DE102016124313A1 - Brennstoffzellenstapel mit verbessertem Kondensat-Management - Google Patents

Brennstoffzellenstapel mit verbessertem Kondensat-Management Download PDF

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Abstract

Brennstoffzellenstapel, aufweisend: eine Membran-Elektroden-Anordnung (115), welche eine Kathode (12) und eine Anode (14), welche Katalysatorschichten sind und jeweilig zugeordnet an einer ersten und an einer zweiten Fläche einer Elektrolytmembran (16) ausgebildet sind, aufweist, einen ersten Separator (304), welcher an einer Seite der Membran-Elektroden-Anordnung (115) angeordnet ist, und einen zweiten Separator (312), welcher an der anderen Seite der Membran-Elektroden-Anordnung (115) angeordnet ist, wobei ein Gaspfad (304), durch welchen hindurch ein Gas von der Kathode oder der Anode aus ausgelassen wird oder ein Gas der Kathode oder der Anode zugeführt wird, zwischen dem zweiten Separator (312) und der Membran-Elektroden-Anordnung (115) angeordnet ist und in einer Keine-Reaktion-Zone (330) ausgebildet ist, und wobei der Gaspfad (304) einen Strömungswegerweiterungsabschnitt aufweist und eine Höhe des Strömungspfaderweiterungsabschnitts größer als eine Höhe einer Reaktionszone (320) ist.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der am 29. Juli 2016 beim koreanischen Patentamt eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2016-0097320 , deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel (auch Brennstoffzellenstack genannt), welcher eine Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle stabil aufrechterhalten und verbessern kann durch leichtes Auslassen eines Kondensats, das durch ein von einer Anode oder einer Kathode einer Membran-Elektroden-Anordnung (Membrane Electrode Assembly; MEA) ausgelassenes Gas gebildet wird.
  • Hintergrund
  • Eine Membran-Elektroden-Anordnung (kurz MEA) ist im Allgemeinen in der Mitte eines Brennstoffzellenstapels angeordnet und weist eine Polymerelektrolytmembran, durch welche hindurch Wasserstoffionen (Protonen) transportiert werden, und eine Katalysatorschicht, wie z.B. eine Kathode und eine Anode, in welcher eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff stattfindet, an jeder der beiden Seiten der Polymerelektrolytmembran angeordnet auf.
  • Eine Gasdiffusionsschicht und eine Dichtung sind nacheinander an beide Seiten der MEA, wo die Kathode und die Anode angeordnet sind, aufgestapelt. Ein Separator, welcher Strömungsfelder zum Zuführen von Kraftstoff und zum Auslassen von durch die Reaktion erzeugtem Wasser aufweist, ist an der Außenseite der Gasdiffusionsschicht angeordnet, und eine Endplatte zum Stützen und Fixieren der zuvor beschriebenen Komponenten ist mit jedem der beiden Enden davon verbunden.
  • An der Anode des Brennstoffzellenstapels wird Wasserstoff in Wasserstoffionen (Protonen, H+) und Elektronen (e–) mittels einer Oxidationsreaktion des Wasserstoffs gespalten. Die Wasserstoffionen und die Elektronen werden jeweilig zugeordnet durch die Elektrolytmembran und einen äußeren Stromkreis an die Kathode geleitet. An der Kathode wird durch eine elektrochemische Reaktion, bei welcher die Wasserstoffionen und die Elektronen, die von der Anode übertragen werden, und der Sauerstoff in der Luft teilnehmen, Wasser erzeugt, und zur gleichen Zeit wird mittels des Elektronenflusses elektrische Energie erzeugt.
  • Die Dichtung, welche zwischen dem Separator und der MEA angeordnet ist, dient als eine Führung, welche die Luft und den Wasserstoff zur Anode und Kathode führt, und die Dichtung dient als ein Gaspfad, welcher ein in der Katalysatorschicht erzeugtes Reaktionsgas auslässt.
  • Kondensat wird in dem Gaspfad, durch welchen das Reaktionsgas oder die Luft hindurch strömen, gebildet, und das Kondensat kann den Gaspfad blockieren. Eine Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels kann folglich nicht stabil aufrechterhalten werden und kann verringert sein.
  • Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
  • Erläuterung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde in dem Bestreben getätigt, einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, welcher eine Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle stabil aufrechterhalten kann und verbessern kann durch leichtes Auslassen eines Kondensats, das durch ein von einer Anode oder einer Kathode einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) ausgelassenes Reaktionsgas gebildet wird.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen Brennstoffzellenstapel bereitstellen, der aufweist: eine Membran-Elektroden-Anordnung, welche eine Kathode und eine Anode, welche Katalysatorschichten sind und an beiden Fläche einer Elektrolytmembran (z.B. die Kathode an einer ersten Fläche der Elektrolytmembran und die Anode an einer zweiten Fläche der Elektrolytmembran) ausgebildet sind, aufweist, einen ersten Separator, welcher an einer Seite (z.B. der ersten Fläche) der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet ist, und einen zweiten Separator, welcher an der anderen Seite (z.B. der zweiten Fläche) der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet ist. Ein Gaspfad, durch welchen hindurch ein Gas von der Kathode oder der Anode aus ausgelassen wird oder ein Gas der Kathode oder der Anode zugeführt wird, ist zwischen dem zweiten Separator und der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet und kann in einer Keine-Reaktion-Zone ausgebildet sein. Der Gaspfad kann einen Strömungswegerweiterungsabschnitt aufweisen, und eine Höhe des Strömungspfaderweiterungsabschnitts kann größer sein als eine Höhe einer Reaktionszone.
  • Der Strömungspfaderweiterungsabschnitt kann einen Abschnitt aufweisen, dessen Höhe graduell (z.B. stetig) von dem Gaspfad aus zunimmt.
  • Der Strömungspfaderweiterungsabschnitt kann an einer Seitenfläche der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet sein, und eine Höhe einer Seite (z.B. der anderen Seitenfläche) der Membran-Elektroden-Anordnung, die den Strömungspfaderweiterungsabschnitt ausbildet, kann abnehmen.
  • Ein Gasloch (z.B. eine Gasdurchgangsöffnung), das mit dem Gaspfad verbunden ist, kann an dem zweiten Separator ausgebildet sein.
  • Der Strömungspfaderweiterungsabschnitt kann ausgebildet sein mittels Verformens einer Form der Membran-Elektroden-Anordnung.
  • Der Brennstoffzellenstapel kann ferner aufweisen: eine erste Dichtung (z.B. eine erste Dichtplatte, ein erster Dichtflansch), welche zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung und dem ersten Separator in der Keine-Reaktion-Zone angeordnet ist, und eine zweite Dichtung (z.B. eine zweite Dichtplatte, ein zweiter Dichtflansch), welche mit der ersten Dichtung korrespondiert (z.B. mit dieser entsprechend zusammenpasst) und welche zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung und dem zweiten Separator angeordnet ist. Der Strömungspfaderweiterungsabschnitt kann unter Verwendung der Querschnittsformen (z.B. Profile) der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung zum Verformen der Form der Membran-Elektroden-Anordnung ausgebildet sein.
  • Ein Abschnitt, welcher Querschnittsformen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung zum Verformen der Form der Membran-Elektroden-Anordnung verwendet, kann eine Sekundärdichtung (z.B. eine Sekundärdichtplatte) sein.
  • Eine äußere Seitenfläche der ersten Dichtung kann eine erste Dicke aufweisen, eine innere Seitenfläche der ersten Dichtung kann eine zweite Dicke, welche geringer als die erste Dicke ist, aufweisen, die äußere Seitenfläche der zweiten Dichtung kann eine dritte Dicke aufweisen, und die innere Seitenfläche der zweiten Dichtung kann eine vierte Dicke aufweisen, welche größer als die dritte Dicke ist. Ein geneigter Abschnitt (z.B. schräger Abschnitt), welcher in einem Bereich zwischen der äußeren Seitenfläche und der inneren Seitenfläche angeordnet ist, kann Dicken der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung verändern.
  • Eine Summe der ersten Dicke und der dritten Dicke kann gleich einer Summe der zweiten Dicke und der vierten Dicke sein.
  • Der Gaspfad kann ein von der Anode ausgelassenes Kraftstoffgas oder ein von der Kathode ausgelassenes Gas auslassen.
  • Ein Punkt, an welchem der geneigte Abschnitt beginnt, kann bezüglich einer Richtung, die von der äußeren Seitenfläche aus in Richtung zur inneren Seitenfläche gerichtet ist, in einem Bereich des Gaslochs vorliegen (z.B. ausgebildet sein).
  • Der Strömungspfaderweiterungsabschnitt kann mit einem Teil eines Bereichs des Gaslochs überlappt sein.
  • Der Strömungspfaderweiterungsabschnitt kann mit dem gesamten Bereich des Gaslochs überlappt sein.
  • Der zweite Separator kann an einer Seite, an welcher die Kathode angeordnet ist, angeordnet sein und kann einen Kanal, welchen Luft durchströmt, in der Reaktionszone ausbilden.
  • Der zweite Separator kann an einer Seite, an welcher die Anode angeordnet ist, angeordnet sein und kann einen Kanal, welchen ein Kraftstoffgas durchströmt, in der Reaktionszone ausbilden.
  • Der Strömungspfaderweiterungsabschnitt ist z.B. an einem Auslass des Gases, welches von der Kathode oder der Anode ausgelassen wird, ausgebildet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Explosionsschnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 3a ist eine Querschnittansicht entlang Linie D-D in 2, und 3b ist eine Querschnittansicht entlang Linie E-E in 2.
  • 4 ist eine Querschnittansicht, welche eine Form einer Dichtung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5a und 5b sind Teilquerschnittansichten einer Brennstoffzelle gemäß der bezogenen Technik.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Die Größen und Dicken der Strukturen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, sind selektiv zur Einfachheit der Beschreibung bereitgestellt, so dass die vorliegende Erfindung nicht auf diejenigen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, beschränkt ist, und die Dicken können übertrieben dargestellt sein, um einige Teile und Bereiche klar zu machen.
  • Teile, welche sich jedoch nicht auf die Beschreibung beziehen, werden zum klaren Beschreiben der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weggelassen, und gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend durch die Beschreibung auf gleiche oder ähnliche Elemente.
  • In der folgenden Beschreibung liegt ein Einteilen von Namen von Komponenten in „erste“, „zweite“ und dergleichen daran, dass die Namen der Komponenten gegenseitig dieselben sind, und eine Reihenfolge davon ist nicht besonders beschränkt.
  • In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Gaspfad 340 von 3a gleichermaßen auf einen Auslass eines Kraftstoffgases und einen Auslass von Luft angewendet werden. Der Gaspfad 340 kann gleichförmig auf eine Auslassseite und eine Zufuhrseite angewendet werden.
  • 1 ist eine Explosionsschnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 1 weist ein Brennstoffzellenstapel (oder eine Brennstoffzelle) eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 115, welche eine Elektrolytmembran 10, eine Anode 14 und eine Kathode 12 aufweist, eine Gasdiffusionsschicht 16, welche an beiden Seiten der MEA 115 (z.B. eine Gasdiffusionsschicht an einer jeweiligen Seite der MEA) angeordnet ist, einen Separator (oder eine Separator-Platte) 110, welcher an einer Außenfläche der Gasdiffusionsschicht 16 angeordnet ist, und eine Dichtung (z.B. eine Dichtplatte, einen Dichtflansch) 100, welche in einer Keine-Reaktion-Zone 330 zwischen dem Separator und der Gasdiffusionsschicht angeordnet ist, auf. Eine Endplatte 30 kann an beide Enden des Brennstoffzellenstapels angeordnet sein. Die Keine-Reaktion-Zone 330 kann in dem Brennstoffzellenstapel vorhanden sein.
  • Die Elektrolytmembran 10 kann einen Pfad zum Bewegen eines Wasserstoffions bereitstellen, und die Anode 14 und die Kathode 12 können eine Katalysatorschicht für Reaktionen von Wasserstoff und Sauerstoff sein.
  • Die Gasdiffusionsschicht 16 kann Luft und den Wasserstoff zur Kathode 12 und zur Anode 14 diffundieren, und der Separator 110 kann einen Luftpfad zum Strömen der Luft und einen Gaspfad zum Strömen eines Kraftstoffgases in eine Reaktionszone 320 bilden. Die Reaktionszone 320 kann die MEA 115 aufweisen.
  • Die Dichtung 100 kann in der Keine-Reaktion-Zone 330 zwischen dem Separator 110 und der Elektrolytmembran 10 angeordnet sein oder zwischen dem Separator und der MEA 115 angeordnet sein, so dass die Dichtung den Gaspfad 340 der Luft oder eines Kraftstoffgases, welche/welches der Reaktionszone 320 zugeführt oder davon abgeführt wird, ausbildet.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann die Dichtung 100 in dem Keine-Reaktion-Bereich 330 der Brennstoffzelle angeordnet sein und kann eine Hauptdichtung 102 und eine Sekundärdichtung 104 aufweisen. Der Separator 110 kann benachbart zur Dichtung 100 angeordnet sein.
  • Eine Luftverteilerleitung (z.B. ein Luftverteilerkanal) 120, eine Kühlmittelverteilerleitung (z.B. ein Kühlmittelverteilerkanal) 130 und eine Wasserstoffverteilerleitung (z.B. ein Wasserstoffverteilerkanal) 140 können in der Keine-Reaktion-Zone 330 in einer Stapelrichtung der Dichtung 100 und des Separators 110 ausgebildet sein. Die Luft kann durch die Luftverteilerleitung 120 hindurch strömen, ein Kühlmittel kann durch die Kühlmittelverteilerleitung 130 hindurch strömen, und der Wasserstoff, welcher das Kraftstoffgas (bzw. Brennstoffgas) ist, kann durch die Wasserstoffverteilerleitung 140 hindurch strömen.
  • Der Wasserstoff, die Luft und das Kühlmittel können durch die Wasserstoffverteilerleitung 140, die Luftverteilerleitung 120 und die Kühlmittelverteilerleitung 130 hindurch einer Reaktionszone 320 der MEA 115 zugeführt werden, so dass der Wasserstoff, die Luft und das Kühlmittel eine Funktion des Erzeugens eines elektrischen Stroms und eine Kühlungsfunktion durchführen können.
  • In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Hauptdichtung 102 einen Querschnitt entlang Linie D-D und einen Querschnitt entlang Linie E-E in 2 aufweisen und kann die Sekundärdichtung 104 aufweisen, oder gezeigt sein durch, lediglich den Querschnitt entlang der Linie E-E.
  • 3a ist eine Querschnittansicht entlang der Linie D-D in 2, und 3b ist eine Querschnittansicht entlang der Linie E-E von 2.
  • Bezugnehmend auf 1 und 3a kann die Brennstoffzelle die MEA 115, welche die Elektrolytmembran 10, die Anode 14 und die Kathode 12 aufweist, die Gasdiffusionsschicht 16, welche an beiden Seiten der MEA 115 (z.B. eine Gasdiffusionsschicht an einer jeweiligen Seite der MEA) angeordnet ist und welche in der Reaktionszone 320 angeordnet ist, und einen ersten Separator 304 und einen zweiten Separator 312, welche in der Keine-Reaktion-Zone 330 und der Reaktionszone 320 angeordnet sind, aufweisen.
  • Die Dichtung 100 kann in der Keine-Reaktion-Zone 330 angeordnet sein und kann eine erste Dichtung (z.B. eine erste Dichtplatte, einen ersten Dichtflansch) 100a, welche zwischen dem ersten Separator 304 und der MEA 115 angeordnet ist, und eine zweite Dichtung (z.B. eine zweite Dichtplatte, einen zweiten Dichtflansch) 100b, welche zwischen dem zweiten Separator 312 und der MEA 115 angeordnet ist, aufweisen.
  • Wie in 3a gezeigt ist, kann ein Gasloch 142 in der Keine-Reaktion-Zone 330 des zweiten Separators 312 ausgebildet sein, und das Gas, welches durch die Reaktionszone 320 strömt, kann sich durch das Gasloch 142 hindurch bewegen. Das Gas kann durch das Gasloch 142 hindurch zur Reaktionszone 320 bewegt werden.
  • Die zweite Dichtung 100b kann einen mit dem Gasloch 142 korrespondierenden Raum ausbilden und kann den Gaspfad 340 zwischen der MEA 115 und dem zweiten Separator 312 ausbilden. Das Kraftstoffgas oder die Luft können sich durch den Gaspfad 340 bewegen.
  • Als eine Form des Gaspfads 340 kann der zweite Separator 312, an welchem das Gasloch 142 ausgebildet ist, auf (z.B. mit) einer konstanten Höhe ausgebildet sein und kann die MEA 115, welche dem zweiten Separator 312 zugewandt ist, eine Form aufweisen, bei welcher von der Reaktionszone 320 aus hin zur Keine-Reaktion-Zone 330 eine Höhe der MEA 115 graduell verringert wird (z.B. ein Abstand zwischen MEA und zweiten Separator erhöht wird), dann auf einer konstanten Höhe beibehalten wird (z.B. ein Abstand zwischen MEA und zweiten Separator konstant gehalten wird) und dann graduell erhöht wird (z.B. ein Abstand zwischen MEA und zweiten Separator verringert wird).
  • Ein mit dem Gaspfad 340 korrespondierender Raum zwischen der MEA 115 und dem ersten Separator 304 kann folglich verkleinert werden und eine Höhe des Gaspfads 340 kann erhöht werden, so dass Kondensat, welches durch das in der MEA 115 gebildete Gas gebildet wird, leicht ausgelassen (oder ausgegeben) werden kann.
  • In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Abschnitt, welcher durch Erhöhen der Höhe des Gaspfads 340 erweitert ist (wodurch z.B. der Strömungsquerschnitt des Gaspfads vergrößert wird), als ein Strömungspfaderweiterungsabschnitt bezeichnet werden.
  • Bezugnehmend auf 3b kann die Dichtung 100 der Brennstoffzelle in der Keine-Reaktion-Zone 330 angeordnet sein und kann die erste Dichtung 100a, welche zwischen dem ersten Separator 304 und der MEA 115 angeordnet ist, und die zweite Dichtung 100b, welche zwischen dem zweiten Separator 312 und der MEA 115 angeordnet ist, aufweisen.
  • Wie in 3b gezeigt, können die Formen (z.B. Profile) der ersten Dichtung 100a und der zweiten Dichtung 100b in einem Bereich, in welche das Gasloch 142 nicht ausgebildet ist, modifiziert sein. Folglich kann eine Höhe der MEA 115 in der Keine-Reaktion-Zone 330 angepasst werden und kann die Form des Gaspfads 340 erhalten werden.
  • 4 ist eine Querschnittansicht, welche eine Form einer Dichtung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Bezugnehmend auf 4 weist die Dichtung 100 die erste Dichtung 100a, welche zwischen dem ersten Separator 304 und der MEA 115 angeordnet ist, und die zweite Dichtung 100b, welche zwischen dem zweiten Separator 312 und der MEA 115 angeordnet ist, auf.
  • Die erste Dichtung 100a und die zweite Dichtung 100b können Formen aufweisen, welche miteinander korrespondieren, wobei die MEA 115 zwischen ihnen angeordnet ist. Eine (z.B. in Bezug auf die Reaktionszone 320) äußere Seitenfläche 400 der ersten Dichtung 100a und der zweiten Dichtung 100b können an einer Seite, an welcher die Wasserstoffverteilerleitung 140 (oder die Luftverteilerleitung 120) ausgebildet ist, ausgebildet sein, und eine (z.B. in Bezug auf die Reaktionszone 320) innere Seitenfläche 410 der ersten Dichtung 100a und der zweiten Dichtung 100b können an einer Seite, an welcher die Reaktionszone 320 ausgebildet ist, ausgebildet sein.
  • Die äußere Seitenfläche 400 der ersten Dichtung 100a kann eine erste Dicke T1 aufweisen, die innere Seitenfläche 410 der ersten Dichtung 100a kann eine zweite Dicke T2 aufweisen, die äußere Seitenfläche 400 der zweiten Dichtung 100b kann eine dritte Dicke T3 aufweisen, die innere Seitenfläche 410 der zweiten Dichtung 100b kann eine vierte Dicke T4 aufweisen.
  • Ein geneigter (z.B. schräger) Abschnitt 420 kann an der ersten Dichtung 100a und der zweiten Dichtung 100b ausgebildet sein. Eine Höhe des geneigten Abschnitts 420 kann sich von der äußeren Seitenfläche 400 aus hin zur inneren Seitenfläche 410 verändern. Der Rest der Dichtung mit Ausnahme des geneigten Abschnitts 420 kann in einer Horizontalrichtung (z.B. in einer horizontalen Ebene) ausgebildet sein.
  • In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Summe der ersten Dicke T1 und der dritten Dicke T3 gleich einer Summe der zweiten Dicke T2 und der vierten Dicke T4 sein, kann die vierte Dicke T4 größer als die dritte Dicke T3 sein und kann eine Summe der ersten Dicke T1 und der dritten Dicke T3 größer als die vierte Dicke T4 sein.
  • Bezüglich einer virtuellen X-Achse, welche von der äußeren Seitenfläche 400 aus hin zur inneren Seitenfläche 410 gerichtet ist, kann die äußere Seitenfläche bei X0 (einem Nullpunkt) gesetzt sein, kann ein Punkt, an welchem das Gasloch 142 beginnt, auf X1 gesetzt sein, kann ein Punkt, an welchem das Gasloch 142 endet, auf X3 gesetzt sein und kann ein Punkt, an welchem der geneigte Abschnitt 420 beginnt, auf X2 gesetzt sein.
  • Eine Länge des X3 (z.B. Abstand zwischen X3 und X0) kann länger sein als eine Länge des X2 (z.B. Abstand zwischen X2 und X0), und die Länge des X2 kann länger sein als eine Länge des X1 (z.B. Abstand zwischen X1 und X0).
  • 5a und 5b sind Teilquerschnittansichten einer Brennstoffzelle gemäß der bezogenen Technik. Eine Beschreibung von im Vergleich mit 3a und 3b gleichen oder ähnlichen Teile wird weggelassen.
  • Bezugnehmend auf 5a und 5b kann das Gasloch 142 in der Keine-Reaktion-Zone 330 des zweiten Separators 312 ausgebildet sein. Die Luft oder das Reaktionsgas können von der Kathode oder der Anode aus ausgelassen werden oder können der Kathode oder der Anode mittels des Gaslochs 142 zugeführt werden.
  • Eine zweite Dichtung 101b kann einen mit dem Gasloch 142 korrespondierenden Raum bilden und kann einen Gaspfad 341 zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 115 und dem zweiten Separator 312 ausbilden.
  • Ein Gaspfad 341 ist mit einer konstanten Höhe ausgebildet. Kondensat, welches in der Reaktionszone 320 gebildet wird, kann deshalb nicht leicht ausgelassen werden und kann stagnieren, so dass es den Gaspfad 341 blockiert. Ferner kann eine Druckdifferenz zwischen einer Zufuhrseite und einer Auslassseite eines Kraftstoffs steigen und kann sich eine Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels verschlechtern.
  • Wie in 3a und 3b gezeigt, verkleinern jedoch die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen unnötigen Raum, welcher korrespondierend mit dem Gaspfad 340 zwischen der MEA 115 und dem ersten Separator 340 ausgebildet ist, und können den Strömungspfaderweiterungsabschnitt durch Erhöhen der Höhe des Gaspfads bilden, so dass die beispielhaften Ausführungsformen das Kondensat, welches durch das Reaktionsgas und die Luft, die von der MEA 115 ausgelassen werden, gebildet wird, leicht auslassen können.
  • Außerdem können die beispielhaften Ausführungsformen den Strömungspfaderweiterungsabschnitt verwenden, so dass die beispielhaften Ausführungsformen das Kondensat, welches durch das Reaktionsgas und die Luft, die der Kathode und der Anode zugeführt werden oder von der Kathode und der Anode ausgelassen werden, gebildet wird, leicht entfernen können.
  • Obwohl die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als zweckmäßige, beispielhafte Ausführungsformen angesehen wird, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die (hierin) offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu gedacht ist, diverse Alternativen und Abwandlungen abzudecken, die im Umfang der angehängten Ansprüchen enthalten sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2016-0097320 [0001]

Claims (16)

  1. Brennstoffzellenstapel, aufweisend: eine Membran-Elektroden-Anordnung (115), welche eine Kathode (12) und eine Anode (14), welche Katalysatorschichten sind und jeweilig zugeordnet an einer ersten und an einer zweiten Fläche einer Elektrolytmembran (16) ausgebildet sind, aufweist, einen ersten Separator (304), welcher an einer Seite der Membran-Elektroden-Anordnung (115) angeordnet ist, und einen zweiten Separator (312), welcher an der anderen Seite der Membran-Elektroden-Anordnung (115) angeordnet ist, wobei ein Gaspfad (304), durch welchen hindurch ein Gas von der Kathode oder der Anode aus ausgelassen wird oder ein Gas der Kathode oder der Anode zugeführt wird, zwischen dem zweiten Separator (312) und der Membran-Elektroden-Anordnung (115) angeordnet ist und in einer Keine-Reaktion-Zone (330) ausgebildet ist, und wobei der Gaspfad (304) einen Strömungswegerweiterungsabschnitt aufweist und eine Höhe des Strömungspfaderweiterungsabschnitts größer als eine Höhe einer Reaktionszone (320) ist.
  2. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1, wobei der Strömungspfaderweiterungsabschnitt einen Abschnitt aufweist, dessen Höhe graduell von dem Gaspfad aus zunimmt.
  3. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Strömungspfaderweiterungsabschnitt an einer von der ersten und der zweiten Seitenfläche der Membran-Elektroden-Anordnung (115) ausgebildet ist, und eine Höhe der anderen von der ersten und der zweiten Seitenfläche der Membran-Elektroden-Anordnung, die den Strömungspfaderweiterungsabschnitt ausbildet, entlang eines Abschnitts der Länge der anderen von der ersten und der zweiten Seitenfläche abnimmt.
  4. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Gasloch (142), das mit dem Gaspfad (304) verbunden ist, an dem zweiten Separator (312) ausgebildet ist.
  5. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Strömungspfaderweiterungsabschnitt ausgebildet ist mittels Verformens einer Form der Membran-Elektroden-Anordnung (115).
  6. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: eine erste Dichtung (100a), welche zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung (115) und dem ersten Separator (304) in der Keine-Reaktion-Zone (330) angeordnet ist, und eine zweite Dichtung (100b), welche mit der ersten Dichtung korrespondiert (100a) und welche zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung (115) und dem zweiten Separator (312) angeordnet ist, wobei der Strömungspfaderweiterungsabschnitt unter Verwendung der Querschnittsformen der ersten Dichtung (100a) und der zweiten Dichtung (100b) zum Verformen der Form der Membran-Elektroden-Anordnung (115) ausgebildet ist.
  7. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 6, wobei ein Abschnitt, welcher Querschnittsformen der ersten Dichtung (100a) und der zweiten Dichtung (100b) zum Verformen der Form der Membran-Elektroden-Anordnung (115) verwendet, eine Sekundärdichtung (104) ist.
  8. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei eine äußere Seitenfläche (400) der ersten Dichtung (100a) eine erste Dicke (T1) aufweist, eine innere Seitenfläche (410) der ersten Dichtung (100a) eine zweite Dicke (T2), welche geringer als die erste Dicke (T1) ist, aufweist, die äußere Seitenfläche (400) der zweiten Dichtung (100b) eine dritte Dicke (T3) aufweist und die innere Seitenfläche (410) der zweiten Dichtung (100b) eine vierte Dicke (T4) aufweist, welche größer als die dritte Dicke (T3) ist, wobei ein geneigter Abschnitt (420), welcher in einem Bereich zwischen der äußeren Seitenfläche (400) und der inneren Seitenfläche (410) angeordnet ist, Dicken der ersten Dichtung (100a) und der zweiten Dichtung (100b) verändert.
  9. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 8, wobei eine Summe der ersten Dicke (T1) und der dritten Dicke (T3) gleich einer Summe der zweiten Dicke (T2) und der vierten Dicke (T4) ist.
  10. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Gaspfad (304) ein von der Anode ausgelassenes Kraftstoffgas oder ein von der Kathode ausgelassenes Gas auslässt.
  11. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei ein Punkt, an welchem der geneigte Abschnitt (420) beginnt, bezüglich einer Richtung, die von der äußeren Seitenfläche (400) aus in Richtung zur inneren Seitenfläche (410) gerichtet ist, in einem Bereich des Gaslochs (142) vorliegt.
  12. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 11, wobei der Strömungspfaderweiterungsabschnitt mit einem Teil eines Bereichs des Gaslochs (142) überlappt ist.
  13. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 11, wobei der Strömungspfaderweiterungsabschnitt mit dem gesamten Bereich des Gaslochs (142) überlappt ist.
  14. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der zweite Separator (312) an der Fläche, an welcher die Kathode (12) angeordnet ist, von der ersten und der zweiten Fläche angeordnet ist und einen Kanal, welchen Luft durchströmt, in der Reaktionszone ausbildet.
  15. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der zweite Separator (312) an einer Fläche, an welcher die Anode (14) angeordnet ist, von der ersten und der zweiten Fläche angeordnet ist und einen Kanal, welchen ein Kraftstoffgas durchströmt, in der Reaktionszone ausbildet.
  16. Brennstoffzellenstapel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Strömungspfaderweiterungsabschnitt an einem Auslass des Gases, welches von der Kathode (12) oder der Anode (14) ausgelassen wird, ausgebildet ist.
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