DE10392591B4

DE10392591B4 - Brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE10392591B4
Application number: DE10392591.0A
Authority: DE
Inventors: Glenn W. Skala; Jeffrey A. Rock
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-05-01
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: WO2003094318A3; DE10392591T5; US6911277B2; CN100344013C; WO2003094318A2; US20050037254A1; JP2005524218A; US7261968B2; CN1650447A; AU2003231748A8; US20030207165A1; AU2003231748A1

Abstract

Vorrichtungen, die zulassen, dass die Durchflusswege in einem Brennstoffzellenstapel in Abhängigkeit von einem Reaktandengasdurchsatz neu konfiguriert werden, um eine geeignete Druckabnahme, ausreichende Geschwindigkeiten und Reaktandenkonzentrationen einer jeden Zelle eines Brennstoffzellenstapels aufrecht zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel und insbesondere eine Vorrichtung zum Erweitern eines Betriebsbereiches eines Brennstoffzellenstapels.
Brennstoffzellen wurden in vielen Anwendungen als eine Energiequelle benutzt, z. B. wurden Brennstoffzellen zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugantriebsaggregaten als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen. In Brennstoffzellen vom Protonenaustauschmembran (PEM = proton exchange membrane)-Typ wird Wasserstoff der Anode der Brennstoffzelle zugeführt, und Sauerstoff wird als Oxidationsmittel der Kathode zugeführt. Eine typische PEM-Brennstoffzelle und ihre Membranelektrodenanordnung (MEA) sind in den Druckschriften US 5 272 017 A und US 5 316 871 A beschrieben. MEAs umfassen eine dünne, protonendurchlässige, elektrisch nicht leitende, feste Polymerelektrolytmembran, die einen Anodenkatalysator auf einer ihrer Seiten und einen Kathodenkatalysator auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen.
Der Begriff „Brennstoffzelle“ wird typischerweise verwendet, wenn man sich abhängig vom Kontext auf entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen (Stapel) bezieht. Eine Vielzahl einzelner Zellen werden gemeinsam zusammengebündelt, um einen Brennstoffzellenstapel auszubilden. Jede Zelle innerhalb des Stapels umfasst eine Membranelektrodenanordnung, die ihr Spannungsinkrement bereitstellt. Typische Anordnungen aus mehreren Zellen in einem Stapel sind in der Druckschrift US 5 763 113 A beschrieben.
Die elektrisch leitenden Elemente, die zwischen den MEAs angeordnet sind, können eine Gruppierung von Kanälen oder Nuten in den Seiten davon enthalten, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzellen über die Oberflächen der entsprechenden Anode und Kathode zu verteilen. In dem Brennstoffzellenstapel ist eine Vielzahl von Zellen elektrisch in Serie zusammen gestapelt, wobei eine von der nächsten durch eine gasundurchlässige elektrisch leitende bipolare Platte getrennt ist. Die bipolare Platte eines Brennstoffzellenstapels weist eine praktische auf Volumen bezogene Leistungsfähigkeit zum Herabsetzen des Durchflusses von etwa 10:1 auf. Diese Einschränkung kann zum Teil dadurch berücksichtigt werden, dass der Eingangsdruck verringert und / oder das stöchiometrische Verhältnis erhöht wird, wenn der Stapeldurchsatz geringer wird. Bei einem Druckherabsetzung von etwa 3 und einer Anodenstöchiometrie von 4 bei geringem Durchfluss kann ein Stapelherabsetzverhältnis von etwa 120:1 realisiert werden. Unglücklicherweise erfordern ein höherer Eingangsdruck (bei hohen Durchsätzen) und / oder höheren Reaktandenstöchiometrien (bei niedrigen Durchsätzen) dass mehr Nebenverluste anfallen, was den Wirkungsgrad des Systems herabsetzt. Die Verteilung der Reaktanden an alle und jede Zelle/n in dem Stapel wird dadurch bewerkstelligt, dass eine gewisse Druckabnahme zwischen den Eingangs- und Ausgangsverteilern vorgesehen ist. Diese Druckabnahme bewirkt, dass der Strom gleichmäßiger über alle Zellen aufgeteilt wird.
Ein herkömmlicher Brennstoffzellenstapel, der über einen Mechanismus verfügt, um die Rektandengasdurchgänge in verschiedenen Durchflussbeziehungen zu verbinden, ist aus der Druckschrift US 6 277 511 B1 bekannt. Es ist wünschenswert, einen verbesserten und insbesondere kostengünstig herstellbaren Brennstoffzellenstapel zu schaffen, der eine angemessene Druckabnahme aufrecht erhält und dabei für ausreichende Geschwindigkeiten und Reaktandenkonzentrationen an jeder Zelle sorgt, um die Durchsätze zu variieren.
Die vorliegende Erfindung ordnet Abschnitte eines Brennstoffzellenstapels in Serie an und lässt zu, dass die Stapel-Durchflusswege in Abhängigkeit von einem Strömungsdurchsatz derart neu konfiguriert werden können, dass die Druckabnahme angemessen bleibt, und sorgt dabei für ausreichende Geschwindigkeiten und Reaktandenkonzentrationen an jeder Zelle. Eine Anordnung von Ventilen ist innerhalb der Anoden- und / oder Kathodenverteiler des Brennstoffzellenstapels vorgesehen, die sich auf eine Weise öffnen und schließen, die bewirkt, dass die entsprechenden Gas-Durchflusswege durch die Zellen des Stapels sich ändern, wenn der Durchsatz des Stapels sich ändert. Eine Änderung des Durchflusswegs mit dem Stapeldurchsatz verbessert den Betriebsbereich, indem die Gasgeschwindigkeit ausreichend hoch gehalten wird, um die Kanäle frei von Wasser zu halten, sorgt auch für eine ausreichende Druckabnahme bei niedrigen Durchflüssen, um eine Strömungsverteilung aufrecht zu erhalten, und sorgt auch für einen ausreichenden Strömungsbereich bei hohen Durchflüssen, um die Druckabnahme davor zu bewahren, überzuschießen. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Sektorventil vorgesehen, das mit einer Vielzahl von Sektoren versehen ist, von denen jeder mit verschiedenen Anordnungen versehen ist, die einen Reaktandengasdurchfluss entlang verschiedener Durchflusswege lenken, um alternative Durchflussweganordnungen zu definieren.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin im Weiteren bereitgestellten detaillierten Beschreibung deutlich.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:

1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapels gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines beispielhaften Brennstoffzellenstapels mit einem in einer Einzel-Durchgang-Durchflussstellung vorgesehenen Drehschieber- bzw. -ventilsystem;
3 eine schematische Querschnittsansicht des beispielhaften Brennstoffzellenstapels von 2, wobei die Durchflussanordnung derart vorgesehen ist, dass sie eine Drei-Durchgang-Konfiguration des Reaktandengases durch die in Serie verbundenen Brennstoffzellen bereitstellt;
4 eine schematische Querschnittsansicht des beispielhaften Brennstoffzellenstapels von 2, wobei die Durchflussanordnung derart vorgesehen ist, dass sie eine Fünf-Durchgang-Konfiguration des Reaktandengases durch die in Serie verbundenen Brennstoffzellen bereitstellt;
5 eine schematische Querschnittsansicht des beispielhaften Brennstoffzellenstapels von 2, wobei die Durchflussanordnung derart vorgesehen ist, dass sie eine Sieben-Durchgang-Konfiguration des Reaktandengases durch die in Serie verbundenen Brennstoffzellen bereitstellt;
6 eine Seitenansicht des in der in den 2 - 5 veranschaulichten Ausführungsform verwendeten Drehschieberelements;
7A und 7B perspektivische Ansichten von gegenüberliegenden Seiten des in der Ausführungsform der 2 - 5 verwendeten Drehsektorschiebers;
8 - 11 eine schematische Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform, in der ausgewählte bipolare Platten des Brennstoffzellenstapels mit Schieberventilen versehen sind, die betätigt werden, um in einem Muster zu öffnen und zu schließen, das gewünschte Durchflusswege erzeugt, wobei 8 eine Ein-Durchgang-Konfiguration bereitstellt, 9 eine Drei-Durchgang-Konfiguration bereitstellt, 10 eine Dreier-Konfiguration bereitstellt, bei der der Durchflussweg sich vom Anfang zum Ende hin verengt, und 11 eine Fünf-Durchgang- Konfiguration bereitstellt.

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Brennstoffzellenstapel 10 schematisch und perspektivisch zu sehen. Grob betrachtet werden Reformat 12 und Luft 14 an den Brennstoffzellenstapel 10 geliefert und sauerstoffarme Luft 16 und Wasserstoffabfluss 18 werden aus dem Stapel 10 ausgetragen. Im Überblick umfasst der Stapel 10 eine Vielzahl von Membranelektrodenanordnungen (MEAs) 20, von denen jede zwischen einer Vielzahl bipolarer Platten 22 angeordnet ist. Wie im Stand der Technik bekannt, umfasst der Stapel 10 auch eine Vielzahl von Gasverteilungsschichten, eine Vielzahl von Anodenverteilern, eine Vielzahl von Kathodenverteilern, eine Vielzahl von Kühlmittelverteilern, und obere und untere Endplatten, die alle in einer gestapelten Beziehung angeordnet sind. Die Abfolge von MEAs und bipolaren Platten wird wiederholt, um den gewünschten Spannungsausgang für den Brennstoffzellenstapel 10 bereitzustellen. Wie im Stand der Technik bekannt, umfasst jede MEA 20 eine Membran in Form einer dünnen, protonendurchlässigen, elektrisch nicht leitenden, festen Polymerelektrode. Eine Anodenkatalysatorschicht ist auf einer Seite der Membran bereitgestellt, und eine Kathodenkatalyatorschicht ist auf der zweiten Seite der Membran bereitgestellt. Die bipolaren Platten 2 definieren Kanäle für die Reaktandengase, die über der Seite der entsprechenden Anoden- und Kathodenkatalysatorschichten verteilt werden sollen.
Unter Bezugnahme auf die 2 - 7 wird nun eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 2 - 4 veranschaulichen eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 30, der mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen und bipolaren Platten, die in einer stapelartigen Konfiguration angeordnet sind, versehen ist. Ein Reaktandengasverteiler, wie z. B. ein Anoden- oder Kathodengasverteiler 36, 38, sind an gegenüberliegenden Seiten der Brennstoffzellen 20 vorgesehen. Der oberstromige Reaktandengasverteiler 36 umfasst einen darin angeordneten Drehsektorschieber 40, während der unterstromige Verteiler 38 ebenfalls einen darin angeordneten zweiten Drehsektorschieber 42 umfasst. Wie in den 2 - 5 veranschaulicht sind die Drehsektorschieber 40, 42 in der Lage, die Durchflussweg-Konfiguration durch den Brennstoffzellenstapel zu ändern. Im Speziellen sind die Drehsektorschieber 40, 42, wie in den 6, 7A und 7B gezeigt, mit vier Sektoren A-D versehen, von denen jeder mit unterschiedlichen Unterteilungsanordnungen versehen ist, die den Reaktandengasstrom entlang unterschiedlicher Wege leiten. Wie in 2 veranschaulicht, ist der Sektor A des Schieberelements 40, 42 vollständig offen und lässt daher zu, dass Luft von einem Ende der Verteilerkammer 36 zum anderen, und durch die Gaskanäle in dem Brennstoffzellenstapel zu der unterstromigen Verteilerkammer 38, und direkt hinaus durch Austragkanal 52 strömt. Wie in 3 gezeigt, ist der Sektor B der Drehsektorschieberelemente 40, 42 mit einer einzelnen Unterteilung 54 versehen, die den Strom von Reaktandengasen in einer serienartigen Durchfluss-Konfiguration mit drei Wegen durch den Brennstoffzellenstapel leitet, wie in 3 veranschaulicht.
Jeder Sektor C der Drehsektorschieberelemente 40, 42 ist mit zwei Unterteilungen 54 versehen, die für eine serienartige Durchflussweg-Konfiguration sorgen, die fünf Durchgänge durch den Brennstoffzellenstapel bereitstellt, wie in 4 veranschaulicht. Wie in 5 gezeigt, ist jeder Sektor D der Drehsektorschieberelemente 40, 42 mit drei Unterteilungselementen 54 versehen, die für eine serienartige Durchflussweg-Konfiguration mit sieben Durchgängen durch den Brennstoffzellenstapel sorgen. Die Drehsektorschieberanordnung wie in den 2 - 5 gezeigt, kann sowohl in dem Anodengasverteiler als auch in dem Kathodengasverteiler vorgesehen sein, obwohl zu Veranschaulichungszwecken die Drehsektorschieber nur in einem der Verteiler gezeigt sind.
Die Drehsektorschieber 40, 42 sind mit einem Stellantriebsmechanismus wie z. B. Motoren 56 versehen, die betätigt werden, um die Stellung der Drehsektorschieber 40,42 einzustellen. Die Stellantriebe wie z. B. die Motoren 56 können durch einen Zentralprozessor 58 in Ansprechen auf ein detektiertes Durchsatzniveau von Reaktandengasen durch die Brennstoffzellenkanäle betätigt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Volumen-Durchfluss-Sensor 60 vorgesehen sein, der mit dem Zentralprozessor 58 in Verbindung steht, so dass ein Reaktandengasdurchsatz überwacht werden kann, und die geeignete Durchflussweg-Konfiguration durch den Zentralprozessor 58 auf der Grundlage des detektierten Durchsatz-Strömungsvolumens ausgewählt werden kann. Ein alternatives Verfahren könnte ein Druckabnahme-Detektionssystem zum Detektieren der Druckabnahme über die Sensoren 62, 64 verwenden, die jeweils im Eingang und Ausgang der Brennstoffzelle 30 vorgesehen sind, so dass die geeignete Durchflussweg-Konfiguration durch den Zentralprozessor 58 auf der Grundlage der Druckabnahme über den Brennstoffzellenstapel 30 ausgewählt werden kann. Die Erfindung wie in den 2 - 7B offen gelegt lässt zu, dass die Durchflusswege des Stapels in Abhängigkeit von dem Reaktandengasdurchsatz derart neu konfiguriert werden können, dass die Druckabnahme über den Brennstoffzellenstapel angemessen bleibt, und sorgt unterdessen für ausreichende Geschwindigkeiten und Reaktandenkonzentrationen an jeder Zelle.
Eine selektive Drehung der Drehsektorschieber 40, 42 bewirkt, dass der entsprechende Gasdurchflussweg durch die Zellen des Stapels sich ändert, wenn der Durchsatz des Stapels sich ändert. Eine Änderung der Durchflussweg-Konfiguration mit dem Stapeldurchsatz verbessert den Betriebsbereich, indem die Gasgeschwindigkeiten ausreichend hoch gehalten werden, um die Kanäle wasserfrei zu halten. Die Schieber 40, 42 drehen sich übereinstimmend und sorgen für die richtigen Verbindungen für jede Durchflussweg-Konfiguration. Obwohl Gleichstrommotoren 56 gezeigt sind, können auch andere Stellvorrichtungen wie z. B. Mehrstellungs-Magnetventile und andere bekannte elektrische, elektromechanische, mechanische, hydraulische und pneumatische Stellglieder verwendet werden.
Eine alternative, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform ist in den 8 - 11 gezeigt. In der veranschaulichten Ausführungsform sind bipolare Platten 22 zwischen Brennstoffzellen 20 (schematisch dargestellt) angeordnet. Für das illustrative Beispiel wirkt jede vierte bipolare Platte 22' auch als eine Ventilplatte 22'. Jede zwischen einer Reihe von Brennstoffzellen 20 und bipolaren Platten 22 vorgesehene Ventilplatte 22' definiert Brennstoffzellenabschnitte 70a - 70f. Die Brennstoffzelle ist mit einer Eingangs-Verteilerkammer 36 und einer Ausgangs-Verteilerkammer 38 versehen. Jede der bipolaren / Ventil-Platten 22' ist mit einem in der Eingangs-Verteilerkammer 36 angeordneten Ventilelement 72a - 72e und einem in der Ausgangs-Verteilerkammer 38 angeordneten Ventilelement 74a - 74e versehen. Die Ventilelemente 72a - 72e, 74a - 74e werden derart betätigt, dass sie in einem Muster öffnen und schließen, das eine gewünschte Durchflussweg-Konfiguration durch die Zellenabschnitte 70a - 70f erzeugt.
Wie in 8 veranschaulicht, wird eine herkömmliche Durchflussweg-Konfiguration bereitgestellt, indem alle Ventilelemente 72a - 72e, 74a - 74e in einer offenen Stellung belassen werden. Eine serienartige Durchflussweg-Konfiguration mit drei Durchgängen kann erhalten werden, wie in 9 veranschaulicht, indem das Ventilelement 72b in der Eingangs-Verteilerkammer 36 und das Ventilelement 74d in der Ausgangs-Verteilerkammer 38 geschlossen werden, um einen Anfangsstrom von Eingangsgasen durch die Brennstoffzellenabschnitte 70a, 70b zu leiten, die dann durch die Brennstoffzellenabschnitte 70c 70d zurückfließen, wo der Strom dann durch die Brennstoffzellenabschnitte 70e, 70f zurück und durch den Austragkanal 78 hinaus geleitet wird.
Wie in 10 veranschaulicht, wird durch Schließen der Ventile 72c und 74e eine Durchflussweg-Konfiguration mit drei Durchgängen bereitgestellt, in der der Strom anfangs durch die Brennstoffzellenabschnitte 70a - 70c fließt, durch die Brennstoffzellenabschnitte 70d, 70e zurück umgeleitet wird, und dann durch einen Brennstoffzellenabschnitt 70f zurück umgeleitet wird. Diese Durchfluss-Konfiguration lässt zu, dass der reichere Brennstoff, der anfangs in die Brennstoffzellenabschnitte 70a - 70d eintritt, langsamer durch die anfänglichen Brennstoffzellenabschnitte fließt, und dass die Durchflussgeschwindigkeit durch die unterstromigen Brennstoffzellenabschnitte zunimmt, wenn die Reaktandengase verarmen.
Wie in 11 veranschaulicht, wird durch Schließen der Ventile 72b, 74c, 72d und 74e eine Durchflussweg-Konfiguration mit fünf Durchgängen gebildet, in der der Eingangsstrom anfangs durch die Brennstoffzellenabschnitte bei 70a, 70b fließt, in denen er an der Ausgangs-Verteilerkammer 38 durch den Brennstoffzellenabschnitt 70c zurück umgeleitet wird, wo die Reaktandengase von der Eingangs-Verteilerkammer 36 durch den Brennstoffzellenabschnitt 70d zurück geleitet werden. Die Reaktandengase werden dann erneut in dem Ausgangs-Verteilerabschnitt 38 durch den Brennstoffzellenabschnitt 70e zurück umgeleitet, wo die Reaktandengase dann in der Eingangs-Verteilerkammer 36 durch den letzten Brennstoffzellenabschnitt 70f zurück und durch den Austragkanal 78 hinaus umgeleitet werden. Wie aus den vorstehenden Beispielen ersichtlich, können durch selektive Betätigung der verschiedenen Ventilelemente 72a - 72e, 74a - 74e viele unterschiedliche Durchflussweg-Konfigurationen erhalten werden, um den Strom in selektiven Richtungen durch die Brennstoffzellenabschnitte 70a - 70f zu leiten. Die Ventile 72, 74 können jede beliebige bekannte Konfiguration aufweisen und durch mechanische, elektromechanische, hydraulische oder pneumatische Mechanismen betätigt werden.

Claims

Brennstoffzellenstapel, umfassend: eine Vielzahl von in einer gestapelten Anordnungsbeziehung bereitgestellten Brennstoffzellen; eine Vielzahl von Reaktandengaskanälen, die zwischen der Vielzahl von Brennstoffzellen angeordnet sind; ein Verteilersystem in Verbindung mit der Vielzahl von Reaktandengaskanälen, wobei das Verteilersystem einen Durchflusssteuermechanismus umfasst, der einstellbar ist, um alternative Durchflussweganordnungen durch die Vielzahl von Reaktandengaskanälen bereitzustellen, wobei die alternativen Durchflussweganordnungen den Durchflusssteuermechanismus umfassen, der die Vielzahl von Reaktandengasdurchgängen in unterschiedlichen parallelen und seriellen Durchflussverbindungen verbindet, wobei ein erster Nebensatz der Vielzahl von Reaktandengasdurchgängen mit dem Verteilersystem für einen parallelen Durchfluss bezüglich zueinander verbunden ist und ein zweiter Nebensatz der Vielzahl von Reaktandengasdurchgängen mit dem Verteilersystem für einen parallelen Durchfluss bezüglich zueinander verbunden ist und in einer Seriendurchflussbeziehung mit dem ersten Nebensatz verbunden ist, wobei durch die Einstellung des Durchflusssteuermechanismus festgelegt ist, welcher der Vielzahl von Reaktandengasdurchgängen in paralleler Durchflussbeziehung verbunden ist und welcher der Nebensätze in serieller Durchflussbeziehung verbunden ist, wobei der Durchflusssteuermechanismus zumindest ein in dem Verteilersystem angeordnetes Ventil umfasst, welches ein Sektorventil umfasst, das mit einer Vielzahl von Sektoren versehen ist, von denen jeder mit verschiedenen Anordnungen versehen ist, die einen Reaktandengasdurchfluss entlang verschiedener Durchflusswege lenken, um die alternativen Durchflussweganordnungen zu definieren.
Brennstoffzellenstapel mit: einer Vielzahl von in einer gestapelten Anordnungsbeziehung bereitgestellten Brennstoffzellen; einer Vielzahl von Reaktandengaskanälen, die zwischen der Vielzahl von Brennstoffzellen angeordnet sind; und einem Verteilersystem in Verbindung mit der Vielzahl von Reaktandengaskanälen, wobei das Verteilersystem einen Durchflusssteuermechanismus umfasst, der so einstellbar ist, um alternative Durchflussweganordnungen durch die Vielzahl von Reaktandengaskanälen vorzusehen, wobei der Durchführsteuermechanismus zumindest ein in dem Verteilersystem angeordnetes Ventil umfasst; wobei das zumindest eine Ventil ein Sektorventil umfasst, das mit einer Vielzahl von Sektoren versehen ist, von denen jeder mit verschiedenen Anordnungen versehen ist, die einen Reaktandengasdurchfluss entlang verschiedener Durchflusswege lenken, um die alternativen Durchflussweganordnungen zu definieren.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das Verteilersystem sowohl oberstromige als auch unterstromige Anodengasverteiler umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei der Durchflusssteuermechanismus in der Lage ist, einen Strom durch die Reaktandengaskanäle umzuleiten, um verschiedene von der Vielzahl von Reaktandengaskanälen in alternativen Serien-Durchflussweganordnungen zu verbinden.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 4, wobei die alternativen Serien-Durchflussweganordnungen zumindest drei alternative Serien-Durchflussweganordnungen umfassen.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das Verteilersystem sowohl oberstromige als auch unterstromige Kathodengasverteiler umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, ferner mit einem Mittel zum Feststellen eines Reaktandengasdurchsatz-Niveaus der Brennstoffzelle und einen Steuerprozessor zum Steuern des Durchflusssteuermechanismus in Ansprechen auf ein detektiertes Reaktandengasdurchsatz-Niveau.
Brennstoffzellenstapel, umfassend: eine Vielzahl von Brennstoffzellenanordnungen, wobei jede einen Anodenkatalysator auf einer ersten Seite und einen Kathodenkatalysator auf einer zweiten Seite umfasst; eine Vielzahl von Anodengaskanälen, die neben der ersten Seite der Vielzahl von Brennstoffzellenanordnungen angeordnet sind; eine Vielzahl von Kathodengaskanälen, die neben der zweiten Seite der Vielzahl von Brennstoffzellenanordnungen angeordnet sind; und ein Verteilersystem mit einem Anodengasverteiler in Verbindung mit der Vielzahl von Anodengaskanälen und einem Kathodengasverteiler in Verbindung mit der Vielzahl von Kathodengaskanälen, wobei der Anodengasverteiler und der Kathodengasverteiler je einen Durchflusssteuermechanismus umfassen, der einstellbar ist, um alternative Durchflussweganordnungen durch die Vielzahl von Anodengaskanälen und die Vielzahl von Kathodengaskanälen vorzusehen, wobei die alternativen Durchflussweganordnungen den Durchflusssteuermechanismus umfassen, der die Vielzahl von Anoden- und Kathodengasdurchgängen in unterschiedlichen parallelen und seriellen Durchflussverbindungen verbindet, wobei ein erster Nebensatz der Vielzahl von Anoden- und Kathodengasdurchgängen mit dem Verteilersystem für einen parallelen Durchfluss bezüglich zueinander verbunden ist und ein zweiter Nebensatz der Vielzahl von Anoden- und Kathodengasdurchgängen mit dem Verteilersystem für einen parallelen Durchfluss bezüglich zueinander verbunden ist und in einer Seriendurchflussbeziehung mit dem ersten Nebensatz verbunden ist, wobei durch die Einstellung der Durchflusssteuermechanismen festgelegt ist, welcher der Vielzahl von Anoden- und Kathodengasdurchgängen in paralleler Durchflussbeziehung verbunden ist und welcher der Nebensätze in serieller Durchflussbeziehung verbunden ist, wobei die Durchflusssteuermechanismen jeweils zumindest ein in dem Anodengasverteiler und dem Kathodengasverteiler angeordnetes Ventil zum Umleiten eines Stroms zwischen zumindest zwei alternativen Durchflusswegen umfassen, wobei das zumindest eine Ventil ein Sektorventil umfasst, das mit einer Vielzahl von Sektoren versehen ist, von denen jeder mit verschiedenen Anordnungen versehen ist, die einen Anodengas- oder Kathodengasdurchfluss entlang verschiedener Durchflusswege lenken, um die alternativen Durchflussweganordnungen zu definieren.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 8, wobei das Verteilersystem sowohl oberstromige als auch unterstromige Anodengas- und Kathodengasverteiler umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 8, wobei die Durchflusssteuermechanismen in der Lage sind, einen Strom durch die Vielzahl von Anodengaskanälen und die Vielzahl von Kathodengaskanälen umzuleiten, um verschiedene von der Vielzahl von Anodengaskanälen und der Vielzahl von Kathodengaskanälen in alternativen Serien-Durchflussweganordnungen zu verbinden.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, wobei die alternativen Serien-Durchflussweganordnungen zumindest drei alternative Serien-Durchflussweganordnungen umfassen.