DE102016107437A1 - Endzellen eines Brennstoffzellenstapels mit verbesserten Diagnosefähigkeiten - Google Patents

Endzellen eines Brennstoffzellenstapels mit verbesserten Diagnosefähigkeiten Download PDF

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Abstract

Es sind Systeme und Verfahren offenbart, die eine Brennstoffzellenstapelbaugruppe vorsehen, die Stapelendzellen aufweist, die verbesserte Diagnose- und Detektionsfähigkeiten unterstützt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Anodenseite einer FC-Stapelendzelle gemäß hier offenbarten Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sie einen geringeren Anodengasdurchfluss aufweist, als andere Zellen in dem FC-Stapel. Die Kathodenseite einer FC-Stapelendzelle gemäß hier offenbarten Ausführungsformen kann ferner derart konfiguriert sein, dass sie einen höheren Gasdurchfluss aufweist, als andere Zellen in dem FC-Stapel. Ausführungsformen der offenbarten FC-Stapelendzellen können unter anderem eine Detektion nachteiliger Bedingungen und/oder Ereignisse in einer FC-Stapelbaugruppe ermöglichen, bevor derartige Bedingungen und/oder Ereignisse andere Zellen in dem FC-Stapel beeinträchtigen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft Brennstoffzellensysteme. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft diese Offenbarung eine Brennstoffzellenstapelbaugruppe mit Stapelendzellen, die verbesserte Diagnose- und Detektionsfähigkeiten unterstützen.
  • HINTERGRUND
  • Personenfahrzeuge können Brennstoffzellen-(”FC”)-Systeme aufweisen, um bestimmte Merkmale von elektrischen Systemen und Antriebsstrangsystemen eines Fahrzeugs mit Leistung zu beaufschlagen. Zum Beispiel kann ein FC-System in einem Fahrzeug verwendet werden, um Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs des Fahrzeugs direkt (zum Beispiel elektrische Antriebsmotoren und dergleichen) und/oder über ein Zwischenbatteriesystem mit Leistung zu beaufschlagen. Ein FC-System kann eine einzelne Zelle aufweisen oder kann alternativ mehrere Zellen aufweisen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind.
  • In einem FC-System, das einen FC Stapel aufweist, der zehn bis Hunderte von einzelnen Zellen umfasst, können unter normalen Betriebsbedingungen die verschiedenen Zellen des FC-Stapels ähnliche Zellenspannungen aufweisen. Einzelne Zellen können sich jedoch aufgrund einer Variation von Zelle zu Zelle unter bestimmten Betriebsbedingungen (beispielsweise längere Niedrigleistungsbedingungen, Bedingungen mit hoher relativer Feuchtigkeit und niedriger Temperatur, Bedingungen mit höherer Temperatur und niedriger relativer Feuchtigkeit, Startbedingungen, Abschaltbedingungen und/oder dergleichen) verschieden verhalten. Ein solches Verhalten kann eine Zellenspannungsabweichung von den Nennspannungspegeln bewirken, was unter anderem in einem Schaden an Zellenkomponenten und/oder beeinträchtigten FC-Stapel-Haltbarkeit und/oder -Langlebigkeit resultiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der Systeme und Verfahren, die hier offenbart sind, sehen eine FC-Stapelbaugruppe vor, die eine oder mehrere Stapelendzellen und/oder Sätze aus Stapelendzellen mit verbesserten Diagnose- und Detektionsfähigkeiten aufweist. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Anodenseite einer FC-Stapelendzelle gemäß hier offenbarten Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sie einen geringeren Anodengasdurchfluss aufweist, als andere Zellen in dem FC-Stapel (z. B. 5% geringer oder dergleichen). Die Kathodenseite einer FC-Stapelendzelle gemäß hier offenbarten Ausführungsformen kann ferner derart konfiguriert sein, dass sie einen höheren Kathodengasdurchfluss aufweist, als andere Zellen in dem FC-Stapel (z. B. 5% höher oder dergleichen). Ausführungsformen der offenbarten FC-Stapelendzellen können unter anderem eine Detektion nachteiliger Bedingungen und/oder Ereignisse in einer FC-Stapelbaugruppe ermöglichen, bevor derartige Bedingungen und/oder Ereignisse andere Zellen in dem FC-Stapel negativ beeinflussen. Bei bestimmten Ausführungsformen können Stapelendzellen gemäß hier offenbarten Ausführungsformen mit Merkmalen verbessert sein, die ihre Robustheit in Bezug auf andere Zellen in dem Stapel verbessern, wodurch sichergestellt wird, dass die Endzellen ihre Diagnosefähigkeiten über die Lebensdauer des Stapels beibehalten können.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein FC-System eine Mehrzahl von Brennstoffzellen aufweisen, die in einer Stapelbaugruppe konfiguriert sind. Eine erste Endzelle (oder ein Satz erster Endzellen) kann an einem ersten Ende der Brennstoffzellenstapelbaugruppe angeordnet sein, und eine zweite Endzelle (oder ein Satz zweiter Endzellen) kann an einem zweiten Ende der Brennstoffzellenstapelbaugruppe angeordnet sein. Die erste Endzelle und die zweite Endzelle können jeweils eine Anodenseite, die eine geringere Anodengasströmung in Bezug auf andere Brennstoffzellen der Brennstoffzellenstapelbaugruppe aufweist, und eine Kathodenseite aufweisen, die eine höhere Kathodengasströmung in Bezug auf andere Brennstoffzellen in der Brennstoffzellenstapelbaugruppe aufweist.
  • Bei gewissen Ausführungsformen umfassen die Anodenseiten der Endzellen anodenseitige Strömungskanäle, die relativ zu den anodenseitigen Strömungskanälen anderer Zellen in der Stapelbaugruppe schmaler sind. Bei weiteren Ausführungsformen können die Anodenseiten der Endzellen Diffusionsmediumschichten umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie in die anodenseitigen Strömungskanäle stärker eindringen, als in die Diffusionsmediumschichten, die anderen Zellen zugeordnet sind. Die Anodenseiten können ferner teilweise beschränkte Anodenströmungsfelder (z. B. einschließlich teilweise blockierter Anodenströmungstunnel und/oder dergleichen) umfassen. Bei einigen Ausführungsformen können die Anodenseiten ein Anodenmaterial (z. B. IrOx oder dergleichen) umfassen, das eine höhere Menge an Katalysator für eine Sauerstoffentwicklungsreaktion, eine höhere Menge an Wasserstoffoxidationskatalysator, keinen Katalysatorträger und/oder mehr korrosionsbeständigen Katalysatorträger relativ zu Anoden, die in der Mehrzahl von Brennstoffzellen enthalten sind, umfassen.
  • Bei weiteren Ausführungsformen können die Kathodenseiten der Endzellen kathodenseitige Strömungskanäle aufweisen, die relativ zu den kathodenseitigen Strömungskanälen anderer Zellen in der Stapelbaugruppe tiefer sind. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Kathodenseiten der Endzellen Diffusionsmediumschichten umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie in die kathodenseitigen Strömungskanäle weniger eindringen, als in die Diffusionsmediumschichten, die anderen Zellen zugeordnet sind. Bei weiteren Ausführungsformen können zur Verbesserung der Zellenrobustheit die Kathodenseiten der Endzellen ein Kathodenmaterial umfassen, das ein relativ geringeres Verhältnis von Ionomer zu Kohlenstoff und/oder eine höhere Platinbeladung aufweist und/oder graphitisierten Kohlenstoff und/oder Platin-Ruß umfasst.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Zusammenbauen von Komponenten eines Brennstoffzellenstapels umfassen, dass eine Mehrzahl von Brennstoffzellen in einer Stapelkonfiguration angeordnet wird, eine erste Endzelle oder ein Satz von Endzellen an einem ersten Ende der Stapelkonfiguration angeordnet wird und eine zweite Endzelle oder ein Satz von Endzellen an einem zweiten Ende der Stapelkonfiguration angeordnet wird. Gemäß hier offenbarten Ausführungsformen kann/können die erste(n) Endzelle(n) und die zweite(n) Endzelle(n) jeweils eine Anodenseite, die eine geringere Anodengasströmung bezüglich anderer Brennstoffzellen der Brennstoffzellenstapelbaugruppe aufweist, und eine Kathodenseite umfassen, die eine höhere Kathodengasströmung relativ zu anderen Brennstoffzellen der Brennstoffzellenstapelbaugruppe aufweist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nicht beschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung sind beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren enthalten, in welchen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer FC-Stapelendzelle gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
  • 2 ein Diagramm einer FC-Stapelbaugruppe mit FC-Stapelendzellen gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
  • 3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Zusammenbauen eines FC-Stapels gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es ist eine ausführliche Beschreibung von Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nachfolgend vorgesehen. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, sei zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf irgendeine Ausführungsform beschränkt ist, sondern stattdessen zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente enthält. Zusätzlich können, während zahlreiche spezifische Details in der folgenden Beschreibung dargestellt sind, um ein vollständiges Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, einige Ausführungsformen ohne einige oder alle dieser Details ausgeführt werden. Überdies ist zu Zwecken der Klarheit bestimmtes technisches Material, das in der Technik bekannt ist, nicht detailliert beschrieben worden, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
  • Die Ausführungsformen der Offenbarung werden am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, wie allgemein in den Figuren hier beschrieben und veranschaulicht ist, können in einer breiten Vielzahl verschiedener Konfigurationen angeordnet und ausgelegt sein. Somit ist die folgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Offenbarung, wie beansprucht ist, zu beschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen der Offenbarung. Zusätzlich müssen die Schritte eines Verfahrens nicht unbedingt in einer spezifischen Reihenfolge oder sogar sequentiell ausgeführt werden, noch müssen die Schritte nur einmal ausgeführt werden, sofern es nicht anders festgelegt ist.
  • Ausführungsformen der Systeme und Verfahren, die hierin offenbart sind, stellen eine FC-Stapelbaugruppe bereit, die Stapelendzellen umfasst, um verbesserte Diagnose- und Detektionsfähigkeiten zu ermöglichen. Bestimmte Ausführungsformen können in Verbindung mit einem PEMFC-System verwendet werden, obwohl auch andere Arten von FC-Systemen verwendet werden können. Bei einem PEMFC-System kann Wasserstoff zu einer Anode der FC zugeführt werden und Sauerstoff (oder Luft) kann als Oxidationsmittel an einer Kathode der FC geliefert werden. Eine PEMFC kann eine Membranelektrodenbaugruppe (MEA) mit einer protonendurchlässigen, jedoch nicht elektronenleitenden Festpolymerelektrolytmembran umfassen, die auf einer ihrer Seiten eine anodenkatalysatorhaltige Schicht und auf der entgegengesetzten Seite eine kathodenkatalysatorhaltige Schicht aufweist. Die Membran mit den angrenzenden Katalysatorschichten kann zwischen Anoden- und Kathodengasdiffusionsschichten (”GDL”) sandwichartig angeordnet sein, um die MEA zu bilden. Die MEA kann zwischen einem Paar von elektrisch leitenden Elementen angeordnet sein, die Abschnitte einer Bipolarplatte bilden und als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen. Die Bipolarplatten können zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatorschichten einen oder mehrere Strömungskanäle definieren.
  • Ein FC-System kann eine einzelne Zelle aufweisen oder kann alternativ mehrere Zellen aufweisen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind. Zum Beispiel können bei bestimmten Ausführungsformen mehrere Zellen in Reihe angeordnet werden, um eine FC-Stapelbaugruppe zu bilden. Bei einer FC-Stapelbaugruppe kann eine Vielzahl von Zellen miteinander in elektrischer Reihe gestapelt werden und durch gasundurchlässige, elektrisch leitende Bipolarplatten getrennt werden. Die Bipolarplatte kann eine Vielzahl von Funktionen ausführen und in einer Vielzahl von Wegen konfiguriert sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Bipolarplatte eine oder mehrere interne Kühldurchgänge und/oder -Kanäle definieren, die eine oder mehrere Wärmeaustauschflächen besitzen, durch die ein Kühlmittel strömen kann, um Wärme aus dem FC-Stapel zu entfernen, die während seines Betriebs erzeugt wird.
  • 1 veranschaulicht einen Teil einer FC-Stapel-Endzelle 100 einer FC-Stapelbaugruppe gemäß Ausführungsformen, die hierin offenbart sind. Die FC-Stapelbaugruppe kann unter anderem eine FC-Stapelbaugruppe eines in einem Fahrzeug enthaltenen FC-Systems sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder irgendein anderer Typ von Fahrzeug sein und kann irgendeinen geeigneten Typ von Antriebsstrang oder stationäre Energieversorgung aufweisen, der zur Integration der hier offenbarten Systeme und Verfahren geeignet ist. Das FC-System kann derart konfiguriert sein, um elektrische Leistung für bestimmte Komponenten des Fahrzeugs und/oder andere elektrisch angetriebene Vorrichtungen bereitzustellen, die kollektiv hierin als FC-betriebene Ausstattung (”FCPE”) beschrieben ist. Beispielsweise kann das FC-System so konfiguriert sein, Leistung für Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs des Fahrzeugs bereitzustellen. Die FC-Stapelbaugruppe kann mehrere Zellen aufweisen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, und kann gewisse FC-Systemelemente und/oder -merkmale, wie oben beschrieben ist, enthalten.
  • Die Endzelle 100 des FC-Stapels kann eine Kathode 104 und eine Anode 102 aufweisen, die durch eine Protonenaustauschmembran (”PEM”) 106 getrennt sind. Die Kathode kann eine kathodenseitige Katalysatorschicht, die an einer ersten Seite der PEM 106 angeordnet ist, und eine kathodenseitige mikroporöse Schicht umfassen, die an der kathodenseitigen Katalysatorschicht angeordnet ist. Eine kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 108, die die kathodenseitige mikroporöse Schicht aufweist, kann an der Kathode 104 angeordnet sein. Die Anode 102 des FC kann eine anodenseitige Katalysatorschicht, die an einer zweiten Seite der PEM 106 angeordnet ist, und eine anodenseitige mikroporöse Schicht umfassen, die an der anodenseitigen Katalysatorschicht angeordnet ist. Eine anodenseitige Gasdiffusionsschicht 110, die die anodenseitige mikroporöse Schicht aufweist, kann an der Anode 102 angeordnet sein. FCs des FC-Stapels können in elektrischer Reihe aneinander gestapelt und durch gasundurchlässige, elektrisch leitende Platten getrennt sein. Die Platten können eine Mehrzahl leitender Lagen umfassen. Beispielsweise kann eine erste Platte eine Lage 112 umfassen, und eine zweite Platte kann eine Lage 114 umfassen. Bei bestimmten Konfigurationen wie beispielsweise einer Endzelle 100 des FC-Stapels kann zumindest eine Platte der Endzelle 100 des FC-Stapels eine einzelne Lage umfassen.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen können die Lagen der elektrisch leitenden Platten in einer Vielzahl von Wegen hergestellt sein, einschließlich spanabhebendem Bearbeiten, Formen, Stanzen/Prägen und/oder dergleichen. Die Lagen können durch Schweißen und/oder einen anderen Verbindungsprozess (z. B. an bestimmten Schnittstellenorten) aneinander befestigt sein, um die elektrisch leitenden Platten zu bilden. Die leitenden Platten und/oder die Bestandteillagen 112, 114 können jedes geeignete Material umfassen, einschließlich, beispielsweise Stahl, rostfreier Stahl, Titan, Aluminium, Kohlenstoff, Graphit und/oder dergleichen. Bei weiteren Ausführungsformen können die leitenden Platten und/oder die Bestandteillagen 112, 114 ein Material umfassen, das eine leitende Schutzbeschichtung aufweist, die unter anderem so konfiguriert ist, einen Kontaktwiderstand zu verringern und eine Degradation der Bipolarplatten und/oder der Bestandteillagen 112, 114 während des Betriebs eines zugeordneten FC-Systems zu mindern.
  • Bei gewissen Ausführungsformen kann eine Kathodenseite einer ersten elektrisch leitenden Platte durch die Lage 114 definiert sein. Gleichermaßen kann eine Anodenseite einer zweiten elektrisch leitenden Platte durch die Lage 112 definiert sein. Die Lage 112 kann eine Mehrzahl anodenseitiger Strömungskanäle 116 definieren. Die Lage 114 kann eine Mehrzahl kathodenseitiger Strömungskanäle 118 definieren. Der Kathodenreaktand (z. B. Sauerstoff und/oder Luft) kann durch die Kathodenströmungskanäle 118 strömen, und der Anodenreaktand (z. B. Wasserstoff) kann durch die Anodenströmungskanäle 116 strömen. Der Kathodenreaktand (z. B. Sauerstoff und/oder Luft) kann durch die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 108 diffundieren und mit der Kathodenkatalysatorschicht 104 reagieren. Der Anodenreaktand (z. B. Wasserstoff) kann durch die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 110 diffundieren und in der Anodenkatalysatorschicht 102 reagieren. Wasserstoffionen können sich durch die PEM 106 ausbreiten, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Obwohl es nicht gezeigt ist, können die Lagen 112, 114 ferner eine Mehrzahl von Kühlfluidströmungskanälen zur Unterstützung einer Kühlmittelströmung während des Betriebs des FC-Stapels definieren.
  • Gemäß hier offenbarten Ausführungsformen kann die FC-Stapelendzelle 100 so konfiguriert sein, verbesserte Diagnose- und Detektionsfähigkeiten bereitzustellen. Bei gewissen Ausführungsformen kann eine Anodenseite der FC-Stapelendzelle 100 (d. h. mit der Lage 112, der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 110 und/oder der Anode 102) so konfiguriert sein, dass sie einen geringeren Anodengasdurchfluss aufweist, als andere Zellen in dem FC-Stapel (d. h. Nicht-End-Zellen). Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Anodengasdurchfluss zumindest 5% geringer sein, obwohl auch andere relative Druckabfälle denkbar sind. Die Kathodenseite einer FC-Stapelendzelle 100 (d. h. mit der Lage 114, der kathodenseitigen Diffusionsmediumschicht 108 und/oder der Kathode 104) kann so konfiguriert sein, dass sie einen höheren Kathodengasdurchfluss aufweist, als andere Zellen in dem FC-Stapel (z. B. Nicht-End-Zellen). Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Kathodengasdurchfluss zumindest 5% höher sein, obwohl andere relative Kathodendurchflüsse ebenfalls denkbar sind. Ausführungsformen der offenbarten FC-Stapelendzellen 100 können unter anderem eine Detektion nachteiliger Bedingungen und/oder Ereignisse in einer FC-Stapelbaugruppe ermöglichen, bevor solche Bedingungen und/oder Ereignisse andere Zellen in dem FC-Stapel beeinträchtigen.
  • Bei gewissen Ausführungsformen kann eine Anodenseite der FC-Stapelendzelle 100 in einer Vielzahl von Wegen konfiguriert sein, um eine geringere Anodengasströmung zu erreichen, als andere Zellen in dem FC-Stapel. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Lage 112 der elektrisch leitenden Platte, die in der Anodenseite enthalten ist, anodenseitige Strömungskanäle 116 definieren, die relativ zu anodenseitigen Strömungskanälen, die anderen Zellen in dem FC-Stapel zugeordnet sind, schmal sind. Bei weiteren Ausführungsformen kann die anodenseitige Diffusionsmediumschicht 110 weicher und/oder anderweitig ausgelegt sein, dass sie leichter in die anodenseitigen Strömungskanäle 116 relativ zu Diffusionsmediumschichten, die anderen Zellen in dem FC-Stapel zugeordnet sind, eindringen kann. Bei einigen Ausführungsformen kann ein geringerer Gasdurchfluss der Anode durch Beschränken eines zugeordneten Strömungsfeldes erreicht werden. Beispielsweise kann die Anodenseite so konfiguriert sein, einen oder mehrere teilweise blockierte Anodendurchgänge in den Anodentunneln und/oder an dem Strömungsfeld des aktiven Bereiches zwischen den Einlass- und Auslasswasserstoffverteilern zu enthalten.
  • Um eine Endzellenrobustheit zu verbessern, kann ein geringerer Anodengasdurchfluss in einer Anodenseite einer FC-Stapelendzelle 100 gemäß Ausführungsformen hier ferner mit einer Anodenkatalysatorschicht 102 kombiniert sein, die eine höhere Menge an Katalysator für die Sauerstoffentwicklungsreaktion bezüglich den Anoden anderer Zellen in dem FC-Stapel umfasst. Beispielsweise kann bei gewissen Ausführungsformen die Anode 102 der FC-Stapelendzelle 100 4–8 Mal mehr Katalysator für die Sauerstoffentwicklungsreaktion umfassen, als die Anoden anderer Zellen in dem FC-Stapel. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Anode mit einer hohen IrOx-Beladung in Verbindung mit einer FC-Stapelendzelle 100 verwendet werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann Platinmohr als ein Anodenkatalysator (z. B. anstelle von Platinnanopartikeln, die auf Kohlenstoff geträgert sind) verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Anode 102 der FC-Stapelendzelle 100 mehr korrosionsbeständigen Katalysatorträger umfassen, wie graphitisierten Kohlenstoff, Kohlenstoffnanofaser/Nanotube, Metalloxidträger, wie TiOx, SnOx und/oder die obigen Oxide, die weiter mit W, In, Sb dotiert sind, und/oder dergleichen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann eine Kathodenseite einer FC-Stapelendzelle 100 in einer Vielzahl von Wegen konfiguriert sein, um eine relativ höhere Strömung als andere Zellen in dem FC-Stapel zu erreichen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Lage 114 der elektrisch leitenden Platte, die in der Kathodenseite enthalten ist, Kathodenströmungskanäle 118 umfassen, die bezüglich kathodenseitiger Strömungskanäle, die andern Zellen in dem FC-Stapel zugeordnet sind, tiefer sind. Bei weiteren Ausführungsformen kann die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 108 dünner und/oder anderweitig ausgelegt sein, dass sie weniger Eindringung in die kathodenseitigen Strömungskanäle 118 relativ zu Gasdiffusionsschichten, die anderen Zellen in dem FC-Stapel zugeordnet sind, aufweist (z. B. kann die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 8 relativ steifer sein). Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die Kathode 104 der FC-Stapelendzellen 100 ein geringeres Verhältnis von Ionomer zu Kohlenstoff aufweisen, als andere Zellen in dem FC-Stapel.
  • Verschiedene beispielhafte Merkmale zur Verbesserung von Diagnose- und Detektionsfähigkeiten einer FC-Stapelendzelle 100 wie auch Merkmale zum Verbessern einer Robustheit einer FC-Stapelendzelle, einschließlich vieler der oben diskutierten Merkmale, sind nachfolgend in der Tabelle 1 detailliert dargestellt: TABELLE 1
    Beispielhafte Zellendiagnose- und Detektionsmerkmale Beispielhafte Merkmale hinsichtlich Zellenrobustheit
    Zellenmerkmal Beispiel Zellenmerkmal Beispiel
    Anodenseitige Merkmale Höhere Beschränkung des Anodenströmungsfeldes Schmalere Strömungsfeldkänale Höhere Beladung mit Wasserstoff-Oxidationskatalysator Höhere PT-Beladung
    Diffusionsmediumeindringung Höhere Beladung mit Sauerstoffentwicklungskatalysator Höheres IrOx
    Einschluss von strömungsbeschränkenden Strukturen in das Strömungsfeld Korrosionsbeständiger Träger Graphitisierter Kohlenstoff
    Kohlenstoffnanofaser/Nanoröhrchen
    Metalloxidträger, wie TiOx, SnOx, und/oder die obigen Oxide, die mit W, In, Sb dotiert sind, und/oder dergleichen
    Kein Katalysatorträger Platinmohr und/oder nanostrukturierte Dünnfilm-Elektrokatalysatoren (”NSTF”)
    Kathodenseitige Merkmale Geringere Beschränkung des Kathodenströmungsfeldes Tiefere Strömungsfeldkanäle Höhere Beladung mit Sauerstoffreduktionskatalysator Höhere Pt-Beladung
    Weniger Diffusionsmediumeindringung Korrosionsbeständiger Träger Graphitisierter Kohlenstoff
    Kohlenstoffnanofaser/Nanoröhrchen
    Metalloxidträger, wie TiOx, SnOx, und/oder die obigen Oxide, die mit W, In, Sb dotiert sind, und/oder dergleichen
    Geringeres Verhältnis von Ionomer zu Kohlenstoff Kein Katalysatorträger Platinmohr und/oder NSTFs
    Dickere Membran
  • Bei bestimmten Ausführungsformen können Kathodenendzellen gemäß hier offenbarten Ausführungsformen mit Merkmalen verbessert sein, die ihre Robustheit relativ zu anderen Zellen in dem Stapel unterstützen, wodurch sichergestellt wird, dass die Endzellen ihre Diagnosefähigkeiten über die Lebensdauer des Stapels erhalten können, beispielsweise kann zur Verbesserung einer Endzellenrobustheit eine höhere Strömung in Kathodenendzellen mit einer Kathodenkatalysatorschicht 104 kombiniert sein, die eine höhere Platinbeladung aufweist, graphitisierten Kohlenstoff umfasst und/oder einen weniger korrodierbaren Katalysator umfasst, wie Platinmohr. Bei weiteren Ausführungsformen kann die PEM 106 chemisch und mechanisch robuster sein als herkömmliche Membranen.
  • FC-Stapelendzellen 100 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen können eine Spannungs- und/oder Widerstandsüberwachung der Endzellen so wie eine Reduzierung und/oder Reduktion oder Beseitigung von Spannungs- und/oder Widerstandsüberwachungsanforderungen der anderen Stapelzellen ermöglichen. Die Endzellen 100 können ferner Diagnosesensoren, Vorrichtungen und/oder Werkzeuge enthalten, wie beispielsweise elektrochemische Wasserstoffsensoren, Impedanzmessung von Endzellen und/oder dergleichen, um Diagnose- und/oder Detektionsfähigkeiten zu steigern. Bei gewissen Ausführungsformen kann ein FC-Stapel entweder eine einzelne Endzelle 100 und/oder eine Mehrzahl von Endzellen 100 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen an einem oder beiden FC-Stapelenden umfassen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen ein FC-Stapel 10 Endzellen umfassen, nämlich fünf an jedem Ende des Stapels, einschließlich Ausführungsformen der hier offenbarten Diagnosemerkmale.
  • Bei gewissen Ausführungsformen können FC-Stapelendzellen 100, die Merkmale gemäß hier offenbarten Ausführungsformen enthalten, an einem und/oder beiden Enden einer FC-Stapelbaugruppe angeordnet sein. Bei weiteren Ausführungsformen können die FC-Stapelendzellen 100, die Merkmale gemäß hier offenbarten Ausführungsformen enthalten, an einer beliebigen anderen Stelle in der FC-Stapelbaugruppe angeordnet sein, einschließlich Stellen, die sich nicht an den Enden der FC-Stapelbaugruppe befinden. Tabelle 2, die unten vorgesehen ist, liefert beispielhafte Stellen zur Aufnahme einer oder mehrerer Stapelendzellen 100 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen in einer FC-Stapelbaugruppe sowie zugeordnete verbesserte Diagnose- und/oder Detektionsfähigkeiten, die dadurch erreicht werden, dass die FC-Stapelendzellen 100 an solchen Stellen eingebaut sind. TABELLE 2
    Diagnose- und/oder Detektionsfähigkeiten Beispielhafte Stelle in einer FC-Stapelbaugruppe
    Endzelle mit einem oder mehreren anodenseitigen Diagnose- und Detektionsmerkmalen Detektion einer unzureichenden Wasserstoffströmung während des Betriebs Trockenes Ende und/oder feuchtes Ende der Anode
    Detektion einer ungleichmäßigen Wasserstofffront während eines Übergangs von Luft-Luft auf Wasserstoff-Luft Trockenes Ende der Anode
    Endzelle mit einem oder mehreren kathodenseitigen Diagnose- und Detektionsmerkmalen Detektion kathodenseitiger Trocknung während des Betriebs Trockenes Ende und/oder feuchtes Ende der Kathode
    Detektion einer Lufteindringung während einer langen Abschaltung Feuchtes Ende der Kathode
  • Ausführungsformen der offenbarten FC-Stapelendzellen 100 können unter anderem eine Detektion nachteiliger Ereignisse und/oder Bedingungen ermöglichen, bevor zugeordnete nachteilige Wirkungen in anderen Zellen in der FC-Stapelbaugruppe auftreten. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen mit einem geringeren relativen Durchfluss in der Anodenseite der FC-Stapelendzellen 100 die Endzellen eine geringe Strömungsstöchiometrie relativ zu dem Stapelstrom und/oder Flutungsbedingungen vor anderen Zellen in der FC-Stapelbaugruppe ausgesetzt sein. Demgemäß können, wenn derartige Bedingungen durch ein Steuersystem und/oder Sensoren detektiert werden, die der FC-Stapelbaugruppe in den FC-Stapelendzellen 100 zugeordnet sind, eine oder mehrere Schutzaktionen implementiert sein, um einen Schaden an den anderen Zellen in der FC-Stapelbaugruppe zu mindern. Bei einigen Ausführungsformen kann die Anode 102 der FC-Stapelendzellen 100 toleranter gegenüber einer Zellenumkehr während einer Detektion eines globalen Wasserstoffmangelns in der FC-Stapelbaugruppe aufgrund einer erhöhten Beladung mit Katalysator für eine Sauerstoffentwicklungsreaktion sein, und demgemäß können die Endzellen 100 ein Leistungserzeugungsvermögen während des normalen Betriebs beibehalten.
  • In ähnlicher Weise können bei bestimmten Ausführungsformen mit einem höheren Durchfluss in der Kathodenseite der FC-Stapelendzellen 100 die Endzellen einer unüblich hohen Strömungsstöchiometrie und somit erhöhten Austrocknungsbedingungen vor anderen Zellen in der FC-Stapelbaugruppe ausgesetzt sein, insbesondere wenn der FC-Stapel bei hoher Temperatur und geringerer relativer Feuchte arbeitet. Eine signifikante Austrocknung einer Zelle in einem FC-Stapel kann zu einer erhöhten lokalen Wärmeerzeugung und schließlich zu einem Kurzschluss und einer Lochbildung in der Membran führen, wenn sie nicht detektiert wird. Wenn Endzellen in der Lage sind, auf Austrocknungsbedingungen vor ihren schädlichen Wirkungen, die in anderen Zellen in der FC-Stapelbaugruppe auftreten, anzusprechen, können derartige Bedingungen durch ein Steuersystem und/oder Sensoren detektiert werden, die der FC-Stapelbaugruppe in den FC-Stapelendzellen 100 zugeordnet sind, und es können eine oder mehrere Schutzaktionen implementiert sein, um einen Schaden an den Zellen in der FC-Stapelbaugruppe zu hemmen.
  • Da die Endzellen 100 auf einer Luftseite eine höhere Strömung aufweisen können, können sie schneller austrocknen, als der Rest des Stapels. Wenn die Membran in der Endzelle austrocknet, kann ihr Protonenwiderstand (R) mit einer schnelleren Rate ansteigen, als der Rest des Stapels. Da die Zellenspannung sich aufgrund ohmscher Verluste reduziert (wobei hierfür die Spannungsreduzierung gleich I mal R ist), kann die Zellenspannung in der Endzelle schneller fallen, als in dem Rest des Stapels. Das Steuersystem kann diesen Leitindikator eines Austrocknens überwachen und notwendige Abhilfe- und/oder Schutzaktionen unternehmen.
  • Neben anderen Bedingungen können die FC-Stapelendzellen 100 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen in Verbindung mit einer Detektion einer geringen Strömung/geringen Stöchiometrie und/oder Flutungsbedingungen während Bedingungen mit längerer niedriger Leistung oder beim Start, niedrigerer relativer Feuchte und/oder hoher Temperatur, Wasserstoffkurzschlussbedingungen während eines Luft-Luft-Starts und/oder Lufteindringung nach längerer Abschaltung verwendet werden. Bei Detektion derartiger Bedingungen können geeignete Schutzaktionen, wie eine Erhöhung einer Anodenstöchiometrie/Strömung, einer Reduzierung der Stapeltemperatur und/oder einer Erhöhung der relativen Feuchte am Kathodeneinlass sowie einem Abschalten des FC-Systems unternommen werden, um einen Schaden an der FC-Stapelbaugruppe zu mindern.
  • Bei niedriger Leistung können Endzellen 100 ein Fluten detektieren, und mögliche Abhilfe- und/oder Schutzaktionen können eine Erhöhung eines Wasserstoffdurchflusses und eine Erhöhung der Leistung für eine relativ kurze Dauer und/oder durch Auslösen eines Anodenwasserstoffablassereignisses umfassen. Eine Erhöhung der Leistung kann möglich sein, wenn das System die Fähigkeit besitzt, diese zusätzliche Leistung zu nutzen (z. B. die Batterie zu laden). Bei hoher Leistung können die Endzellen 100 ein übermäßiges Austrocknen detektieren, und zugeordnete Schutzaktionen können eine Leistungsreduzierung oder Temperaturreduzierung, wenn möglich, umfassen (z. B. über eine ansteigende Kühlerströmung und/oder durch Einschalten eines Gebläses).
  • Wie oben diskutiert ist, kann eine Mehrzahl von Endzellen, die Diagnose- und/oder Robustheitsmerkmale gemäß den hier offenbarten Ausführungsformen umschließen, in einer FC-Stapelbaugruppe enthalten sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann jede Endzelle der Mehrzahl von Endzellen ein oder mehrere verschiedene Merkmale enthalten, um eine Diagnose eines bestimmten Stapelzustandes zu verbessern. Beispielsweise kann eine erste Endzelle ein beschränktes Anodenströmungsfeld umfassen, und eine zweite Endzelle kann ein weniger beschränktes Kathodenströmungsfeld umfassen. Bei diesem Beispiel kann, wenn die Spannung der ersten Endzelle als niedrig gemessen wird, die Wasserstoffströmung zu der Anode erhöht werden. Gleichermaßen kann, wenn die Spannung der zweiten Endzelle als niedrig gemessen ist, ein oder mehrere Aktionen aktiviert werden, um eine Stapelaustrocknung zu verringern. Bei anderen Ausführungsformen können Endzellen ähnliche Merkmale gemäß hier offenbarten Ausführungsformen einschließen (z. B. sowohl Anoden- und/oder Kathodenmerkmale), und eine Vielzahl von Stapelbedingungen kann basierend auf Messungen der Endzellen und/oder Anschlussmessungen, die der gesamten FC-Stapelbaugruppe zugeordnet sind, identifiziert werden.
  • Es sei angemerkt, dass eine Anzahl von Varianten an den Ausführungsformen der offenbarten FC-Stapelendzelle 100, die in Verbindung mit 1 dargestellt ist, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung durchgeführt werden kann. Beispielsweise können FC-Stapelendzellen 100 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen in FC-Stapelbaugruppen mit einer Vielzahl anderer Geometrien und/oder Konfigurationen integriert sein. Somit sei angemerkt, dass 1 nur zu Zwecken der Veranschaulichung und Erläuterung und nicht zur Beschränkung vorgesehen ist.
  • 2 zeigt ein Diagramm einer FC-Stapelbaugruppe 200 mit FC-Stapelendzellen 100a, 100b gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Die FC-Stapelbaugruppe 200 kann ferner ein feuchtes Ende 204, durch das Anoden- und Kathodengase in den Stapel eintreten können, und ein trockenes Ende 206 umfassen. Es sei angemerkt, dass die Anoden- und Kathodengaseinlässe und -auslässe sowie Kühlmitteleinlässe und -auslässe nicht in Verbindung mit der FC-Stapelbaugruppe 200 gezeigt sind. Bei bestimmten Ausführungsformen können die FC-Stapelendzellen 100a, 100b so konfiguriert sein, dass sie gewisse Merkmale der FC-Stapelendzellen enthalten, wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben ist, und anders konfiguriert sein können, als andere Endzellen 202, die in der FC-Stapelbaugruppe 200 enthalten sind. Bei einigen Ausführungsformen kann die FC-Stapelendzelle 100a (d. h. die FC-Stapelendzelle 100a, die dem trockenen Ende 206 zugeordnet ist) in Verbindung mit einer Detektion einer Anodenflutung, einem Zellenaustrocknen und/oder einem Wasserstoffmangel bei Startbedingungen von Luft-Luft verwendet werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die FC-Stapelendzelle 100b (d. h. die FC-Stapelendzelle 100b, die dem feuchten Ende 204 zugeordnet ist) in Verbindung mit einer Detektion von Bedingungen eines Anodenflutens, eines Zellenaustrocknens und/oder von Lufteindringung verwendet werden. Obwohl die FC-Stapelendzellen 100a, 100b an den Enden der FC-Stapelbaugruppe 200 angeordnet sind, wie oben diskutiert ist, können sie bei anderen Ausführungsformen gemäß den offenbarten Ausführungsformen an einer beliebigen Stelle innerhalb der FC-Stapelbaugruppe 200 angeordnet sein.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Zusammenbauen eines FC-Stapels gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Insbesondere kann das Verfahren 300 verwendet werden, eine FC-Stapelbaugruppe zusammenzubauen, die FC-Stapelendzellen gemäß hier offenbarten Ausführungsformen einschließt. Bei 302 kann das Verfahren 300 ausgelöst werden. Bei 304 kann die Mehrzahl von Brennstoffzellen in einer Stapelkonfiguration zusammengebaut werden. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Zellen in elektrischer Reihe miteinander gestapelt sein und durch gasimpermeable, elektrisch leitende Bipolarplatten getrennt sein.
  • Bei 306 kann eine erste Endzelle oder ein Satz von Endzellen an einem ersten Ende der Stapelkonfiguration angeordnet sein. Die erste Endzelle oder der Satz von Endzellen kann unter anderem eine Anodenseite, die eine geringere Anodengasströmung relativ zur anderen Brennstoffzellen in der Stapelkonfiguration aufweist, und eine Kathodenseite umfassen, die eine Kathodenseite umfasst, die eine höhere Kathodengasströmung relativ zu den anderen Brennstoffzellen in der Stapelkonfiguration aufweist. Eine zweite Endzelle oder ein Satz von Endzellen kann an einem zweiten Ende der Stapelkonfiguration bei 308 angeordnet werden. Ähnlich der ersten Endzelle kann die zweite Endzelle oder der Satz von Endzellen unter anderem eine Anodenseite, die einen geringeren Anodengasdurchfluss relativ zu den anderen Brennstoffzellen in der Stapelkonfiguration aufweist, sowie eine Kathodenseite umfassen, die eine Kathodenseite umfasst, die einen höheren Kathodengasdurchfluss relativ zu anderen Brennstoffzellen in der Stapelkonfiguration Aufweist. Die Verwendung erster und zweiter Zellen mit der oben erwähnten Konfiguration kann beispielsweise die Detektion nachteiliger Bedingungen und/oder Ereignisse in der FC-Stapelbaugruppe ermöglichen, bevor derartige Bedingungen und/oder Ereignisse andere Zellen in dem FC-Stapel beeinträchtigen. Bei 310 kann das Verfahren 300 enden.
  • Obwohl das Vorhergehende detailliert für die Zwecke der Klarheit beschrieben worden ist, sei angemerkt, dass gewisse Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung von den Grundsätzen hier gemacht werden können. Zum Beispiel können bei bestimmten Ausführungsformen die Systeme und Verfahren, die hierin offenbart sind, in Verbindung mit FC-Systemen, die nicht in einem Fahrzeug enthalten sind, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass es viele alternative Wege zur Implementierung sowohl der hierin beschriebenen Prozesse als auch Systeme gibt. Dementsprechend sind die vorliegenden Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu verstehen, und die Erfindung ist nicht auf die hierin gegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs und der Äquivalente der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
  • Die vorangehende Beschreibung ist unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch erkennt der Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Beispielsweise können verschiedene Betriebsschritte wie auch Komponenten zur Ausführung von Betriebsschritten in alternativen Wegen abhängig von der bestimmten Anwendung oder in Betrachtung einer beliebigen Anzahl von Kostenfunktionen, die dem Betrieb des Systems zugeordnet sind, implementiert sein. Demgemäß können einer oder mehrere der Schritte weggelassen, modifiziert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Ferner ist diese Offenbarung in einem illustrativen anstatt einem restriktiven Sinne zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sind dazu bestimmt, innerhalb des Schutzumfangs derselben enthalten zu sein. Gleichermaßen sind ein Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch sind Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und jedes Element (e), die dazu führen können, dass irgendein Nutzen, Vorteil oder eine Lösung auftritt oder deutlicher hervortritt, nicht als ein kritisches, ein erforderliches oder ein wesentliches Merkmal oder Element auszulegen.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe ”umfassen” und ”aufweisen” und irgendeine andere Variation davon dazu bestimmt, eine nicht ausschließliche Einbeziehung abzudecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diejenigen Elemente umfasst, sondern weitere Elemente, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder einem solchen Prozess, Verfahren, System, Artikel oder Vorrichtung zueigen sind, umfassen kann. Auch, wie hierin verwendet, sind die Begriffe ”gekoppelt”, ”koppelnd” und andere Variation derselben dazu bestimmt, eine physikalische Verbindung, eine elektrische Verbindung, eine magnetische Verbindung, eine optische Verbindung, eine kommunikative Verbindung, eine funktionale Verbindung, und/oder jede andere Verbindung abzudecken. Der Fachmann erkennt, dass viele Änderungen an den Details der oben beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sei daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt.

Claims (10)

  1. Brennstoffzellensystem, das in einem Fahrzeug enthalten ist, umfassend: eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, die in einer Brennstoffzellenstapelbaugruppe konfiguriert sind, wobei die Mehrzahl von Brennstoffzellen umfasst: zumindest eine Endzelle, die an einem ersten Ende des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, wobei die zumindest eine Zelle eine Anodenseite umfasst, die derart konfiguriert ist, dass sie einen geringeren Anodengasdurchfluss relativ zu anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen in der Brennstoffzellenstapelbaugruppe aufweist, wobei ein Anodenmaterial der Anodenseite ein Anodenmaterial umfasst, das eine höhere Menge an Katalysator für Sauerstoffentwicklungsreaktion relativ zu Anoden aufweist, die in den anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen enthalten sind.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der niedrigere Anodengasdurchfluss einen zumindest 5% geringeren Durchfluss umfasst.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Anodenseite der zumindest einen Endzelle eine Mehrzahl von anodenseitigen Strömungskanälen umfasst, die relativ zu den anodenseitigen Strömungskanälen, die in den anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen enthalten sind, schmaler sind.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Anodenseite der zumindest einen Endzelle eine Gasdiffusionsschicht umfasst, die derart konfiguriert ist, dass sie in anodenseitige Strömungskanäle der Anodenseite stärker als Diffusionsmediumschichten eindringt, die den anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen zugeordnet sind.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Anodenseite der zumindest einen Endzelle ein Anodenströmungsfeld umfasst, das zumindest einen strömungsbegrenzenden Aufbau umfasst.
  6. Brennstoffzellensystem, das in einem Fahrzeug enthalten ist, umfassend: eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, die in einer Brennstoffzellenstapelbaugruppe konfiguriert sind, wobei die Mehrzahl von Brennstoffzellen umfasst: zumindest eine Endzelle, die an einem ersten Ende des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, wobei die zumindest eine Zelle eine Kathodenseite umfasst, die derart konfiguriert ist, dass sie einen höheren Kathodengasdurchfluss relativ zu anderen Brennstoffzellen in der Mehrzahl von Brennstoffzellen in der Brennstoffzellenstapelbaugruppe aufweist, wobei ein Kathodenmaterial der Kathodenseite ein Kathodenmaterial umfasst, das ein geringeres Verhältnis von Ionomer zu Kohlenstoff relativ zu Kathoden aufweist, die in den anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen enthalten sind.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, wobei der höhere Kathodengasdurchfluss einen zumindest 5% höheren Durchfluss umfasst.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, wobei die Kathodenseite der zumindest einen Endzelle eine Mehrzahl von kathodenseitigen Strömungskanälen umfasst, die relativ zu kathodenseitigen Strömungskanälen, die in den anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen enthalten sind, tiefer sind.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, wobei die Kathodenseite der zumindest einen Endzelle eine Gasdiffusionsschicht umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie in die kathodenseitigen Strömungskanäle der Kathodenseite weniger eindringt, als Diffusionsmediumschichten, die anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen zugeordnet sind.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, wobei das Kathodenmaterial der Kathodenseite der zumindest einen Endzelle ein Material umfasst, das eine höhere Platinbeladung relativ zu Kathoden aufweist, die in anderen Brennstoffzellen der Mehrzahl von Brennstoffzellen enthalten sind.
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