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Die Erfindung betrifft eine Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder für einen Elektrolyseur, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennstoffzelle mit mindestens einer entsprechenden Gasverteilerstruktur nach dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch.
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Stand der Technik
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. Bei Brennstoffzellen wird Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 zur Energiegewinnung in Wasser H2O, elektrische Energie und Wärme umgewandelt. Brennstoffzellen umfassen im Wesentlichen fünf Komponenten (s. 1 bzw. 1a zum Stand der Technik). In der Mitte befindet sich eine protonenleitfähige Membran 103, bspw. eine Polymermembran. Die Membran 103 ist zwischen zwei Gasdiffusionslagen GDL aus mikroporösem Graphitpapier bzw. Graphitgewebe eingebettet, wobei entweder die Membran 103 oder die Gasdiffusionslagen GDL an den Kontaktflächen mit einem Katalysatormaterial, bspw. Platin, für die elektrochemische Reaktion beschichtet ist. Die Gasdiffusionslagen GDL sind wiederum zwischen zwei Bipolarplatten 101, 102 angeordnet. Ein Stapel bzw. eine Wiederholungseinheit dieses Aufbaus bildet einen (Brennstoffzellen-)Stack.
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Die Bipolarplatten 101, 102 übernehmen dabei die grobe Verteilung der Betriebsmedien (Luft bzw. Sauerstoff O2 auf der Kathodenseite K sowie Wasserstoff H2 auf der Anodenseite A und Kühlwasser H2O).
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Die mikroporösen Gasdiffusionslagen GDL übernehmen letztlich die feine Verteilung über die aktive Fläche und die Zuführung der Reaktionsgase der aktiven Fläche der Membran 103 sowie die Abführung von Produktwasser H2O von der Membran 103 in die grobe Struktur der Bipolarplatten 101, 102.
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Um die grobe Verteilung der Betriebsmedien mit einem geringen Druckverlust und ohne große Kosten zu gewährleisten, wird eine beispielhafte Bipolarplatte 101 (und 102) nach dem Stand der Technik durch Prägen einer Kanalstruktur in ein ca. 0,1 mm dickes Blech hergestellt (s. unten in der 1a). Problematisch ist dabei jedoch die Wasseransammlung in den Gasdiffusionslagen GDL unter den Stegen der Bipolarplatte 101 auf der Kathodenseite K der Brennstoffzelle 100*.
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Eine andere beispielhafte grobe Gasverteilerstruktur nach dem Stand der Technik ist in der 1b gezeigt, die aus einem offenporigen, elektrisch leitfähigen Schaum S (z. B. aus Metall, bspw. Edelstahl, oder Graphit) hergestellt wird.
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Der Einsatz von Schaumstrukturen S als Gasverteilerstrukturen hat im Vergleich zu geprägten Blechen u. a. den Vorteil, dass die Auflage auf der Gasdiffusionslage GDL im Falle eines Schaumes gleichmäßiger bzw. homogener erfolgen kann, da die einzelnen Kontaktpunkte feiner sind. Auf diese Weise sinkt die Gefahr von Produktwasseransammlungen in der Gasdiffusionslage GDL, was zur Blockade von Teilen der Membran 103 führen kann. Problematisch ist bei den Schaumstrukturen S die Bereitstellung der Prozessgase in ausreichender Menge bzw. die Bereitstellung eines ausreichenden Prozessgasflusses.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung sieht eine Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder für einen Elektrolyseur, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches sowie eine Brennstoffzelle mit mindestens einer entsprechenden Gasverteilerstruktur mit den Merkmalen des nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruches vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder einen Elektrolyseur vor, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, aufweisend einen ersten Bereich mit einer ersten, insbesondere groben, Verteilerstruktur und mit einer zweiten nachgeordneten Verteilerstruktur zum Verteilen des Reaktanten in der Brennstoffzelle, wobei der erste Bereich an eine Bipolarplatte der Brennstoffzelle, die nun in Form einer dünnen Platte ausgebildet sein kann, angrenzt, und einen zweiten Bereich mit einer dritten, insbesondere feinen bzw. untergeordneten, Verteilerstruktur zum gleichmäßigen Verteilen des Reaktanten über einer Membran-Elektrodeneinheit der Brennstoffzelle, wobei der zweite Bereich an die Membran-Elektrodeneinheit angrenzt, und wobei der erste Bereich durch eine Schaumstruktur und der zweite Bereich durch eine Gasdiffusionslage gebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur kann vorzugsweise auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle vorgesehen sein, um Wasseransammlungen an der Membran zu vermeiden und die Verteilung des Reaktanten mit geringen Druckverlusten sowie geringen Kosten bei der Auslegung und beim Betreiben eines Verdichters zu ermöglichen. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur auf beiden Seiten, der Kathodenseite und der Anodenseite, der Brennstoffzelle vorgesehen sein, um den Gasfluss an beiden Seiten der Brennstoffzelle zu begünstigen. Als Membran-Elektrodeneinheit kann im Rahmen der Erfindung eine Membran verstanden werden, die mit einem Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion, bspw. Platin, beschichtet werden kann.
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Wie bereits oben erwähnt, hat eine Schaumstruktur (d. h. eine Lage aus einem offenporigen Schaum) beim Einsatz als Gasverteiler in einer Brennstoffzelle im Vergleich zu herkömmlichen geprägten Blechen den Vorteil einer sehr viel feineren und gleichmäßigeren Auflage auf der Gasdiffusionslage. Gleichzeitig hat eine Schaumstruktur den Nachteil, dass der Strömungswiderstand für die Gasströmung tendenziell relativ hoch ist. Um beides, eine homogene Auflage auf der Gasdiffusionslage und einen geringen Strömungswiderstand, zu gewährleisten, schlägt die Erfindung vor, die der Gasdiffsusionslage abgewandte Seite der Schaumstruktur, z.B. mittels Multi Wire Electrical Discharge Machining (MWEDM), mit einer ersten, insbesondere groben, Verteilerstruktur für die Gasströmung zu versehen.
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Ein Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass der erste Bereich zum groben Verteilen des Reaktanten in der Brennstoffzelle durch eine Schaumstruktur gebildet wird. Die Schaumstruktur gemäß der Erfindung weist wiederum zwei Verteilerstrukturen unterschiedlicher Größenordnungen auf. Die erste Verteilerstruktur an der Schaumstruktur dient der groben Verteilung des Reaktanten in der Brennstoffzelle, um Druckverluste bei Verteilen des Reaktanten zu vermindern. Diese erste bzw. grobe Verteilerstruktur ist durch die äußere Ausformung, bspw. mit relativ groben Rillen, der Schaumstruktur an der Grenze zur flachen Bipolarplatte gewährleistet. Die zweite Verteilerstruktur, die der ersten Verteilerstruktur untergeordnet ist, ist durch die innere Zusammensetzung der Schaumstruktur bereitgestellt, also durch die offenen Poren des Schaumes. Diese zweite Verteilerstruktur verteilt nun den Reaktanten gleichmäßiger über die Gasdiffusionslage (bzw. den zweiten Bereich) und weist gleichzeitig sehr viele kleine und fein verteilte Auflagepunkte auf der Gasdiffusionslage auf, um den Auflagedruck sowie die Auflagefläche an den einzelnen Punkten zu vermindern und Wasseransammlungen zu vermeiden. Der erste Bereich weist hierzu eine flache Unterseite an der Grenze zur Gasdiffusionslage (d. h. zum zweiten Bereich) auf. Schließlich wird der Reaktant durch den zweiten Bereich, gebildet durch die Gasdiffusionslage, die eine noch feinere Verteilerstruktur aufweist, gleichmäßig über der aktiven Fläche der Membran-Elektrodeneinheit verteilt.
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Die erste Verteilungsstruktur an der Schaumstruktur an der Grenze zur Bipolarplatte kann unterschiedliche Formen bzw. Ausprägungen aufweisen. Bspw. können die einzelnen Elemente der ersten Verteilungsstruktur verschiedene, z. B.
(halb-)kreisförmige, rechteckige oder dreieckige Querschnittsformen sowie kombinierte Querschnittsformen aufweisen. Auch die Größe, die Verteilung sowie die Abstände zwischen den einzelnen Elementen der ersten Verteilungsstruktur können dabei variieren.
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Mithilfe der Erfindung werden die Vorteile der Schaumstruktur mit den Vorteilen einer druckverlustreduzierten Verteilung des Reaktanten durch eine grobe Verteilerstruktur vereint. Gleichzeitig wird die, bei Verwendung einer klassischen Kanalstruktur vorhandene, Gefahr von Wasseransammlungen an der Kathodenseite der Membran-Elektrodeneinheit zuverlässig beseitigt oder zumindest wesentlich reduziert.
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Ferner kann im Rahmen der Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorgesehen sein, dass die Schaumstruktur aus einem Metallschaum oder aus einem beschichten Kunststoffschaum ausgebildet ist. Somit kann eine offenporige Struktur mit einer hohen Porosität ermöglicht werden. Zudem kann somit eine Leitung des elektrischen Stromes mit einem geringen elektrischen Widerstand sowie eine gute thermische Leitfähigkeit durch die Schaumstruktur gewährleistet werden.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die Gasdiffusionslage aus einem papierartigen oder gewebeartigen Kohlenstoffmaterial bzw. Kohlenstoffpapier ausgebildet ist. Somit kann durch die innere Zusammensetzung der Gasdiffusionslage eine feine Verteilung der Reaktanten über der aktiven Fläche der Membran-Elektrodeneinheit ermöglicht werden.
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Ebenfalls kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass der erste Bereich in der Verteilerebene des Reaktanten (bzw. die erste Verteilungsstruktur) eine periodische oder eine stochastische Form aufweist. Durch die periodische erste Verteilungsstruktur kann der Gasfluss auf eine einfache Weise eingestellt und prognostiziert werden. Durch die stochastische erste Verteilungsstruktur kann der Gasfluss gut verteilt werden.
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Zudem kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass der erste Bereich im Querschnitt zu einer Strömungsrichtung des Reaktanten gesehen eine sinusoidale Form, eine eckige Form oder eine Rillenform aufweist. Durch eine sinusoidale Form kann ein gleichmäßiger Übergang des Reaktanten aus der ersten Verteilerstruktur in die zweite Verteilerstruktur erreicht und die Oberfläche hierzu vergrößert werden. Zudem kann dadurch die Auflagefläche zwischen der Gasverteilerstruktur und der Bipolarplatte reduziert werden, wodurch die Ansammlungen des Produktwassers in der Zelle noch weiter reduziert werden können. Durch eine eckige Form oder eine Rillenform kann die Herstellung der ersten Verteilerstruktur vereinfacht werden. Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der erste Bereich der Gasverteilerstruktur mit beiden Verteilerstrukturen unterschiedlicher Größenordnungen in einer einzigen Form ausgebildet werden kann. Weiterhin ist es denkbar, dass der erste Bereich der Gasverteilerstruktur aus einem Block hergestellt wird, wobei an der Oberseite des Blocks entsprechende Strukturelemente durch eine Abtragung oder gezielte Umformung bzw. Verdichtung des Materials der Schaumstruktur hergestellt werden können.
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Außerdem kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass der erste Bereich in der Verteilerebene des Reaktanten mehrere parallele, in ihrer Breite und/oder Höhe zulaufende oder abwechselnd zulaufende, gleich lange oder unterschiedlich lange Rillen und/oder Erhebungen aufweist. Durch parallele Rillen und/oder Erhebungen kann die Herstellung der ersten Verteilerstruktur vereinfacht werden. Durch zulaufende Rillen und/oder Erhebungen kann der Druckabfall beim Verteilen des Reaktanten gezielt beeinflusst, bspw. gemindert werden und die Bedingungen innerhalb der Zelle den verschiedenen Erfordernissen an den jeweiligen Stellen (z. B. Anfang, Mitte, Ende des Flow-Fields) angepasst werden. Bei abwechselnd zulaufenden Rillen kann es vorteilhaft sein, den Reaktanten aus unterschiedlichen Richtungen in die Brennstoffzelle einzuleiten. Da der Übergang aus der ersten Verteilerstruktur in die zweite Verteilerstruktur durch die Poren der Schaumstruktur erfolgt, brauchen die Rillen und/oder Erhebungen nicht über die gesamte Länge des Gasflusses ausgebildet werden. Dadurch kann die Stabilität der Gasverteilerstruktur erhöht werden.
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Ferner kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass der zweite Bereich eine ebene Lage parallel zur Membran-Elektrodeneinheit der Brennstoffzelle bildet. Somit kann sichergestellt werden, dass der nun fein verteilte Reaktant gleichmäßig der aktiven Fläche an der Membran-Elektrodeneinheit zugefügt wird. Außerdem kann dadurch der elektrische Anschluss an die aktive Fläche der Membran-Elektrodeneinheit zuverlässig hergestellt werden.
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Auch ist es möglich, dass der erste Bereich mithilfe von Electrical Discharge Machining oder Multi Wire Electrical Discharge Machining ausgebildet ist. Somit kann eine feinporige Schaumstruktur bereitgestellt werden, deren Porengröße unabhängig von den Abmessungen der Schaumstruktur eingestellt werden kann. Außerdem kann dadurch eine schnelle und kostengünstige Herstellung von Gasverteilerstrukturen im Sinne der Erfindung ermöglicht werden.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der erste Bereich und der zweite Bereich stoffschlüssig und/oder durch Verpressen miteinander verbunden sind. Somit kann eine elektrische Verbindung mit einem geringen elektrischen Widerstand sowie eine gute thermische Leitfähigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich erreicht werden.
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Ferner stellt die Erfindung eine Brennstoffzelle bereit, die auf einer Kathodenseite und/oder auf einer Anodenseite mindestens eine Gasverteilerstruktur aufweist, die, wie oben beschrieben, ausgeführt sein kann. Mithilfe der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele:
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- Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur und die erfindungsgemäße Brennstoffzelle und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1a eine beispielhafte Brennstoffzelle nach dem Stand der Technik,
- 1b eine weitere beispielhafte Brennstoffzelle nach dem Stand der Technik,
- 2 eine beispielhafte Brennstoffzelle im Sinne der Erfindung,
- 3 eine beispielhafte Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung für eine Brennstoffzelle gemäß der 2,
- 4 unterschiedliche Beispiele einer Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung im Querschnitt durch die Gasverteilerstruktur, und
- 5 unterschiedliche Beispiele einer Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung in einer Draufsicht auf die Gasverteilerstruktur.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
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Die 1a zeigt ein erstes Beispiel einer bekannten Brennstoffzelle 100*, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Bei der Brennstoffzelle 100* gemäß der 1a wird eine Gasverteilerstruktur 10* eingesetzt, die eine Gasdiffusionslage GDL für eine feine Verteilung und eine Bipolarplatte 101 in Form eines geprägten Bleches für eine grobe Verteilung des Reaktanten umfasst. Dabei entsteht jedoch die Gefahr von Wasseransammlungen unter den Stegen des geprägten Bleches der Bipolarplatte 101. Die Bereiche der aktiven Fläche der Membran 103 können dadurch blockiert werden. Somit kann die Diffusion der Wasserstoffionen H+ durch die Membran 103 behindert und der Betrieb der Brennstoffzelle 100* gestört werden. Außerdem können durch die Stege des geprägten Bleches die darunter liegende Bereiche der Gasdiffusionslage GDL verformt werden. Zudem kann der Gasfluss der Reaktanten unter den Stegen der Bipolarplatten 101, 102 durch die Wasseransammlungen behindert werden.
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Die 1b zeigt ein weiteres Beispiel einer bekannten Brennstoffzelle 100**, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Bei dieser Brennstoffzelle 100** wird zumindest auf der Kathodenseite K der Membran 103 eine Gasverteilerstruktur 10** aus einem elektrisch leitfähigen Schaum eingesetzt, die durch eine flache Bipolarplatte 101 vom Anodenbereich A abgegrenzt ist. Dabei wird jedoch die Gaszufuhr nur mit erheblichen Druckverlusten ermöglicht. In einer solchen Brennstoffzelle 100** werden hohe Anforderungen an den Verdichter zum Bereitstellen der Kathodenluft aufgestellt, die mit hohen Kosten und Energieverlusten einhergehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 2 bis 5 erklärt.
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Wie es die 2 zeigt, stellt die vorliegende Erfindung eine Gasverteilerstruktur 10 für eine Brennstoffzelle 100, bspw. eine PEM-Brennstoffzelle, oder für einen Elektrolyseur bereit, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle 100 dient. Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 umfasst dabei einen ersten Bereich 11 mit einer ersten, insbesondere groben, Verteilerstruktur S1 und mit einer zweiten nachgeordneten Verteilerstruktur S2 zum Verteilen des Reaktanten in der Brennstoffzelle 100, wobei der erste Bereich 11 an eine Bipolarplatte 101 der Brennstoffzelle 100 angrenzt, wobei die Bipolarplatte 101 nun in Form einer dünnen und flachen Platte ausgebildet sein kann. Zudem umfasst die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 einen zweiten Bereich 12 mit einer dritten, insbesondere feinen bzw. der ersten Verteilerstruktur S1 und der zweiten Verteilerstruktur S2 untergeordneten, Verteilerstruktur S3 zum gleichmäßigen Verteilen des Reaktanten über einer Membran-Elektrodeneinheit 103 der Brennstoffzelle 100, wobei der zweite Bereich 12 an die Membran-Elektrodeneinheit 103 angrenzt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der erste Bereich 11 durch eine Schaumstruktur S und der zweite Bereich 12 durch eine Gasdiffusionslage GDL gebildet sind.
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Zwischen dem ersten Bereich 11 und dem zweiten Bereich 12 ist ein Übergang in Form einer ebenen Lage (Teil von Bereich 11) vorgesehen. Zudem bildet der zweite Bereich 12 eine ebenfalls ebene Lage am Übergang zur Membran-Elektrodeneinheit 103. Am Übergang zur flachen Bipolarplatte 101 ist durch die Ausformung der Oberseite der Schaumstruktur S die erste bzw. grobe Verteilerstruktur S1 in der Größenordnung zwischen 0,1 mm bis 1,5 mm gebildet. Gemeint sind dabei die Abmessungen der einzelnen Strukturelemente der ersten Verteilerstruktur S1. Die Höhe der Rillen von S1 kann 0,05 mm bis 0,5 mm betragen. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass alle genannten Größen von der Porengröße der Schaumstruktur S entkoppelt sind.
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Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 kann vorzugsweise auf der Kathodenseite K der Brennstoffzelle 100 von Vorteil sein, um Wasseransammlungen an der Membran-Elektrodeneinheit 103 zu vermeiden und die Verteilung des Reaktanten mit geringen Druckverlusten zu ermöglichen. Gleichwohl ist es ebenfalls denkbar, obwohl dies nicht in den Figuren dargestellt ist, dass die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 zudem auf der Anodenseite A der Brennstoffzelle 100 von Vorteil sein kann, um den Gasfluss der Reaktanten an beiden Seiten A, K der Brennstoffzelle 100 zu begünstigen. Die Membran-Elektrodeneinheit 103 im Rahmen der Erfindung kann durch eine Membran 103 mit einer Katalysatorschicht zum Auslösen und Fördern der elektrochemischen Reaktion, bspw. aus Platin, gebildet werden.
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Die Schaumstruktur S im Sinne der Erfindung bildet den ersten Bereich 11 der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur 10. Am Übergang zur Gasdiffusionslage GDL, also zum zweiten Bereich 12 im Sinne der Erfindung, bildet die Schaumstruktur S insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen geprägten Blechen den Vorteil einer sehr viel feineren und gleichmäßigeren Auflage. Gleichzeitig bildet die erfindungsgemäße Schaumstruktur S am Übergang zur Bipolarplatte 101 eine grobe Verteilerstruktur S1, sodass der Strömungswiderstand für die Gasströmung auf eine vorteilhafte Weise reduziert ist. In Alleinstellung ist die erfindungsgemäße Schaumstruktur S in der 3 gezeigt.
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Mit anderen Worten bietet die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 beides, eine homogene Auflage auf der Gasdiffusionslage GDL und einen geringen Strömungswiderstand beim Einführen des Reaktanten in die Brennstoffzelle 100. Die erste Verteilerstruktur S1 an der der Gasdiffusionslage GDL abgewandten Seite der Schaumstruktur S kann vorteilhafterweise mittels eines Electrical Discharge Machining (EDM) oder eines Multi Wire Electrical Discharge Machining (MWEDM) hergestellt werden.
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Die Schaumstruktur S weist somit zwei Verteilerstrukturen unterschiedlicher Größenordnungen (S1 und S2) auf. Die erste Verteilerstruktur S1 dient der groben Verteilung des Reaktanten in der Brennstoffzelle 100. Die zweite Verteilerstruktur S2, die der ersten Verteilerstruktur S1 untergeordnet ist, ist durch die innere Zusammensetzung der Schaumstruktur S bereitgestellt, also durch die offenen Poren der Schaumstruktur S. Schließlich dient der zweite Bereich 12 mit der feinsten dritten Verteilerstruktur S3 eine gleichmäßige Verteilung des Reaktanten über die aktive Fläche der Membran-Elektrodeneinheit 103.
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Die Gasdiffusionslage GDL kann durch ein fein poriges, faserartiges bzw. gewebeartiges Gebilde aus Kohlenstoff bzw. Graphit gebildet sein.
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Die erste Verteilungsstruktur S1 zur Auflage auf der Bipolarplatte 101 kann unterschiedliche Formen bzw. Ausprägungen aufweisen, wie es im Nachfolgenden die 4 und 5 zeigen.
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Wie es die 4 zeigt, können die einzelnen Elemente der ersten Verteilungsstruktur S1 in Form von unterschiedlichen eckigen, abgerundeten oder dreieckförmigen Strukturelementen, bspw. Rillen ausgeformt sein, die von der Größe her variieren können und die in unterschiedlichen Abständen zueinander ausgebildet sein können. Allerdings sind die genannten Formen lediglich als beispielhafte Ausführungen anzusehen und können auch anders ausgeprägt sein.
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Wie es die 5 außerdem zeigt, kann der erste Bereich 11 in der Verteilerebene x, y des Reaktanten mehrere parallele, zulaufende oder abwechselnd zulaufende, gleich lange oder unterschiedlich lange Rillen R und/oder Erhebungen E als Strukturelemente aufweisen. Dabei ist es ersichtlich, dass die Rillen R und/oder Erhebungen E nicht über die gesamte Länge des Gasflusses ausgebildet werden brauchen, da der Übergang aus der ersten Verteilerstruktur S1 in die zweite Verteilerstruktur S2 durch die Poren der Schaumstruktur S erfolgt.
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Mithilfe der Erfindung kann somit eine Gasverteilerstruktur 10 bereitgestellt werden, die eine gleichmäßige Auflage auf der Gasdiffusionslage GDL bildet und die einen geringen Strömungswiderstand bei der Verteilung des Reaktanten in der Brennstoffzelle 100 ermöglicht. Somit kann die Gefahr von Wasseransammlungen an der Kathodenseite K der Membran-Elektrodeneinheit 103 zuverlässig reduziert werden und ein Verdichter mit geringen Abmessungen ermöglicht werden, der nur wenig Strom für seinen Betrieb erfordert.
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Die voranstehende Beschreibung der 2 bis 5 beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
