DE102022107991A1

DE102022107991A1 - Fuel cell stack and method for supplying current to a membrane electrode arrangement of the fuel cell stack

Info

Publication number: DE102022107991A1
Application number: DE102022107991.0A
Authority: DE
Inventors: Markus RUF; Sebastian Rau
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-04-04
Filing date: 2022-04-04
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel (9) mit einer Mehrzahl jeweils aus einer Membran-Elektrodenanordnung MEA (7) mit beidseits angeordneten Polarplatten (1) gebildeten Brennstoffzellen (6), denen jeweils mindestens ein Strömungsverteiler (2) mit mindestens einem Medieneinlass (3) zur Zufuhr eines Mediums zugeordnet ist, wobei mindestens einer der Medieneinlässe (3) in zwei Teileinlässe (4a,4b) aufgeteilt ist, an die jeweils eine unterschiedliche Strömungsstruktur (5a, 5b) strömungsmechanisch angeschlossen ist, die das Medium zu der MEA (7) leitet, wobei in dem Medieneinlass (3) ein Stellglied (10) zur Regulierung des Medienstroms durch die Teileinlässe (4a, 4b) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beströmen der MEA (7).The invention relates to a fuel cell stack (9) with a plurality of fuel cells (6) each formed from a membrane electrode arrangement MEA (7) with polar plates (1) arranged on both sides, each of which has at least one flow distributor (2) with at least one media inlet (3). Supply of a medium is assigned, wherein at least one of the media inlets (3) is divided into two partial inlets (4a, 4b), to each of which a different flow structure (5a, 5b) is fluidly connected, which directs the medium to the MEA (7). , wherein an actuator (10) for regulating the media flow through the partial inlets (4a, 4b) is arranged in the media inlet (3). The invention further relates to a method for supplying flow to the MEA (7).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl jeweils aus einer Membran-Elektrodenanordnung (MEA) mit beidseits angeordneten Polarplatten gebildeten Brennstoffzellen, denen jeweils mindestens ein Strömungsverteiler mit mindestens einem Medieneinlass zur Zufuhr eines Mediums zugeordnet ist, wobei mindestens einer der Medieneinlässe in zwei Teileinlässe aufgeteilt ist, an die jeweils eine unterschiedliche Strömungsstruktur strömungsmechanisch angeschlossen ist, die das Medium zu der MEA leitet, wobei in dem Medieneinlass ein Stellglied zur Regulierung des Medienstroms durch die Teileinlässe angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beströmen der MEA.The invention relates to a fuel cell stack with a plurality of fuel cells each formed from a membrane electrode arrangement (MEA) with polar plates arranged on both sides, each of which is assigned at least one flow distributor with at least one media inlet for supplying a medium, with at least one of the media inlets being divided into two partial inlets , to which a different flow structure is fluidly connected, which directs the medium to the MEA, with an actuator for regulating the media flow through the partial inlets being arranged in the media inlet. The invention further relates to a method for flowing the MEA.

Brennstoffzellen dienen der Bereitstellung elektrischer Energie aus einer elektrochemischen Reaktion, in der ein Brennstoff, in der Regel Wasserstoff, mit einem Oxidationsmittel, in der Regel aus Luft entnommener Sauerstoff, reagiert. Zur Leistungssteigerung ist es dabei möglich, eine Mehrzahl von Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel zusammenzufassen, um insbesondere den Leistungsanforderungen zu genügen, die in Kraftfahrzeugen bestehen. Brennstoffzellen enthalten als Kernkomponente eine Membran-Elektrodenanordnung. Im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Mehrzahl zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasster Brennstoffzellen wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff (H₂) oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch der Anode zugeführt. An der Anode findet eine elektrochemische Oxidation von H₂ zu H⁺ unter Abgabe von Elektronen statt. Fuel cells are used to provide electrical energy from an electrochemical reaction in which a fuel, usually hydrogen, reacts with an oxidizing agent, usually oxygen taken from air. To increase performance, it is possible to combine a plurality of fuel cells into a fuel cell stack, in particular to meet the performance requirements that exist in motor vehicles. Fuel cells contain a membrane electrode arrangement as a core component. During operation of the fuel cell device with a plurality of fuel cells combined to form a fuel cell stack, the fuel, in particular hydrogen (H ₂ ) or a hydrogen-containing gas mixture, is supplied to the anode. An electrochemical oxidation of H ₂ to H ⁺ takes place at the anode with the release of electrons.

Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, so dass eine Reduktion von O₂ zu O₂ unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. OThe electrons provided at the anode are fed to the cathode via an electrical line. Oxygen or an oxygen-containing gas mixture is supplied to the cathode so that a reduction of O ₂ to O ₂ takes place with the absorption of electrons. O

Um für die Vielzahl der in einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasster Brennstoffzellen ausreichend Sauerstoff aus der Luft zur Verfügung zu stellen, wird im Kathodenkreislauf zur Versorgung der Kathodenräume des Brennstoffzellenstapels Luft mit dem darin enthaltenen Sauerstoff mittels eines Verdichters verdichtet, der in der Regel als elektrischer Verdichter ausgestaltet ist.In order to provide sufficient oxygen from the air for the large number of fuel cells combined in a fuel cell stack, air with the oxygen contained therein is compressed in the cathode circuit to supply the cathode spaces of the fuel cell stack by means of a compressor, which is usually designed as an electric compressor.

Die EP 1 246 289 A2 beschreibt einen Brennstoffzellenstapel mit zwei Flussfeldern, die ein Medium konstant senkrecht eintreffend auf die MEA und parallel zur MEA verlaufend leiten. Die US 2006/0280994 A1 zeigt einen Brennstoffzellenstapel mit orthogonaler Medienzuführung auf eine Kathodenplatte und einer parallelen Medienzuführung auf eine Anodenplatte. Diese Druckschrift zeigt jedoch keine orthogonale und parallele Medienzuführung für jeweils eine der Elektrodenplatten. Die CN 109065918 A beschreibt ein Testsystem für Brennstoffzellen mit einer Luftstromverteilung.The EP 1 246 289 A2 describes a fuel cell stack with two flow fields that constantly direct a medium perpendicular to the MEA and parallel to the MEA. The US 2006/0280994 A1 shows a fuel cell stack with orthogonal media supply to a cathode plate and a parallel media supply to an anode plate. However, this publication does not show an orthogonal and parallel media supply for each of the electrode plates. The CN 109065918 A describes a test system for fuel cells with airflow distribution.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brennstoffzellenstapel so weiterzubilden, dass dessen Effizienz und die maximale Stromstärke erhöht ist. Aufgabe ist weiterhin, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei gegebenen konstruktiven Aufbau die Effizienz eines Brennstoffzellenstapels weiter gesteigert werden kann.The object of the present invention is to develop a fuel cell stack in such a way that its efficiency and maximum current are increased. The task is also to specify a method with which the efficiency of a fuel cell stack can be further increased given the structural design.

Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a fuel cell stack with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 9. Advantageous embodiments with useful developments of the invention are specified in the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass in den Medieneinlass ein Stellglied zur Regulierung des Mediendurchflusses durch die Teileinlässe eingebracht ist. Die besagte Regulierung macht paralleles und orthogonales Beströmen der MEA variabel einstellbar und steigert die Effizienz sowie die maximale Stromstärke. Auch ist ein verbesserter Austrag von Flüssigwasser möglich.The fuel cell stack according to the invention is characterized in particular by the fact that an actuator for regulating the media flow through the partial inlets is introduced into the media inlet. The regulation in question makes parallel and orthogonal flow to the MEA variably adjustable and increases efficiency and maximum current. An improved discharge of liquid water is also possible.

Das Stellglied ist so gebildet, dass eine stufenlose Aufteilung der Medienströmung in beide Teileinlässe möglich ist. Dadurch kann je nach Betriebszustand rein paralleles Beströmen, rein orthogonales Beströmen und eine beliebige Mischform aus orthogonalem und parallelem Beströmen ermöglicht werden, um die Effizienz und die maximale Stromstärke des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen.The actuator is designed in such a way that a continuous division of the media flow into both partial inlets is possible. Depending on the operating state, this allows purely parallel flow, purely orthogonal flow and any mixed form of orthogonal and parallel flow to increase the efficiency and maximum current of the fuel cell stack.

In einer Ausführungsform ist das Stellglied als verstellbare Klappenvorrichtung gebildet, in einer weiteren Ausführungsform ist das Stellglied als Ventil gebildet. Beide Ausführungsformen machen die stufenlose Aufteilung der Medienströmung möglich. Jede weitere mechanische Ausführungsform, die eine stufenlose Aufteilung der Medienströmung ermöglicht ist als Stellglied anwendbar, wie zum Beispiel ein Schieber, der sich translatorisch zwischen den Teileinlässen und dem Medieneinlass bewegt.In one embodiment, the actuator is formed as an adjustable flap device; in a further embodiment, the actuator is formed as a valve. Both embodiments make the continuous distribution of the media flow possible. Any other mechanical embodiment that enables a continuous distribution of the media flow can be used as an actuator, such as a slider that moves translationally between the partial inlets and the media inlet.

Eine der strömungsmechanisch an die Teileinlässe angeschlossene erste Strömungsstruktur ist derart gebildet, dass das Medium orthogonal auf die MEA eintreffend geleitet wird, so dass die Strömungsstruktur als Umlenkelement beziehungsweise Prallplatte fungiert. Das orthogonale Eintreffen des Mediums auf die MEA steigert die maximale Stromstärke des Brennstoffzellenstapels.One of the first flow structures, which is fluidly connected to the partial inlets, is formed in such a way that the medium is directed orthogonally onto the MEA, so that the flow structure functions as a deflection element or baffle plate. The orthogonal arrival of the Medium on the MEA increases the maximum current of the fuel cell stack.

Eine strömungsmechanisch an die Teileinlässe angeschlossene zweite Strömungsstruktur ist derart gebildet, dass das Medium parallel zur MEA verlaufend geleitet wird. Der parallele Verlauf des Mediums zur MEA ermöglicht die Wasseraustragung aus dem Brennstoffzellenstapel.A second flow structure, which is fluidly connected to the partial inlets, is formed in such a way that the medium is guided parallel to the MEA. The parallel course of the medium to the MEA enables water to be removed from the fuel cell stack.

Um keine beweglichen Bauteile innerhalb des Brennstoffzellenstapels einbringen zu müssen, erfolgt die Anordnung des Stellglieds komplett außerhalb des Brennstoffzellenstapels. Eine Erhöhung der Komplexität des Brennstoffzellenstapels wird dadurch vermieden.In order not to have to introduce any moving components within the fuel cell stack, the actuator is arranged completely outside the fuel cell stack. This avoids an increase in the complexity of the fuel cell stack.

Jeweils mindestens ein Stellglied kann sowohl anoden- als auch kathodenseitig eingebracht werden. Auf der Anodenseite wird beispielsweise die Wasserstoffzufuhr und auf der Kathodenseite beispielsweise die Luftzufuhr geregelt. Ferner kann auf der Anodenseite auch eine Aufteilung nach frischem Wasserstoff und rezirkuliertem Wasserstoff getroffen werden. Auch durch diese Maßnahmen steigt die Effizienz des Brennstoffzellenstapels.At least one actuator can be installed on both the anode and cathode sides. For example, the hydrogen supply is regulated on the anode side and the air supply, for example, on the cathode side. Furthermore, a division into fresh hydrogen and recirculated hydrogen can also be made on the anode side. These measures also increase the efficiency of the fuel cell stack.

Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Ausgestaltungen und Wirkungen gelten in gleichem Maße für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages, advantageous configurations and effects described in connection with the fuel cell stack according to the invention apply equally to the method according to the invention.

Der Brennstoffzellenstapel, wie bis zu diesem Punkt beschrieben, arbeitet mit einem Verfahren zum Beströmen der MEA, um die Steigerung der Effizienz und der maximalen Stromstärke des Gesamtsystems zu erwirken. Dabei wird der Betriebszustand der Brennstoffzelle bestimmt und eine anschließende Regulierung und Leitung des Medienstroms durch die Teileinlässe mittels des variablen Stellglieds, das sich in einer Stellung entsprechend des Betriebszustandes befindet, veranlasst. Der Medienstrom wird dabei durch die orthogonal zur MEA leitende Strömungsstruktur, durch die parallel zur MEA leitende Strömungsstruktur oder durch beide Strömungsstrukturen mit variablen Anteilen des Medienstroms geleitet. So wird die Optimierung des Betriebszustandes des Brennstoffzellenstapels in Hinblick auf die Effizienz gewährleistet.The fuel cell stack, as described up to this point, uses a method of energizing the MEA to increase the efficiency and maximum current of the overall system. The operating state of the fuel cell is determined and the media flow is subsequently regulated and directed through the partial inlets by means of the variable actuator, which is in a position corresponding to the operating state. The media flow is guided through the flow structure that is orthogonal to the MEA, through the flow structure that is parallel to the MEA, or through both flow structures with variable portions of the media flow. This ensures the optimization of the operating state of the fuel cell stack in terms of efficiency.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of to abandon invention. Embodiments which are not explicitly shown or explained in the figure, but which emerge from the explained embodiments and can be generated by separate combinations of features are therefore also to be regarded as being encompassed and disclosed by the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:

1 eine Draufsicht auf eine Polarplatte mit Medieneinlässen,
2 eine Veranschaulichung des Beströmens der MEA, oben dargestellt für das orthogonale Beströmen, unten dargestellt für das parallele Beströmen
3 eine perspektivische Teilansicht des Brennstoffzellenstapels mit Teileinlässen und Eingängen der Strömungsstrukturen.

Further advantages, features and details of the invention emerge from the claims, the following description of preferred embodiments and the drawing. This shows:

1 a top view of a polar plate with media inlets,
2 an illustration of the flow to the MEA, shown above for orthogonal flow, shown below for parallel flow
3 a perspective partial view of the fuel cell stack with partial inlets and entrances of the flow structures.

In der 1 ist eine Polarplatte 1 gezeigt, wobei diese auf beiden Seiten einen Strömungsverteiler 2 und mehrere Medieneinlässe 3 für die Aufnahme des Medienstroms umfasst. Zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel einer der Medieneinlässe 3 eine Unterteilung in den Teileinlass 4a und den Teileinlass 4b auf. Es kann jedoch mehr als ein Medieneinlass 3 eine entsprechende Unterteilung besitzen. An die Teileinlässe 4a und 4b sind strömungsmechanisch jeweils unterschiedliche Strömungsstrukturen angeschlossen. Der unterteilte Medieneinlass 3 weist ein Stellglied 10 auf, dass die Strömungsstärke der Teilströmungen 8a und 8b durch die Teileinlässe 4a und 4b reguliert. Die Teilströmungen 8a und 8b resultieren aus dem Medienstrom, der vor der Aufteilung an den Teileinlässen 4a und 4b in dem Medieneinlass 3 geführt wird. Die Regulierung des Medienstroms steigert die Effizienz des Brennstoffzellenstapels 9.In the 1 a polar plate 1 is shown, which includes a flow distributor 2 and several media inlets 3 for receiving the media flow on both sides. In the exemplary embodiment shown, one of the media inlets 3 is divided into the partial inlet 4a and the partial inlet 4b. However, more than one media inlet 3 can have a corresponding subdivision. In terms of fluid mechanics, different flow structures are connected to the partial inlets 4a and 4b. The divided media inlet 3 has an actuator 10 that regulates the flow strength of the partial flows 8a and 8b through the partial inlets 4a and 4b. The partial flows 8a and 8b result from the media flow, which is guided in the media inlet 3 before the division at the partial inlets 4a and 4b. Regulating the media flow increases the efficiency of the fuel cell stack 9.

Das Stellglied 10 ist so gebildet, dass eine stufenlose Aufteilung des Medienstroms in eine Teilströmung 8a und eine Teilströmung 8b ermöglicht wird. Die Anteile der Teilströmungen 8a und 8b sind dadurch variabel einstellbar. In der Ausführungsform aus 3 ist das Stellglied 10 als verstellbare Klappenvorrichtung gebildet, die strömungsmechanisch hinter dem Medieneinlass 3 und vor den Teileinlässen 4a und 4b zugeordnet ist. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform ist das Stellglied als Ventil gebildet, das strömungsmechanisch hinter dem Medieneinlass 3 in einem der beiden Teileinlässe 4a oder 4b angeordnet ist. Jede weitere mechanische Vorrichtung zur Teilverdeckung der Teileinlässe 4a und 4b ist für diese Anwendung denkbar, wie beispielsweise ein sich translatorisch bewegender Schieber vor den Eingängen zur ersten Strömungsstruktur 5a und zur zweiten Strömungsstruktur 5b.The actuator 10 is formed in such a way that a continuous division of the media flow into a partial flow 8a and a partial flow 8b is made possible. The proportions of the partial flows 8a and 8b can therefore be variably adjusted. In the embodiment 3 the actuator 10 is formed as an adjustable flap device, which is fluidly assigned behind the media inlet 3 and in front of the partial inlets 4a and 4b. In a further embodiment, not shown, the actuator is formed as a valve which is fluidly arranged behind the media inlet 3 in one of the two partial inlets 4a or 4b. Any other mechanical device for partially covering the partial inlets 4a and 4b is conceivable for this application, such as a translationally moving slide in front of the entrances to the first flow mung structure 5a and to the second flow structure 5b.

Eine der Strömungsstrukturen 5a, 5b ist so gebildet, dass die Teilströmung 8a orthogonal auf die MEA 7 eintreffend geleitet wird. Besagte Strömungsstruktur 5a, 5b befindet sich strömungsmechanisch hinter Teileinlass 4a. Das orthogonale Eintreffen der Teilströmung 8a steigert die maximale Stromstärke der Brennstoffzelle.One of the flow structures 5a, 5b is formed in such a way that the partial flow 8a is directed orthogonally arriving at the MEA 7. In terms of fluid mechanics, said flow structure 5a, 5b is located behind partial inlet 4a. The orthogonal arrival of the partial flow 8a increases the maximum current of the fuel cell.

Die andere Strömungsstruktur 5b, 5a ist so gebildet, dass die Teilströmung 8b der MEA 7 parallel zugeführt wird. Besagte Strömungsstruktur befindet sich strömungsmechanisch hinter Teileinlass 4b. Die parallele Zuführung der Teilströmung 8b dient der Wasseraustragung aus dem Brennstoffzellenstapel 9.The other flow structure 5b, 5a is formed in such a way that the partial flow 8b is fed to the MEA 7 in parallel. In terms of fluid mechanics, said flow structure is located behind partial inlet 4b. The parallel supply of the partial flow 8b serves to remove water from the fuel cell stack 9.

Das Stellglied 10 ist außerhalb des Brennstoffzellenstapels 9 in dem Strömungsverteiler 2 angeordnet. Strömungsmechanisch vor dem Stellglied 10 befindet sich der Medieneinlass 3, strömungsmechanisch nach dem Stellglied befinden sich die Teileinlässe 4a und 4b. Durch die Position des Stellgliedes 10 außerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 wird eine Erhöhung der Komplexität des Brennstoffzellenstapels 11 vermieden.The actuator 10 is arranged outside the fuel cell stack 9 in the flow distributor 2. In terms of fluid mechanics, the media inlet 3 is located in front of the actuator 10, and in terms of fluid mechanics, the partial inlets 4a and 4b are located after the actuator. The position of the actuator 10 outside the fuel cell stack 11 avoids an increase in the complexity of the fuel cell stack 11.

Mindestens ein Stellglied 10 kann jeweils anodenseitig und kathodenseitig eingebracht werden. Die Position des Stellgliedes 10 in der Wirkungskette aus dem Medieneinlass 3, dem Stellglied 10 und den Teileinlässen 4a und 4b ist auf beiden Seiten wie in vorausgegangenem Abschnitt beschrieben zu wählen.At least one actuator 10 can be introduced on the anode side and the cathode side. The position of the actuator 10 in the chain of effects consisting of the media inlet 3, the actuator 10 and the partial inlets 4a and 4b must be selected on both sides as described in the previous section.

Mit einem derartigen Brennstoffzellenstapel 9 lässt sich ein Verfahren durchführen, bei dem das Beströmen der MEA 7 durch ein Medium so manipuliert wird, dass die Effizienz und die maximale Stromstärke des Brennstoffzellenstapels 9 deutlich erhöht wird. Dabei wird der Betriebszustand der Brennstoffzelle 6 bestimmt und eine anschließende Regulierung und Leitung der Teilströmungen 8a und 8b durch die Teileinlässe 4a und 4b mittels des variablen Stellglieds 10 entsprechend des Betriebszustandes veranlasst. Die Teilströmung 8a wird dabei in die erste Strömungsstruktur 5a geführt, zur orthogonal zur MEA leitende Strömung; die Teilströmung 8b führt dabei in die zweite Strömungsstruktur 5b, die eine parallel zur MEA leitende Strömung bewirkt. Die Wasseraustragung durch die parallel zur MEA verlaufende Teilströmung 8a, die Erhöhung der maximalen Stromstärke durch die orthogonale Teilströmung 8b und die Effizienzerhöhung durch die variable Einstellung der Teilströmungen 8a und 8b ermöglichen die Optimierung des Betriebszustandes des Brennstoffzellenstapels 9.With such a fuel cell stack 9, a method can be carried out in which the flow of the MEA 7 through a medium is manipulated in such a way that the efficiency and the maximum current strength of the fuel cell stack 9 are significantly increased. The operating state of the fuel cell 6 is determined and subsequent regulation and guidance of the partial flows 8a and 8b through the partial inlets 4a and 4b is initiated by means of the variable actuator 10 in accordance with the operating state. The partial flow 8a is guided into the first flow structure 5a, leading to the flow orthogonal to the MEA; The partial flow 8b leads into the second flow structure 5b, which causes a flow parallel to the MEA. The water discharge through the partial flow 8a running parallel to the MEA, the increase in the maximum current intensity through the orthogonal partial flow 8b and the increase in efficiency through the variable adjustment of the partial flows 8a and 8b enable the operating state of the fuel cell stack 9 to be optimized.

BEZUGSZEICHENLISTE.REFERENCE SYMBOL LIST.

11: PolarplattePolar plate
22: StrömungsverteilerFlow distributor
33: MedieneinlassMedia entrance
4a4a: TeileinlassPartial inlet
4b4b: TeileinlassPartial inlet
5a5a: erste Strömungsstrukturfirst flow structure
5b5b: zweite Strömungsstruktursecond flow structure
66: BrennstoffzelleFuel cell
77: Membran-Elektrodenanordnung (MEA)Membrane electrode assembly (MEA)
8a8a: TeilströmungPartial flow
8b8b: TeilströmungPartial flow
99: BrennstoffzellenstapelFuel cell stack
1010: Stellgliedactuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1246289 A2 [0005]
US 20060280994 A1 [0005]
CN 109065918 A [0005]

Claims

Fuel cell stack (9) with a plurality of fuel cells (6) each consisting of a membrane electrode arrangement MEA (7) with polar plates (1) arranged on both sides, each of which is assigned at least one flow distributor (2) with at least one media inlet (3) for supplying a medium is, wherein at least one of the media inlets (3) is divided into two partial inlets (4a, 4b), to each of which a different flow structure (5a, 5b) is fluidly connected, which directs the medium to the MEA (7), characterized in that that an actuator (10) for regulating the media flow through the partial inlets (4a, 4b) is arranged in the media inlet (3).

Fuel cell stack (9). Claim 1 , characterized in that the actuator (10) is designed for a continuous division of the media flow into both partial inlets (4a, 4b).

Fuel cell stack (9). Claim 2 , characterized in that the actuator (10) is formed as an adjustable flap device.

Fuel cell stack (9). Claim 2 , characterized in that the actuator (10) is formed as a valve.

Fuel cell stack (9) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the flow structure (5a, 5b) is formed such that the medium arrives orthogonally on the MEA (7).

Fuel cell stack (9) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the flow structure (5a, 5b) is formed such that the medium runs parallel to the MEA (7).

Fuel cell stack (9) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the actuator (10) is assigned to the media inlet (3).

Fuel cell stack (9) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that at least one actuator (10) is introduced on the anode side and/or cathode side.

Method for supplying current to a membrane electrode arrangement (7) of a fuel cell stack according to one of Claims 1 until 8th , comprising the following steps: - determination of an operating point of the fuel cell stack (9), - regulation of the media flow through the partial inlets (4a, 4b) by means of an actuator (10) based on the operating point determination, the media flow through the partial inlet (4a) being orthogonal to the MEA (7) leading first flow structure (5a), through the partial inlet (4b) with parallel to the MEA (7) leading second flow structure (5b) for the discharge of water or through both partial inlets (4a, 4b) with variable proportions of the media flow to increase the efficiency of the fuel cell stack (9).