DE102018204605A1 - Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasverteilerstruktur (10) für eine Brennstoffzelle (100), die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle (100) dient, aufweisend einen ersten Bereich (11) mit einer ersten Verteilerstruktur (S1) zum Bereitstellen des Reaktanten in die Brennstoffzelle (100), wobei der erste Bereich (11) an einer Bipolarplatte (101) der Brennstoffzelle (100) zur Auflage bringbar ist, und einen zweiten Bereich (12) mit einer zweiten Verteilerstruktur (S2) zum Verteilen des Reaktanten über einer Membran (103) der Brennstoffzelle (100), wobei der zweite Bereich (12) an der Membran (103) zur Auflage bringbar ist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Bereich (11) und der zweite Bereich (12) durch eine Gasdiffusionslage (GDL) gebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Brennstoffzelle nach dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch.
  • Stand der Technik
  • Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. Bei Brennstoffzellen wird Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 zur Energiegewinnung in Wasser H2O, elektrische Energie und Wärme umgewandelt. In der 1a ist schematisch der Aufbau einer bekannten Brennstoffzelle 100*, insbesondere einer PEM-Brennstoffzelle gezeigt. Die Brennstoffzelle 100* umfasst fünf Komponenten. 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 für die elektrochemische Reaktion beschichtet sind. Die Gasdiffusionslagen GDL sind wiederum zwischen zwei Bipolarplatten 101, 102 angeordnet. Ein Stapel bzw. eine Wiederholungseinheit dieses Aufbaus bildet einen (Brennstoffzellen-)Stack.
  • Die Bipolarplatten 101, 102 dienen zum groben Verteilen der Reaktionsgase bzw. der Reaktanten in die Brennstoffzelle 100*. Die mikroporösen Gasdiffusionslagen GDL, übernehmen letztlich die feine Verteilung der Reaktionsgase über der Membran 103 sowie die Abführung von Produktwasser H2O von der Membran 103 in die Struktur der Bipolarplatten 101, 102.
  • Um die grobe Verteilung der Betriebsmedien mit einem geringen Druckverlust und ohne größere Kosten zu gewährleisten, werden die Bipolarplatten 101, 102 typischerweise durch Prägen einer Kanalstruktur in ein ca. 0,1 mm dickes Blech hergestellt (vgl. 1a). Die Kanal- und Stegbreiten oder allgemein die Strukturgrößen liegen dabei in einer Größenordnung von 1-2 mm. Problematisch ist dabei die Wasseransammlung in den Gasdiffusionslagen GDL unter den Stegen der Bipolarplatte 101 auf der Kathodenseite K der Brennstoffzelle 100* (s. 1b). Zudem wird der Gasfluss unter den Stegen der Bipolarplatten 101, 102 behindert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung sieht eine Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle vor, 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. 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.
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, vor, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, aufweisend einen ersten Bereich mit einer ersten, insbesondere groben, Verteilerstruktur zum Bereitstellen des Reaktanten in die Brennstoffzelle, wobei der erste Bereich an einer Bipolarplatte der Brennstoffzelle zur Auflage bringbar ist, und einen zweiten Bereich mit einer zweiten, insbesondere feinen bzw. untergeordneten, Verteilerstruktur zum Verteilen des Reaktanten über einer Membran der Brennstoffzelle, wobei der zweite Bereich an der Membran zur Auflage bringbar ist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Bereich und der zweite Bereich durch eine Gasdiffusionslage gebildet sind.
  • Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur kann besonders auf der Kathodenseite der Bipolarplatte vorteilhaft sein, um Wasseransammlungen an der Membran zu vermeiden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur auf beiden Seiten der Membran vorteilhaft sein, um den Gasfluss an beiden Seiten der Brennstoffzelle zu begünstigen. Dank der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur kann die Bipolarplatte auf der Kathodenseite planar ausgestaltet sein, bspw. als ein flaches Blech. Auf der Anodenseite kann die Bipolarplatte ein geprägtes metallisches Blech aufweisen. Zwischen den beiden Blechen kann ein Kühlmittel aufgenommen werden. Als Gasdiffusionslage ist dabei ein offen poröses, feines gewebe- oder vliesartiges Kohlenstoffpapier denkbar. An der Kontaktfläche untereinander kann entweder die Membran oder die Gasdiffusionslage mit einem Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion, bspw. Platin, beschichtet werden.
  • Ein Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass eine vereinte Gasverteilerstruktur für eine grobe Zuleitung in die Brennstoffzelle und eine feine Verteilung des Reaktanten bzw. des Reaktionsgases in der Brennstoffzelle bereitgestellt wird. Die erste bzw. grobe Verteilerstruktur kann dabei durch die Form der Oberseite der Gasdiffusionslage gebildet werden, die an der Bipolarplatte zur Auflage kommt. Die feine bzw. zweite Verteilerstruktur kann dabei durch die innere Zusammensetzung der Gasdiffusionslage als ein offen poröses, feines gewebe- oder vliesartiges Kohlenstoffpapier bereitgestellt werden. Durch die grobe Verteilerstruktur wir ein grobes Verteilen des Reaktanten in der Brennstoffzelle mit einem geringen Druckverlust und ohne großen Kostenaufwand, bspw. beim Auslegen eines Verdichters, bereitgestellt. Durch die feine Verteilerstruktur wird der Reaktant bzw. das Reaktionsgas gleichmäßig über der aktiven Fläche der Membran verteilt.
  • Mit anderen Worten liegt der Erfindungsgedanke darin, dass eine vereinte Gasverteilerstruktur aus einer einzigen durchgehenden Gasdiffusionslage bereitgestellt wird, die an der Oberseite mit einer groben Verteilerstruktur versehen wird. Im Rahmen einer einzigen, durchgehenden Gasdiffusionslage werden also die grobe und die feine Verteilerstruktur vereint. Die grobe Verteilerstruktur als Form der Oberseite der Gasdiffusionslage ersetzt dabei die geprägte Kanalstruktur in der kathodenseitigen Bipolarplatte, die nun als ein einfaches flaches Blech ausgebildet sein kann. Somit werden Wasseransammlungen von der aktiven Fläche der Membran auf Abstand gehalten und nahezu vermieden. Zudem werden somit jeweilige Hindernisse (in Form von gasundurchlässigen Stegen in den geprägten Blechstrukturen der Bipolarplatten) für den Fluss der Reaktionsgase eliminiert.
  • Die grobe Verteilerstruktur kann dabei in Form von Erhebungen an der Oberseite der Gasdiffusionslage ausgeformt werden, die an der Bipolarplatte zur Auflage kommt. Zwischen den Erhebungen werden die Kanäle für den nahezu ungehinderten Gasfluss der Reaktionsgase gebildet. Die Erhebungen können in Form von Noppen, Wülsten, Säulen oder dergleichen ausgebildet sein. Die an der Oberseite strukturierte Gasdiffusionslage kann außerdem mit unterschiedlichen Porositäten hergestellt werden. Die Oberseite der strukturierten Gasdiffusionslage sowie die einzelnen Fasern der Gasdiffusionslage können zudem mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen werden.
  • Beide Probleme, die Ansammlung von Produktwasser unter den Stegen der Bipolarplatten auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle sowie die Behinderung des Gasflusses zur Membran auf beiden Seiten der Brennstoffzelle werden durch die Erfindung auf eine vorteilhafte Weise behoben oder zumindest gemindert. Anwendungsbereiche für die Erfindung können Brennstoffzellen und Elektrolyseure mit einer Polymermembran sein. Diese Membran kann entweder leitfähig für Protonen oder Hydroxid-Ionen sein.
  • Ferner kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass die Gasdiffusionslage aus einem faserartigen und/oder vliesartigen Kohlenstoffmaterial ausgebildet ist. Somit kann durch die innere Zusammensetzung der Gasdiffusionslage eine feine Verteilung der Reaktanten über der aktiven Fläche der Membran ermöglicht werden.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass der erste Bereich eine periodische oder eine stochastische erste Verteilerstruktur aufweist. Durch eine periodische erste Verteilerstruktur kann der Gasfluss auf eine einfache Weise eingestellt und prognostiziert werden. Außerdem kann durch eine bestimmte periodische Ausformung der ersten Verteilerstruktur der Druckabfall beim Fluss des Reaktionsgases bzw. des Reaktanten vermindert werden. Durch eine stochastische erste Verteilerstruktur kann wiederum die Herstellung der Gasverteilerstruktur vereinfacht werden.
  • Ferner kann es vorgesehen sein, dass der erste Bereich eine Oberseite aufweist, die an der Bipolarplatte zur Auflage kommt, an der die erste Verteilerstruktur ausgeformt ist, wobei die Oberseite im Schnitt quer zu einer Strömungsrichtung des Reaktanten durch die Gasverteilerstruktur 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 vermindert werden, wodurch die Wasseransammlungen noch weiter reduziert werden können. Durch eine eckige Form kann die Herstellung der ersten Verteilerstruktur jedoch vereinfacht werden. Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Gasverteilerstruktur in einer einzigen Form ausgebildet werden kann. Weiterhin ist es denkbar, dass die Gasverteilerstruktur aus einem Block hergestellt wird, wobei an der Oberseite des Blocks Rillen durch eine Abtragung des Materials der Gasdiffusionslage hergestellt werden.
  • Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, dass der erste Bereich in der Verteilerebene des Reaktanten mehrere parallele, zulaufende (bzw. sich verjüngende) oder abwechselnd zulaufende, gleich lange oder unterschiedliche lange Rillen oder Erhebungen aufweist. Durch parallele Rillen oder Erhebungen kann die Herstellung der ersten Verteilerstruktur vereinfacht werden. Durchzulaufende Rillen oder Erhebungen kann der Druckabfall beim Verteilen des Reaktanten gezielt gemindert 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 Gasdiffusionslage erfolgt, brauchen die Rillen oder Erhebungen nicht über die gesamte Länge des Gasflusses ausgebildet werden. Dadurch kann die Stabilität der Gasverteilerstruktur erhöht werden.
  • Außerdem ist es zweckmäßig, dass der zweite Bereich eine ebene Unterseite aufweist, die flächig an der Membran zur Auflage kommt. Dadurch kann ein gleichmäßiges Verteilen des Reaktanten über der Membran durch die Poren der Gasdiffusionslage erreicht werden, wodurch der Effizienzgrad erhöht werden kann.
  • Ebenfalls erscheint es zweckmäßig, dass der erste Bereich und der zweite Bereich in einem Verfahrensschritt ausgeformt sind. Somit kann der Herstellungsprozess der Gasverteilerstruktur schnell und kostengünstig erfolgen.
  • Weiterhin kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass der erste Bereich und der zweite Bereich einstückig, materialeinheitlich und/oder monolithisch (aus einem Stoff bzw. Material) ausgebildet sind. Somit kann der Zusammenbau einer Brennstoffzelle oder eines Stacks mit mehreren Brennstoffzellen vereinfacht werden.
  • Des Weiteren stellt die Erfindung eine Brennstoffzelle und/oder Brennstoffzellenstack 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.
  • Figurenliste
  • 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 Problematiken bei der Brennstoffzelle nach der 1a,
    • 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen vereinten Gasverteilerstruktur mit einer ersten groben Verteilerstruktur und einer zweiten feinen Verteilerstruktur,
    • 3a ein mögliches Ausführungsbeispiel einer ersten groben Verteilerstruktur im Sinne der Erfindung,
    • 3b ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel einer ersten groben Verteilerstruktur im Sinne der Erfindung,
    • 3c ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel einer ersten groben Verteilerstruktur im Sinne der Erfindung,
    • 4a eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen vereinten Gasverteilerstruktur mit einer ersten groben Verteilerstruktur in Form von Rillen,
    • 4b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen vereinten Gasverteilerstruktur mit einer ersten groben Verteilerstruktur in Form von Noppen,
    • 5a ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzelle im Sinne der Erfindung, und
    • 5b ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzelle im Sinne der Erfindung.
  • In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
  • Die 1a zeigt ein klassisches Beispiel einer bekannten Brennstoffzelle 100*, die wie oben beschrieben ausgeführt ist. Bei der Brennstoffzelle 100* gemäß der 1a entsteht jedoch auf der Kathodenseite K der Brennstoffzelle* (s. 1b) die Gefahr der Wasseransammlungen unter den Stegen der kathodenseitigen Bipolarplatte 101. Die Bereiche der aktiven Fläche der Membran 103 können dadurch blockieren. Somit kann die Diffusion der Wasserstoffionen H+ durch die Membran 103 behindert und der Betrieb der Brennstoffzelle 100* gestört werden. Zudem wird der Gasfluss der Reaktanten unter den Stegen der Bipolarplatten 101, 102 durch die Wasseransammlungen behindert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 5b erklärt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Gasverteilerstruktur 10 für eine Brennstoffzelle 100, bspw. eine PEM-Brennstoffzelle, bereit, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle 100 dient. Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 umfasst einen ersten Bereich 11 mit einer ersten, vorzugsweise groben, Verteilerstruktur S1 zum Bereitstellen des Reaktanten in die Brennstoffzelle 100, wobei der erste Bereich 11 an einer Bipolarplatte 101 der Brennstoffzelle 100 zur Auflage bringbar ist, und einen zweiten Bereich 12 mit einer zweiten, insbesondere feinen bzw. untergeordneten, Verteilerstruktur S2 zum Verteilen des Reaktanten über einer Membran 103 der Brennstoffzelle 100, wobei der zweite Bereich 12 an der Membran 103 zur Auflage bringbar ist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Bereich 11 und der zweite Bereich 12 durch eine Gasdiffusionslage GDL gebildet sind. Als Gasdiffusionslage GDL ist dabei ein offen poröses, feines gewebe- oder vliesartiges Kohlenstoffpapier denkbar.
  • Somit stellt die Erfindung eine vereinte Gasverteilerstruktur 10 für eine grobe Zuleitung des Reaktanten in die Brennstoffzelle 100 und eine feine Verteilung des Reaktanten in der Brennstoffzelle 100 bereit.
  • Wie es aus den 2 und 3a bis 3c sowie 5a und 5b ersichtlich ist, ist die erste bzw. grobe Verteilerstruktur S1 der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur 10 durch die Ausformung der Oberseite 11.1 der Gasdiffusionslage GDL im ersten Bereich 11 der Gasverteilerstruktur 10 gebildet, wobei die Oberseite 11.1 der Gasverteilerstruktur 10 an der Bipolarplatte 103 der Brennstoffzelle 100 zur Auflage kommt. Durch die grobe Verteilerstruktur S1 wird ein grobes Verteilen des Reaktanten in der Brennstoffzelle 100 mit einem geringen Druckverlust und ohne großen Kostenaufwand bereitgestellt.
  • Wie es des Weiteren aus den 2 sowie 5a und 5b zum Ausdruck kommt, ist die feine bzw. zweite Verteilerstruktur S2 der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur 10 durch die innere Zusammensetzung der Gasdiffusionslage GDL als ein offen poröses, feines gewebe- oder vliesartiges Kohlenstoffpapier bereitgestellt. Durch die feine Verteilerstruktur S2 wird der Reaktant bzw. das Reaktionsgas gleichmäßig über der aktiven Fläche der Membran 103 verteilt.
  • Somit werden im Rahmen einer einzigen, durchgehenden Gasdiffusionslage GDL die grobe Verteilerstruktur S1 und die feine Verteilerstruktur S2 vereint.
  • Die grobe Verteilerstruktur S1 an der Oberseite 11.1 der Gasdiffusionslage GDL ersetzt dabei die geprägte Kanalstruktur in der herkömmlichen kathodenseitigen Bipolarplatte 101, die in den 1a und 1b gezeigt wurde. Gemäß der Erfindung kann die kathodenseitige Bipolarplatte 101 nun als ein einfaches flaches Blech ausgebildet sein.
  • Die Wasseransammlungen an der Kontaktfläche zwischen der kathodenseitigen Bipolarplatte 101 und der erfindungsgemäßen Gasdiffusionslage GDL können sich nicht, wenn überhaupt, zur aktiven Fläche der Membran 103 ausbreiten. Zudem wird der Fluss der Reaktanten durch die erfindungsgemäße Gasdiffusionslage GDL nicht unterbrochen. Beide Probleme, die Ansammlung von Produktwasser H2O unter den Stegen der Bipolarplatte 101 auf der Kathodenseite K der Brennstoffzelle 100 sowie die Behinderung des Gasflusses zur Membran 103 auf beiden Seiten A, K der Brennstoffzelle 100 werden durch die Erfindung auf eine vorteilhafte Weise behoben. Anwendungsbereiche für die Erfindung können Brennstoffzellen 100 und Elektrolyseure mit einer Polymermembran 103 sein. Diese Membran 103 kann entweder leitfähig für Protonen oder Hydroxid-Ionen sein.
  • Wie es die 2 andeutet, kann die grobe Verteilerstruktur S1 an der Oberseite 11.1 des ersten Bereiches 11 in Form von Erhebungen ausgeformt sein. Gleichzeitig weist der zweite Bereich 12 eine ebene Unterseite 12.1 auf, die flächig an der Membran 103 zur Auflage kommt. Dadurch kann ein gleichmäßiges Verteilen des Reaktanten über der Membran 103 durch die Poren der Gasdiffusionslage GDL erreicht werden.
  • Wie es weiterhin die 3a bis 3c zeigen, kann die grobe Verteilerstruktur S1 unterschiedliche Formen aufweisen. Im Querschnitt durch die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10, der quer zu einer Strömungsrichtung x des Reaktanten gebildet ist, kann die grobe Verteilerstruktur S1 eine Sinusform (s. 3a), eine eckige Form (s. 3b) oder eine Rillenform (s. 3c) aufweisen. Je nach Verwendung oder Herstellung kann die eine oder die andere Form der Gasverteilerstruktur 10 von Vorteil sein.
  • Wie es die 4a und 4b zeigen, kann die grobe Verteilerstruktur S1 an der Oberseite 11.1 des ersten Bereiches 11 in Form von Noppen oder Rillen bzw. Wülsten ausgebildet sein. Mithilfe von Noppen kann die Auflagefläche zwischen der Gasdiffusionslage GDL und der Bipolarplatte 101 reduziert werden, wodurch die Gefahr der Wasseransammlungen zuverlässig vermieden wird. Mithilfe von Rillen kann wiederum eine einfache Montage der Gasverteilerstruktur 10 gewährleistet werden.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der erste Bereich 11 eine periodische (vgl. 4a und 4b) oder eine stochastische (nicht dargestellt) erste Verteilerstruktur S1 aufweisen kann. Durch eine periodische erste Verteilerstruktur S1 kann der Gasfluss auf eine einfache Weise eingestellt und prognostiziert werden. Außerdem kann durch eine periodische erste Verteilerstruktur S1 der Druckabfall beim Fluss des Reaktionsgases bzw. des Reaktanten gezielt vermindert werden, bspw. durchzulaufende Rillen. Durch eine stochastische erste Verteilerstruktur S1 kann jedoch die Herstellung der Gasverteilerstruktur 10 vereinfacht werden.
  • Die erste Verteilerstruktur S1 kann in nur einem gemeinsamen Herstellungsschritt mit der Gasverteilerstruktur 10 bereitgestellt werden. Gleichwohl ist es denkbar, dass zunächst ein monolithischer Block aus einer Gasdiffusionslage GDL bereitgestellt wird und danach die erste Verteilerstruktur S1 durch Abtragen des Materials der Gasdiffusionslage GDL an der Oberseite 11.1 im ersten Bereich 12 ausgebildet wird.
  • Zudem ist es denkbar, dass der erste Bereich 11 der Gasverteilerstruktur 10 in der Verteilerebene des Reaktanten mehrere parallele (s. 4a), zulaufende (nicht dargestellt) oder abwechselnd zulaufende (nicht dargestellt), gleich lange (nicht dargestellt) oder unterschiedliche lange (nicht dargestellt) Rillen oder Erhebungen aufweisen kann.
  • Wie es die 5a zeigt, kann die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 auf der Kathodenseite K der Brennstoffzelle 100 vorgesehen sein, um Wasseransammlungen an der Membran 103 zu vermeiden. Im Beispiel der 5a kann auf der Anodenseite A der Brennstoffzelle 100 eine ebene Gasdiffusionslage GDL als eine feine Gasverteilerstruktur 112 eingesetzt werden. Wie es weiterhin die 5b zeigt, kann die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 auf beiden Seiten, der Anodenseite A und der Kathodenseite K, der Membran 103 vorgesehen sein, um den Gasfluss an beiden Seiten A, K der Membran 103 zu begünstigen. Bei beiden Ausführungsformen kann in Kombination mit der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur 10 die Bipolarplatte 101 auf der Kathodenseite K planar ausgestaltet sein, bspw. als ein flaches Blech. Auf der Anodenseite A kann die Bipolarplatte 102 gemäß beider 5a und 5b weiterhin als ein geprägtes metallisches Blech ausgebildet sein. Zwischen den beiden Bipolarplatten 101, 102 kann ein Kühlmittel, bspw. Wasser H20, aufgenommen werden.
  • Die voranstehende Beschreibung der 2 bis 5b 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.

Claims (9)

  1. Gasverteilerstruktur (10) für eine Brennstoffzelle (100), die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle (100) dient, aufweisend: einen ersten Bereich (11) mit einer ersten Verteilerstruktur (S1) zum Bereitstellen des Reaktanten in die Brennstoffzelle (100), wobei der erste Bereich (11) an einer Bipolarplatte (101) der Brennstoffzelle (100) zur Auflage bringbar ist, und einen zweiten Bereich (12) mit einer zweiten Verteilerstruktur (S2) zum Verteilen des Reaktanten über einer Membran (103) der Brennstoffzelle (100), wobei der zweite Bereich (12) an der Membran (103) zur Auflage bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (11) und der zweite Bereich (12) durch eine Gasdiffusionslage (GDL) gebildet sind.
  2. Gasverteilerstruktur (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionslage (GDL) aus einem faserartigen und/oder vliesartigen Kohlenstoffmaterial ausgebildet ist.
  3. Gasverteilerstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (11) eine periodische oder eine stochastische erste Verteilerstruktur (S1) aufweist.
  4. Gasverteilerstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (11) eine Oberseite (11.1) aufweist, die an der Bipolarplatte (101) zu Auflage kommt, an der die erste Verteilerstruktur ausgeformt ist, wobei die Oberseite (11.1) im Schnitt quer zu einer Strömungsrichtung (x) des Reaktanten durch die Gasverteilerstruktur (10) gesehen eine sinusoidale Form, eine eckige Form oder eine Rillenform aufweist.
  5. Gasverteilerstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (11) in der Verteilerebene (x, y) des Reaktanten mehrere parallele, zulaufende oder abwechselnd zulaufende, gleich lange oder unterschiedliche lange Rillen (R) oder Erhebungen (E) aufweist.
  6. Gasverteilerstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (12) eine ebene Unterseite (12.1) aufweist, die flächig an der Membran (103) zur Auflage kommt.
  7. Gasverteilerstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (11) und der zweite Bereich (12) in einem Verfahrensschritt ausgeformt sind.
  8. Gasverteilerstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (11) und der zweite Bereich (12) einstückig, materialeinheitlich und/oder monolithisch ausgebildet sind.
  9. Brennstoffzelle (100), die auf einer Kathodenseite (K) und/oder auf einer Anodenseite (A) mindestens eine Gasverteilerstruktur (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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