein elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektropneumatisch angetriebenes Steuerventil (9.2) ist.Fuel cell according to claim 7, characterized in that the pressure switching valve is an electrically, pneumatically, hydraulically or electro-pneumatically driven control valve ( 9.2 ). Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschaltelement (9) ein beweglich angetriebenes Zylinderventil (9.3) ist.Fuel cell according to one of claims 1 to 9, characterized in that the switching element ( 9 ) a movably driven cylinder valve ( 9.3 ). Brennstoffzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderventil (9.3) drehbar und/oder längs verschiebbar im Bereich der Öffnung (8) angeordnet ist.Fuel cell according to claim 10, characterized in that the cylinder valve ( 9.3 ) rotatable and / or longitudinally displaceable in the region of the opening ( 8th ) is arranged. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle Teil eines Brennstoffzellenstapels (10) ist.Fuel cell according to one of claims 1 to 11, characterized in that the fuel cell part of a fuel cell stack ( 10 ). Brennstoffzellenstapel (10) mit mehreren übereinander angeordneten Brennstoffzellen (1) mit einer Vielzahl von Bipolarplatten (2, 3) und zwischen denen jeweils eine Membran-Elektroden-Anordnung (4) mit einem Anodenströmungsfeld (F1) einerseits und einem Kathodenströmungsfeld (F2) andererseits angeordnet ist, wobei strömungsausgangsseitig des Anodenströmungsfelds (F1) von diesem ein Teil eines Anodenabgases strömungseingangsseitig in das Kathodenströmungsfeld (F2) in ein Kathodengas einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Endplatten (11) angeordneter Sammelanodenkanal (12) und ein Sammelkathodenkanal (13) fluidisch miteinander über eine Öffnung (14) verbunden sind, wobei im Bereich der Öffnung (14) mindestens ein Zuschaltelement (9) angeordnet ist, das die Abführung eines Teils des Anodenabgases in das Kathodengas steuert.Fuel cell stack ( 10 ) with a plurality of fuel cells ( 1 ) with a plurality of bipolar plates ( 2 . 3 ) and between each of which a membrane electrode assembly ( 4 ) is arranged with an anode flow field (F1) on the one hand and a cathode flow field (F2) on the other hand, wherein the flow output side of the anode flow field (F1) from this part of an anode exhaust gas flow input side into the cathode flow field (F2) is inserted into a cathode gas, characterized in that a End plates ( 11 ) arranged collecting anode channel ( 12 ) and a collection cathode channel ( 13 ) fluidly with each other via an opening ( 14 ), wherein in the region of the opening ( 14 ) at least one connection element ( 9 ), which controls the discharge of a part of the anode exhaust gas into the cathode gas. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (14) zwischen den in einer der Endplatten (11) parallel nebeneinander angeordneten Sammelanodenkanal (12) und Sammelkathodenkanal (13) angeordnet ist, wobei das Zuschaltelement (9) seitlich an dem Sammelanodenkanal (12) oder dem Sammelkathodenkanal (13) in der betreffenden Endplatte (11) angeordnet ist.Fuel cell stack according to claim 13, characterized in that the opening ( 14 ) between the in one of the end plates ( 11 ) parallel juxtaposed collecting anode channel ( 12 ) and collection cathode channel ( 13 ) is arranged, wherein the Zuschaltelement ( 9 ) laterally on the collecting anode channel ( 12 ) or the collection cathode channel ( 13 ) in the relevant end plate ( 11 ) is arranged. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (14) zwischen den parallel übereinander angeordneten Sammelanodenkanal (12) und Sammelkathodenkanal (13) zweier benachbarter Endplatten (11) angeordnet ist, wobei das Zuschaltelement (9) kopf- oder stirnseitig des Brennstoffzellenstapels (10) sich über die beiden Endplatten (11) erstreckend angeordnet ist.Fuel cell stack according to claim 13 or 14, characterized in that the opening ( 14 ) between the parallel stacked collecting anode channel ( 12 ) and collection cathode channel ( 13 ) of two adjacent end plates ( 11 ) is arranged, wherein the Zuschaltelement ( 9 ) head or front side of the fuel cell stack ( 10 ) over the two end plates ( 11 ) extending is orders. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (14) als Durchgangsbohrung und/oder Schlitz in Wandungen des Sammelanodenkanals (12) bzw. des Sammelkathodenkanals (13) eingebracht ist.Fuel cell stack according to claim 14, characterized in that the opening ( 14 ) as a through hole and / or slot in walls of the collecting anode channel ( 12 ) or the collecting cathode channel ( 13 ) is introduced.
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