DE112007002132T5 - Brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Baueinheit, die durch einen Separator auf beiden Seiten unterstützt ist, wobei die Membran-Elektroden-Baueinheit eine Anode und eine Kathode aufweist, die jeweils mit entgegengesetzten Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran verbunden sind, wobei die Brennstoffzelle umfasst:
einen zwischen der Anode und dem Separator bereitgestellten anodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Anode Wasserstoff enthaltendes Brennstoffgas zuführt; und
einen zwischen der Kathode und dem Separator bereitgestellten kathodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Kathode Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittelgas zuführt,
wobei der kathodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass das Oxidationsmittelgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer Richtung einer externen Kraft strömt, die auf an der Kathode durch eine elektrochemische Reaktion zwischen in dem Brennstoffgas enthaltenem Wasserstoff und in dem Oxidationsmittelgas enthaltenem Sauerstoff während der Stromerzeugung erzeugtes Wasser ausgeübt wird, und dass die Hydrophilie auf einer stromabwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades in einer Strömrichtung des Oxidationsmittelgases höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle.
  • 2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
  • Brennstoffzellen, die elektrischen Strom durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen, haben als eine Energiequelle Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Ein Beispiel einer solchen Brennstoffzelle ist eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die eine Polymerelektrolytmembran als eine Elektrolytmembran verwendet. Bei dieser Polymerelektrolytbrennstoffzelle ist es, um eine gewünschte Stromerzeugungsleistungsfähigkeit zu erhalten, notwendig, die Membranfeuchtigkeit der Elektrolytmembran zu regulieren, um eine geeignete Protonenleitfähigkeit beizubehalten. Aus diesem Grund ist es bei einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle notwendig, die Elektrolytmembran während des Stromerzeugungsprozesses zu befeuchten. Überdies ist es, um die Stromerzeugungsleistungsfähigkeit in der Ebene einer Zelle gleichmäßig zu gestalten, auch notwendig, eine gleichmäßige Feuchtigkeit über die Ebene der Elektrolytmembran aufrecht zu erhalten.
  • Ein Befeuchter, der der Kathode zugeführtes Oxidationsmittelgas befeuchtet, wurde verwendet, um die Elektrolytmembran einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle zu befeuchten. Die Verwendung des Befeuchters hat zu einer Erhöhung der Größe des Brennstoffzellensystems geführt. In den letzten Jahren wurde eine Technik vorgeschlagen, bei welcher Wasser, das durch die oben beschriebene elektrochemische Reaktion während der Stromerzeugung hergestellt wurde, innerhalb einer Brennstoffzelle wieder in Umlauf gebracht wird, um das Oxidationsmittelgas und die Elektrolytmembran zu befeuchten, ohne einen Befeuchten zu verwenden (siehe z. B. japanische Patentanmeldung Publikationsnummer 2002-42844 ( JP-A-2002-42844 )). Im Nachfolgenden wird der Arbeitsvorgang des Befeuchtens von Oxidationsmittelgas, Brennstoffgas, oder einer Elektrolytmembran durch wieder in Umlauf bringen von Wasser, das während der Stromerzeugung innerhalb einer Brennstoffzelle hergestellt wurde, als „Selbstbefeuchtung" bezeichnet werden.
  • Die in der japanischen Patentanmeldung Publikationsnummer 2002-42844 ( JP-A-2002-42844 ) beschriebene Technik ermöglicht eine Selbstbefeuchtung von Oxidationsmittelgas. Entsprechend dieser Technik wird Oxidationsmittelgas durch Wasser befeuchtet und dieses befeuchtete Oxidationsmittelgas wird verwendet, um die Elektrolytmembran zu befeuchten. Allerdings stellt diese Technik keine ausreichende Befeuchtung der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran in der Oxidationsmittelgasströmrichtung bereit.
  • Somit tritt eine große Variation der Feuchtigkeit in der Ebene der Elektrolytmembran auf. Solch eine Variation der Feuchtigkeit kann nicht nur auf der Oxidationsmittelgasseite, sondern auch auf der Brennstoffgasseite auftreten. Dies liegt daran, dass das Wasser, das an der Kathodenseite hergestellt wird, auch durch die Elektrolytmembran zu der Anodenseite übertragen werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung gewährleistet die Selbstbefeuchtung einer Elektrolytmembran und verteilt Feuchtigkeit gleichmäßig in der Ebene der Elektrolytmembran in einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Baueinheit, die auf beiden Seiten von einem Separator unterstützt ist, wobei die Membran-Elektroden-Baueinheit eine Anode und eine Kathode aufweist, die jeweils mit Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran verbunden sind. Die Brennstoffzelle beinhaltet: einen zwischen der Anode und dem Separator bereitgestellten anodenseitigen Gasstrompfad, der der Anode Wasserstoff enthaltendes Brennstoffgas zuführt; und einen zwischen der Kathode und dem Separator bereitgestellten kathodenseitigen Gasstrompfad, der der Kathode Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittelgas zuführt. Der kathodenseitige Gasstrompfad ist so gebildet, dass das Oxidationsmittelgas in einer Richtung strömt, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Richtung einer externen Kraft ist, die auf an der Kathode durch die elektrochemische Reaktionen zwischen in dem Brennstoffgas enthaltenem Wasserstoff und in dem Oxidationsmittelgas enthaltenem Sauerstoff bei Stromerzeugung hergestelltes Wasser ausgeübt wird, und dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Strömrichtung des Oxidationsmittelgases höher ist, als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite. Die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Strömrichtung des Oxidationsmittelgases kann durch Anwenden einer hydrophilen Behandlung auf der stromaufwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades in der Strömrichtung des Oxidationsmittelgases höher gestaltet sein, als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite.
  • Allgemein gesagt, neigt bei einer Brennstoffzelle ein Austrocknen dazu, bei der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran aufzutreten (d. h. Einlassseite des Oxidationsmittelgases). Folglich neigt die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der stromabwärtigen Seite der Membran-Elektroden-Baueinheit dazu, größer zu sein, als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der stromaufwärtigen Seite der Membran-Elektroden-Baueinheit.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Hydrophilie des kathodenseitigen Gasstrompfades auf der stromabwärtigen Seite höher als auf der stromaufwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung. Folglich wird das bei der stromabwärtigen Seite der Membran-Elektroden-Baueinheit während der Stromerzeugung hergestellte Wasser in den Bereich der stromabwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades, welche eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und dadurch zurückgehalten. Weil der kathodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass Oxidationsmittelgas in eine Richtung strömt, die im Wesentlichen einer externen Kraft, die auf das Wasser ausgeübt wird, wie etwa Schwerkraft, entgegengesetzt ist, bewegt sich das Wasser aufgrund dieser externen Kraft zu der stromaufwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades gegen den Strom des Oxidationsmittelgases. Weil der kathodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades in der Oxidationsmittelgasströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das zu der stromaufwärtigen Seite gewandert ist, abgewiesen und zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromaufwärtigen Seite in der Oxidationsmittelströmrichtung bewegt, wodurch es ermöglicht wird, die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran, welche für Austrocknen anfällig ist, zu befeuchten. Daher ist es gemäß der Erfindung durch wieder in Umlauf bringen flüssigen Wassers innerhalb der Brennstoffzelle möglich, eine Selbstbefeuchtung der Elektrolytmembran zu erreichen und die einheitliche Feuchtigkeitsverteilung in der Ebene der Elektrolytmembran aufrecht zu erhalten.
  • Bei der oben beschriebenen Brennstoffzelle kann der kathodenseitige Gasstrompfad so ausgebildet sein, dass auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömrichtung des Oxidationsmittelgases die Hydrophilie an einem Abschnitt, wo ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt des Separators mit einem Randteil des Separators mit der Kathode überlappt, höher ist als die Hydrophilie an dem anderen Teil des stromaufwärtsseitigen Abschnitts des Separators.
  • Folglich kann das Wasser, das sich zu der stromaufwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung aufgrund einer externen Kraft bewegt hat, einfach in den Rand gezogen werden und zu der Membran-Elektroden-Baueinheit bewegt werden.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Brennstoffzellen kann der kathodenseitige Gasstrompfad eine Vertiefung sein, die in einer Oberfläche des Separators gebildet ist, die in Kontakt mit der Kathode steht. Ferner kann der kathodenseitige Gasstrompfad in einem metallischen porösen Element gebildet sein.
  • In ersterem Fall kann der kathodenseitige Gasstrompfad, in welchem die Hydrophilie und Hydrophobie wie oben beschrieben eingestellt sind, durch Aufbringen eines Überzugs aus hydrophilem Agens oder hydrophobem Agens z. B. auf die in der Oberfläche des Separators, die in Kontakt mit der Kathode steht, gebildete Vertiefung gebildet sein.
  • Wenn der kathodenseitige Gasstrompfad in einem porösen metallischen Element gebildet ist, kann die Hydrophilie und Hydrophobie des kathodenseitigen Gasstrompfades beispielsweise durch Imprägnieren des metallischen porösen Elements mit einem hydrophilen Agens oder hydrophoben Agens ausgebildet werden.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Brennstoffzellen kann der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet sein, dass das Brennstoffgas im Wesentlichen in derselben Richtung wie die Richtung der externen Kraft strömt.
  • In diesem Fall neigt wie oben beschrieben ein Austrocknen dazu, in der Elektrolytmembran auf der stromaufwärtigen Seite (Einlassseite des Oxidationsmittelgases) in der Oxidationsmittelgasströmrichtung in einer Brennstoffzelle aufzutreten. Folglich neigen die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromabwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung dazu, größer zu sein, als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromaufwärtigen Seite in der Oxidationsmittelströmrichtung. Ferner wird das Wasser an der Kathode hergestellt und durch die Elektrolytmembran auch zu der Anode übertragen. Daher neigt die Menge an zu der Anode übertragenem Wasser auch dazu, auf der stromabwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung, d. h. auf der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung, höher zu sein als auf der stromaufwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung, d. h. auf der stromabwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung.
  • Wenn der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass Brennstoffgas im Wesentlichen in derselben Richtung wie die Richtung der externen Kraft strömt, kann das Wasser, das an der Kathode der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromabwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung bei Stromerzeugung hergestellt wurde und durch die Elektrolytmembran zu der Anode übertragen wurde, von der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromabwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung mittels sowohl der oben beschriebenen externen Kraft als auch des Brennstoffgasstroms bewegt werden. Die Elektrolytmembran auf der stromaufwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung, welche für Austrocknen anfällig ist, wird somit von der Anodenseite befeuchtet.
  • Der anodenseitige Gasstrompfad kann auch so gebildet sein, dass das Brennstoffgas im Wesentlichen in derselben Richtung wie die Richtung der externen Kraft strömt, und dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Strömrichtung des Brennstoffgases höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite.
  • Folglich wird das an der Kathode der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromabwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung während der Stromerzeugung hergestellte und durch die Elektrolytmembran zu der Anodenseite übertragene Wasser in den Bereich des anodenseitigen Gasstrompfades auf der stromabwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung, welche eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass das Oxidationsmittelgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer externen Kraft, die auf Wasser ausgeübt wird, wie etwa Schwerkraft, strömt, bewegt sich das Wasser aufgrund dieser externen Kraft zu der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung gegen den Strom des Brennstoffgases. Weil der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung bewegt hat, zurückgewiesen und zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung bewegt. Die Elektrolytmembran auf der stromaufwärtigen Seite in der Oxidationsmittelgasströmrichtung, welche für Austrocknen anfällig ist, wird somit von der Anodenseite befeuchtet.
  • Bei der oben beschriebenen Brennstoffzelle kann der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet sein, dass auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömrichtung des Brennstoffgases die Hydrophilie an einem Abschnitt, wo ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt des Separators mit einem Randteil des Separators mit der Anode überlappt, höher ist als die Hydrophilie an dem anderen Teil des stromaufwärtsseitigen Abschnitts des Separators.
  • Folglich wird das Wasser, das sich aufgrund der externen Kraft zu der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung bewegt hat, einfach in den Rand gezogen und zu der Membran-Elektroden-Baueinheit bewegt.
  • Bei der oben beschriebenen Brennstoffzelle kann der anodenseitige Gasstrompfad eine in einer Oberfläche des Separators, die in Kontakt mit der Anode steht, gebildete Vertiefung sein. Ferner kann der anodenseitige Gasstrompfad in einem metallischen porösen Element gebildet sein.
  • In dem vorherigen Fall kann der anodenseitige Gasstrompfad, dessen Hydrophilie und Hydrophobie wie oben beschrieben eingestellt sind, durch Aufbringen eines Überzugs aus hydrophilem Agens oder hydrophobem Agens beispielsweise auf die Vertiefung, die in der Oberfläche des Separators, die in Kontakt mit der Anode steht, gebildet ist, gebildet werden. Falls der anodenseitige Gasstrompfad in einem porösen metallischen Element gebildet ist, kann die Hydrophilie und Hydrophobie des anodenseitigen Gasstrompfades zum Beispiel durch Imprägnieren des metallischen porösen Elements mit einem hydrophilen Agens oder hydrophobem Agens gebildet werden.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Baueinheit, die auf beiden Seiten von einem Separatur unterstützt ist, wobei die Membran-Elektroden-Baueinheit eine Anode und eine Kathode aufweist, die jeweils mit Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran verbunden sind, beinhaltend: einen zwischen der Anode und dem Separatur bereitgestellten anodenseitigen Gasstrompfad zum Zuführen von Wasserstoff enthaltendem Brennstoffgas zu der Anode, und einen zwischen der Kathode und dem Separatur bereitgestellten kathodenseitigen Gasstrompfad zum Zuführen von Sauerstoff enthaltendem Oxidationsmittelgas zu der Kathode. Der anodenseitige Gasstrompfad ist so gebildet, dass das Brennstoffgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen der Richtung einer externen Kraft, die auf das an der Kathode hergestellte Wasser ausgeübt wird, strömt, und dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Strömrichtung des Brennstoffgases höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite. Die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Strömrichtung des Anodengases kann durch Anwenden einer hydrophilen Behandlung auf der stromaufwärtigen Seite des anodenseitigen Gasstrompfades in der Strömrichtung des Anodengases höher ausgestaltet werden als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite.
  • Wie oben beschrieben wird das Wasser an der Kathode hergestellt und auch durch die Elektrolytmembran zu der Anode übertragen.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung hoch ist. Folglich wird das in der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromabwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung bei Stromerzeugung hergestellte wird und durch die Elektrolytmembran zu der Anode übertragene Wasser in den Bereich des anodenseitigen Gasstrompfades auf der stromabwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung, welche eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass Brennstoffgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer externen Kraft, die auf Wasser ausgeübt wird, wie etwa Schwerkraft, strömt, bewegt sich das Wasser aufgrund dieser externen Kraft zu der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung gegen den Strom des Brennstoffgases. Weil der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen in der Brennstoffgasströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung bewegt hat, zurückgewiesen und zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit auf der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung bewegt, wodurch es ermöglicht wird, die Elektrolytmembran auf der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung von der Anodenseite aus zu befeuchten. Daher ist es entsprechend der vorliegenden Erfindung durch wieder in Umlauf bringen flüssigen Wassers innerhalb der Brennstoffzelle möglich eine Selbstbefeuchtung der Elektrolytmembran zu erzielen und eine gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung in der Ebene der Elektrolytmembran aufrecht zu erhalten.
  • Bei der oben beschriebenen Brennstoffzelle kann der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet sein, dass auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömrichtung des Brennstoffgases die Hydrophilie an einem Randteil mit der Anode höher ist als die Hydrophilie in anderen Teilen der stromaufwärtigen Seite.
  • Folglich kann das Wasser, das sich zu der stromaufwärtigen Seite in der Brennstoffgasströmrichtung aufgrund der externen Kraft bewegt hat, einfach in den Rand gezogen werden und zu der Membran-Elektroden-Baueinheit bewegt werden.
  • Entsprechend dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der anodenseitige Gasstrompfad eine in einer Oberfläche des Separators, die in Kontakt mit der Anode steht, gebildete Vertiefung sein. Ferner kann der anodenseitige Gasstrompfad in einem metallischen porösen Element gebildet sein.
  • In ersterem Fall kann der anodenseitige Gasstrompfad, dessen Hydrophilie und Hydrophobie wie oben beschrieben eingestellt sind, durch Aufbringen eines Überzugs aus hydrophilem Agens oder hydrophobem Agens zum Beispiel auf die in der in Kontakt mit der Anode stehende Oberfläche des Separators gebildete Vertiefung gebildet werden. Wenn der anodenseitige Gasstrompfad in einem porösen metallischen Element gebildet ist, kann die Hydrophilie und Hydrophobie des anodenseitigen Gasstrompfades davon zum Beispiel durch Imprägnieren des metallischen porösen Elements mit einem hydrophilen Agens oder hydrophoben Agens gebildet werden.
  • Es sollte angemerkt werden, dass bei der Brennstoffzelle entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung der kathodenseitige Gasstrompfad vorzugsweise so gebildet ist, dass das Brennstoffgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen der Richtung der externen Kraft strömt.
  • Folglich wird aufgrund des Stroms des Oxidationsmittelgases eine Kraft auf das an der Kathode hergestellte Wasser in einer Richtung im Wesentlichen entgegen der Richtung der externen Kraft ausgeübt. Daher kann das Wasser durch die externe Kraft in der Richtung der externen Kraft bewegt werden, um für die Befeuchtung der Elektrolytmembran verwendet zu werden, und die Geschwindigkeit, bei welcher sich das Wasser in der Richtung der externen Kraft bewegt, kann durch den Strom des Oxidationsmittelgases verringert werden. Es ist somit möglich, das Wasser davon abzuhalten, von der Kathodenoberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit abgegeben zu werden, ohne für die Befeuchtung der Elektrolytmembran verwendet zu werden.
  • Bei der Brennstoffzelle entsprechend dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung kann die Richtung der externen Kraft die Richtung der Schwerkraft sein.
  • Folglich ist es möglich, die Elektrolytmembran selbst zu befeuchten und Feuchtigkeit gleichmäßig in der ebenen Richtung der Elektrolytmembran in einem Umfeld zu verteilen, wo Schwerkraft auf das Wasser ausgeübt wird und das Wasser sich einfach in der Richtung der Schwerkraft bewegt.
  • Zusätzlich zu der oben beschriebenen Brennstoffzelle kann die vorliegende Erfindung auch als ein Brennstoffzellensystem, das die Brennstoffzelle beinhaltet, ausgestattet sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Das vorangegangene und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Beispielausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, wobei entsprechende Zahlzeichen verwendet werden, um entsprechende Elemente darzustellen und wobei:
  • 1A und 1B erläuternde Ansichten sind, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
  • 2A und 2B erläuternde Ansichten sind, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100A entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
  • 3A und 3B erläuternde Ansichten sind, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100E entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
  • 4 eine erläuternde Ansicht ist, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100C entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
  • 5 ein Brennstoffzellensystem zeigt, das die Brennstoffzelle entsprechend der ersten Ausführungsform beinhaltet.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nun wird eine Beschreibung einer Art der Erfindung basierend auf Ausführungsformen in der folgenden Reihenfolge gegeben: A. Erste Ausführungsform; B. Zweite Ausführungsform; C. Dritte Ausführungsform; D. Vierte Ausführungsform; und E. Modifikationen.
  • A. Erste Ausführungsform
  • 1A und 1B sind erläuternde Ansichten, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 1A ist eine Querschnittsansicht, die in einer parallelen Richtung zu der Richtung des Gasstroms in der Brennstoffzelle 100 ersichtlich ist, und 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IB-IB von 1A.
  • Die Brennstoffzelle 100 ist durch Verbinden einer kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 und einer anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 jeweils mit entgegengesetzten Oberflächen einer Membran-Elektroden- Baueinheit 110 und Unterstützen der resultierenden Struktur zwischen einem kathodenseitigen Separator 140 und einem anodenseitigen Separator 150 gebildet.
  • Die Membran-Elektroden-Baueinheit 110 weist eine kathodenseitige Katalysatorschicht 114 und eine anodenseitige Katalysatorschicht 116 auf, die jeweils mit Oberflächen einer Elektrolytmembran 112 mit Protonenleitfähigkeit verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform wird eine Polymerelektrolytmembran wie etwa Nafion (eingetragene Marke) als die Elektrolytmembran 112 verwendet. Die kathodenseitige Katalysatorschicht 114 und die anodenseitige Katalysatorschicht 116 tragen einen Katalysator, der die elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff fördert. Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 sind mit den Oberflächen der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 bzw. anodenseitigen Katalysatorschicht 116 verbunden. Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 diffundiert Luft, die der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 zugeführt wird. Die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 diffundiert Wasserstoff, der der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 zugeführt wird. Die kathodenseitige Katalysatorschicht 114 und die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 fungieren jeweils als eine Kathode, und die anodenseitige Katalysatorschicht 116 und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 fungieren jeweils als eine Anode.
  • Wasserstoff als Brennstoffgas und Sauerstoff enthaltende Luft als Oxidationsmittelgas werden zu der Anode bzw. Kathode der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 zugeführt, und elektrischer Strom wird durch eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Gleichzeitig wird Wasser durch eine Kathodenreaktion in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass das bei der Kathode hergestellte Wasser auch durch die Elektrolytmembran 112 zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 übertragen wird.
  • 5 zeigt ein Brennstoffzellensystem, das die oben beschriebene Brennstoffzelle beinhaltet. Der Wasserstoff wird von einem Wasserstofftank über eine Leitung 2 zu der Brennstoffzelle 100 zugeführt. Luft wird der Brennstoffzelle 100 über eine Leitung 4 unter Verwendung einer Pumpe zugeführt. Sauerstoffgas als Oxidationsmittelgas kann von einem Sauerstofftank zu der Brennstoffzelle 100 zugeführt werden.
  • Die Brennstoffzelle 100 entsprechend dieser Ausführungsform ist eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die eine Festpolymerelektrolytmembran als die Elektrolytmembran 112 verwendet. Somit ist es, um eine vorbestimmte Stromerzeugungsleistungsfähigkeit zu erreichen, notwendig, die Feuchte der Elektrolytmembran 112 zu regulieren, um eine geeignete Protonenleitfähigkeit aufrecht zu erhalten. Folglich bringt die Brennstoffzelle 100 entsprechend dieser Ausführungsform das Wasser innerhalb der Brennstoffzelle 100 in einem flüssigen Zustand wieder in Umlauf, um die Elektrolytmembran 112 selbst zu befeuchten. Die Konfiguration zum Realisieren der Selbstbefeuchtung wird nachfolgend beschrieben.
  • Wie in 1A gezeigt weist der auf der Kathodenseite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 angeordnete kathodenseitige Separator 140 eine Vertiefung 142 auf, die in einer Oberfläche gebildet ist, die in Kontakt mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 steht. Die Vertiefung 142 bildet einen Gasstrompfad, in welchen Luft strömt. Die Vertiefung 142 kann als ein kathodenseitiger Gasstrompfad gemäß der Erfindung angesehen werden. Der auf der Anodenseite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 angeordnete Separator 150 weist eine Vertiefung 152 auf, die in einer Oberfläche gebildet ist, die in Kontakt mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 steht. Die Vertiefung 152 bildet einen Gasstrompfad, in welchem Wasserstoff strömt. Die Vertiefung 152 kann als ein anodenseitiger Gasstrompfad gemäß der Erfindung angesehen werden.
  • Wie in 1B gezeigt, ist die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140 so gebildet, dass Luft in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Eine Oberflächenbehandlung ist auf die Oberfläche der Vertiefung 142 angewandt. Speziell ist eine hydrophile Behandlung als Oberflächenbehandlung auf einen stromabwärtigen Bereich 142L in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 angewandt, und eine hydrophobe Behandlung ist auf einen stromaufwärtigen Bereich 142U in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 angewandt. Bei dieser Ausführungsform ist keine Oberflächenbehandlung auf einen mittelströmigen Bereich 142M in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 angewandt. Das heißt, die Vertiefung 142 ist so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite. In der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 ist eine hydrophile Behandlung als Oberflächenbehandlung auf einen stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 angewandt. Es sollte beachtet werden, dass bei dieser Ausführungsform die oben beschriebene hydrophile Behandlung und hydrophobe Behandlung jeweils durch Überziehen der Oberfläche der Vertiefung 142 mit einem hydrophilen Agens bzw. einem hydrophoben Agens angewandt wird. Bei der Vertiefung 142 kann die Fläche des Bereichs, auf welchen die oben beschriebene Oberflächenbehandlung angewandt wird oder der Grad der Hydrophilie und Hydrophobie in beliebiger Art entsprechend der Stromerzeugungsleistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 100 oder Desgleichen eingestellt sein.
  • Durch Bilden der Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140 auf die wie oben beschriebene Weise bewegt sich das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte Wasser wie nachfolgend beschrieben (siehe der hohle weiße Pfeil in 1B). Es sollte beachtet werden, dass allgemein gesagt bei der Brennstoffzelle ein Austrocknen dazu neigt, in der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran 112 aufzutreten. Folglich neigen die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung dazu, größer zu sein als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung.
  • Bei der Brennstoffzelle 100 entsprechend dieser Ausführungsform ist die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140 so gebildet, dass die Hydrophilie auf einer stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung hoch ist. Folglich wird das in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung bei Stromerzeugung hergestellte Wasser in den stromabwärtigen Bereich 142L der Vertiefung 142, welcher eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil die Vertiefung 142 so gebildet ist, dass Luft in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, bewegt sich das Wasser aufgrund der Schwerkraft von dem stromabwärtigen Bereich 142L zu dem stromaufwärtigen Bereich 142U durch den mittelströmigen Bereich 142M gegen den Strom der Luft. Weil die Vertiefung 142 so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu dem stromaufwärtigen Bereich 142U bewegt hat, zurückgewiesen und in den stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB mit hoher Hydrophilie gezogen, und wird ferner durch die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 und die kathodenseitige Katalysatorschicht 114 zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite bewegt, wodurch es ermöglicht wird, die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran 112, welche für Austrocknen anfällig ist, zu befeuchten.
  • Demgegenüber ist wie in 1B gezeigt die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150 so gebildet, dass Wasserstoff in derselben Richtung wie die Richtung der Schwerkraft, d. h. von oben nach unten strömt. Es sollte beachtet werden, dass bei dieser Ausführungsform die auf die Oberfläche der Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140 angewandten Oberflächenbehandlungen, d. h. hydrophile Behandlung und hydrophobe Behandlung, nicht auf die Oberfläche der Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150 angewandt sind.
  • Durch Bilden der Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150 in der wie oben beschriebenen Weise wird das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte und zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 durch die Elektrolytmembran 112 übertragene Wasser zu der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung, d. h. zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung, sowohl durch die Schwerkraft als auch durch den Wasserstoffstrom bewegt. Die strömaufwärtige Seite der Elektrolytmembran, welche für Austrocknen anfällig ist, wird somit von der Anodenseite aus befeuchtet.
  • Entsprechend der Brennstoffzelle 100 der wie oben beschriebenen Ausführungsform ist es durch wieder in Umlauf bringen von Wasser in einen flüssigen Zustand innerhalb der Brennstoffzelle 100 möglich, die Elektrolytmembran 112 selbst zu befeuchten und eine gleichmäßige Verteilung von Feuchtigkeit in der Ebene der Elektrolytmembran 112 aufrecht zu erhalten.
  • B. Zweite Ausführungsform
  • 2A und 2B sind beschreibende Ansichten, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100A entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen. 2A ist eine Schnittansicht, wie in einer Richtung parallel zu der Richtung des Gasstroms in der Brennstoffzelle 100A sichtbar, und 2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie IIB-IIB von 2A.
  • Wie mit der Brennstoffzelle 100 entsprechend der ersten Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 100A durch Verbinden der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 jeweils mit den Oberflächen der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 und Unterstützen der resultierenden Struktur zwischen einem kathodenseitigen Separator 140A und einem anodenseitigen Separator 150A gebildet.
  • Weil die Membran-Elektroden-Baueinheit 110, die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 jeweils dieselben sind wie die Membran-Elektroden-Baueinheit 110, die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 bzw. die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 bei der ersten Ausführungsform, wird deren Beschreibung nicht wiederholt werden.
  • Nun wird die Konfiguration zur Erleichterung der Selbstbefeuchtung der Elektrolytmembran 112 in der Brennstoffzelle 100A beschrieben.
  • Wie in 2A gezeigt weist der auf der Kathodenseite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 angeordnete kathodenseitige Separator 140A eine Vertiefung 142 auf, die in einer Oberfläche gebildet ist, die in Kontakt mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 steht. Die Vertiefung 142 bildet einen Gasstrompfad, in welchem Luft strömt. Die Vertiefung 142 kann als ein kathodenseitiger Gasstrompfad entsprechend der Erfindung angesehen werden. Der auf der Anodenseite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 angeordnete Separator 150A weist die Vertiefung 152 auf, die in einer Oberfläche gebildet ist, die in Kontakt mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 steht. Die Vertiefung 152 bildet einen Gasstrompfad, in welchem Wasserstoff strömt. Die Vertiefung 152 kann als ein anodenseitiger Gasstrompfad gemäß der Erfindung angesehen werden.
  • Wie in 2B gezeigt, ist die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140A so gebildet, dass Luft in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Es sollte beachtet werden, dass anders als bei dem kathodenseitigen Separator 140 bei der ersten Ausführungsform keine Oberflächenbehandlungen, d. h. hydrophile Behandlung und hydrophobe Behandlung, auf die Oberfläche der Vertiefung 142 angewandt sind.
  • Bei der Brennstoffzelle 100A neigt ein Austrocknen dazu, in der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran 112 aufzutreten. Folglich neigt die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite dazu, größer zu werden als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite.
  • Bei der Brennstoffzelle 100A ist die Vertiefung 142 so in dem kathodenseitigen Separator 140A gebildet, dass Luft in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Folglich wird eine im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Richtung der Schwerkraft gerichtete Kraft auf das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte Wasser aufgrund des Stroms der Luft ausgeübt, und auch die Schwerkraft wird auf das Wasser ausgeübt. Daher wird Wasser durch die Schwerkraft nach unten gezogen, um für die Befeuchtung der Elektrolytmembran 112 verwendet zu werden, und die Geschwindigkeit, bei welcher das Wasser sich in der Richtung der Schwerkraft bewegt kann durch den Strom der Luft verringert werden. Es ist somit möglich, das Wasser davon abzuhalten, von der Kathodenoberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 abgegeben zu werden, ohne für die Befeuchtung der Elektrolytmembran 112 verwendet zu werden.
  • Demgegenüber ist wie in 2B gezeigt die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150A auch so geformt, dass Wasserstoff in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Eine Oberflächenbehandlung ist auf die Oberfläche der Vertiefung 152 angewandt. Speziell ist eine hydrophile Behandlung als Oberflächenbehandlung auf einen stromabwärtigen Bereich 152L in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 angewandt, und eine hydrophobe Behandlung ist auf einen stromaufwärtigen Bereich 152U in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 angewandt. Bei dieser Ausführungsform ist keine Oberflächenbehandlung auf einen mittelströmigen Bereich 152M in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 angewandt. Das heißt, die Vertiefung 152 ist so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite, und dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite höher ist als die Hydrophobie auf der stromabwärtigen Seite. Bei dem stromaufwärtigen Bereich in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 ist eine hydrophile Behandlung auf einen stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 angewandt. Es sollte beachtet werden, dass die oben beschriebene hydrophile Behandlung und hydrophobe Behandlung jeweils durch Überziehen der Oberfläche der Vertiefung 152 mit einem hydrophilen Agens bzw. einem hydrophoben Agens angewandt werden. Bei der Vertiefung 152 kann die Fläche des Bereichs, auf welchen die oben beschriebene Oberflächenbehandlung angewandt ist oder der Grad der Hydrophilie und Hydrophobie wie geeignet entsprechend der Stromerzeugungsleistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 100A eingestellt sein.
  • Durch Bilden der Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150A in der wie oben beschriebenen Weise bewegt sich das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte und durch die Elektrolytmembran 112 zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 übertragene Wasser wie nachfolgend beschrieben (siehe der hohle weiße Pfeil in 2B). Es sollte beachtet werden, dass wie oben beschrieben bei der Brennstoffzelle 100A ein Austrocknen dazu neigt, in der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran 112 aufzutreten. Folglich neigt die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite dazu, größer zu sein, als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite. Daher neigt die Menge an zu dem anodenseitigen Katalysator 116 übertragenem Wasser auch dazu, auf der stromabwärtigen Seite größer zu sein als auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung, d. h. der Wasserstoffströmrichtung.
  • Bei der Brennstoffzelle 100A entsprechend dieser Ausführungsform ist die Vertiefung 152 in dem kathodenseitigen Separator 150A so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung hoch ist. Folglich wird das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung bei Stromerzeugung hergestellte und durch die Elektrolytmembran 112 zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 übertragene Wasser in den stromabwärtigen Bereich 152L der Vertiefung 152, welcher eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil die Vertiefung 152 so gebildet ist, dass Wasser in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, bewegt sich das Wasser aufgrund der Schwerkraft von dem stromabwärtigen Bereich 152L durch den mittelströmigen Bereich 152M zu dem stromaufwärtigen Bereich 152U gegen den Strom von Wasserstoff. Weil die Vertiefung 152 so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu dem stromaufwärtigen Bereich 152U bewegt hat, zurückgewiesen und in den stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB mit hoher Hydrophilie gezogen und wird ferner durch die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 und die anodenseitige Katalysatorschicht 116 zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite bewegt. Die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran 112, welche für Austrocknen anfällig ist, kann somit von der Anodenseite befeuchtet werden.
  • Entsprechend der oben beschriebenen Brennstoffzelle 100A der zweiten Ausführungsform ist es ebenso durch wieder in Umlauf bringen von Wasser in einem flüssigen Zustand innerhalb der Brennstoffzelle 100A möglich, eine Selbstbefeuchtung der Elektrolytmembran 112 zu erreichen und eine gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung in der Ebene der Elektrolytmembran 112 aufrecht zu erhalten.
  • C. Dritte Ausführungsform
  • 3A und 3B sind beschreibende Ansichten, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100E entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen. 3A ist eine Schnittansicht wie in einer Richtung parallel zu der Richtung des Gasstroms in der Brennstoffzelle 100B sichtbar, und 3B ist eine Schnittansicht entlang der Linie IIB-IIB von 3A.
  • Wie mit der Brennstoffzelle 100 entsprechend der ersten Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 100B durch Verbinden der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 jeweils mit den Oberflächen der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 und Unterstützen der resultierenden Struktur zwischen einem kathodenseitigen Separator 140B und einem anodenseitigen Separator 150B gebildet.
  • Weil die Membran-Elektroden-Baueinheit 110, die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 jeweils dieselben sind wie die Membran-Elektroden-Baueinheit 110, die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 bzw. die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 bei der ersten Ausführungsform, wird eine Beschreibung davon nicht wiederholt werden.
  • Nun wird die Konfiguration zur Erleichterung der Selbstbefeuchtung der Elektrolytmembran 112 bei der Brennstoffzelle 100B beschrieben.
  • Wie in 3A gezeigt, weist der auf der Kathodenseite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 angeordnete kathodenseitige Separator 140B eine Vertiefung 142 auf, die in einer Oberfläche gebildet ist, die in Kontakt mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 steht. Die Vertiefung 142 bildet einen Gasstrompfad, in welchem Luft strömt. Die Vertiefung 142 kann als ein kathodenseitiger Gasstrompfad entsprechend der Erfindung angesehen werden. Der auf der Anodenseite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 angeordnete anodenseitige Separator 150B weist die Vertiefung 152 auf, die in einer Oberfläche gebildet ist, die in Kontakt mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 steht. Die Vertiefung 152 bildet einen Gasstrompfad, in welchem Wasserstoff strömt. Die Vertiefung 152 kann als ein anodenseitiger Gasstrompfad entsprechend der Erfindung angesehen werden.
  • Wie in 3B gezeigt, ist die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140B so gebildet, dass Luft in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Die gleiche Oberflächenbehandlung, wie die auf dem kathodenseitigen Separator 140 der ersten Ausführungsform angewandte, ist auf die Oberfläche der Vertiefung 142 angewandt. Speziell ist eine hydrophile Behandlung als Oberflächenbehandlung auf den stromabwärtigen Bereich 142L in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 angewandt, und eine hydrophobe Behandlung ist auf den stromaufwärtigen Bereich 142U in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 angewandt. Bei dieser Ausführungsform ist keine Oberflächenbehandlung auf dem mittelströmigen Bereich 142M in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 angewandt. Das heißt, die Vertiefung 142 ist so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite. In dem stromaufwärtigen Bereich in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 ist eine hydrophile Behandlung als Oberflächenbehandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 angewandt.
  • Durch Bilden der Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140B in der wie oben beschriebenen Weise bewegt sich das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte Wasser wie nachfolgend beschrieben (siehe hohler weißer Pfeil in 3B). Es sollte beachtet werden, dass allgemein gesagt bei der Brennstoffzelle 100B ein Austrocknen dazu neigt, in der Elektrolytmembran 112 auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung aufzutreten. Folglich neigt die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite dazu, größer zu sein, als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite.
  • Bei der Brennstoffzelle 100B entsprechend dieser Ausführungsform ist wie bei dem kathodenseitigen Separator 140 bei der ersten Ausführungsform die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140B so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung hoch ist. Folglich wird das in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung bei Stromerzeugung hergestellte Wasser in den stromabwärtigen Bereich 142L der Vertiefung 142, welcher eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil die Vertiefung 142 so gebildet wird, dass Luft in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, bewegt sich das Wasser aufgrund der Schwerkraft von dem stromabwärtigen Bereich 142L durch den mittelströmigen Bereich 142M zu dem stromaufwärtigen Bereich 142U gegen den Strom der Luft. Weil die Vertiefung 142 so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu dem stromaufwärtigen Bereich 142U bewegt hat, zurückgewiesen und in den stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB mit hoher Hydrophilie gezogen und wird ferner durch die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 und die kathodenseitige Katalysatorschicht 114 zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite bewegt, wodurch es ermöglicht wird, die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran 112, welche für Austrocknen anfällig ist, zu befeuchten.
  • Demgegenüber ist wie in 3B gezeigt die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150B auch so gebildet, dass Wasserstoff in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Die gleiche Oberflächenbehandlung wie die auf die Vertiefung 152 des anodenseitigen Separaturs 150A bei der zweiten Ausführungsform angewandte ist auf die Oberfläche der Vertiefung 152 angewandt. Speziell ist eine hydrophile Behandlung auf den stromabwärtigen Bereich 152L in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 angewandt und hydrophobe Behandlung ist auf den stromaufwärtigen Bereich 152U in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 angewandt. Bei dieser Ausführungsform ist keine Oberflächenbehandlung auf den mittelströmigen Bereich 152M in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 angewandt. Das heißt, die Vertiefung 152 ist so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite. In dem stromaufwärtigen Bereich in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 ist eine hydrophile Behandlung auf einen stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 angewandt.
  • Durch Bilden der Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separatur 150B in der wie oben beschriebenen Weise bewegt sich das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte und durch die Elektrolytmembran 112 zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 übertragene Wasser wie nachfolgend beschrieben (siehe hohler weißer Pfeil in 3B). Es sollte beachtet werden, dass wie oben beschrieben bei der Brennstoffzelle 100B ein Austrocknen dazu neigt, in der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran 112 aufzutreten. Folglich neigt die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite dazu, größer zu sein, als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite. Daher neigt die Menge an zu dem anodenseitigen Katalysator 116 übertragenem Wasser auch dazu, auf der stromabwärtigen Seite größer zu sein als auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung, d. h. der Wasserstoffströmrichtung.
  • Bei der Brennstoffzelle 100E entsprechend dieser Ausführungsform ist wie bei dem anodenseitigen Separator 150A bei der zweiten Ausführungsform die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150B so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung hoch ist. Folglich wird das bei der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung während Stromerzeugung hergestellte und durch die Elektrolytmembran 112 zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 übertragene Wasser in den stromabwärtigen Bereich 152L der Vertiefung 152, welcher eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil die Vertiefung 152 so gebildet ist, dass Wasserstoff in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, bewegt sich das Wasser aufgrund der Schwerkraft von dem stromabwärtigen Bereich 152L durch den mittelströmigen Bereich 152M zu dem stromaufwärtigen Bereich 152U gegen den Strom von Wasserstoff. Weil die Vertiefung 152 so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu dem stromaufwärtigen Bereich 152U bewegt hat, zurückgewiesen und in den stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB mit hoher Hydrophilie gezogen und wird ferner durch die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 und die anodenseitige Katalysatorschicht 116 zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite bewegt. Die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran 112, welche für Austrocknen anfällig ist, wird somit von der Anodenseite befeuchtet.
  • Des Weiteren ist es gemäß der Brennstoffzelle 100E der dritten Ausführungsform durch wieder in Umlauf bringen von Wasser in einem flüssigen Zustand innerhalb der Brennstoffzelle 100B möglich, eine Selbstbefeuchtung der Elektrolytmembran 112 zu erreichen und eine gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung in der Ebene der Elektrolytmembran 112 aufrecht zu erhalten.
  • D. Vierte Ausführungsform
  • 4 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch die Querschnittsstruktur einer Brennstoffzelle 100C entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 4 ist eine Schnittansicht in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Gasstroms in der Brennstoffzelle 100C.
  • Die Brennstoffzelle 100C ist durch Verbinden der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 und der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 jeweils mit den Oberflächen der Membran-Elektroden-Baueinheit 110, ferner Anordnen eines kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122 und eines anodenseitigen metallischen porösen Elements 132 jeweils auf Oberflächen der resultierenden Struktur und Unterstützen der resultierenden Struktur zwischen einem kathodenseitigen Separator 140C und einem anodenseitigen Separator 150C gebildet.
  • Die Membran-Elektroden-Baueinheit 110, die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 sind dieselben wie die der oben beschriebenen Ausführungsformen. Ein Gasstrompfad, in welchem Luft strömt, ist in dem kathodenseitigen metallischen porösen Element 122 gebildet. Der in dem kathodenseitigen metallischen porösen Element 122 gebildete Gasstrompfad kann als ein kathodenseitiger Gasstrompfad entsprechend der Erfindung angesehen werden.
  • Das anodenseitige metallische poröse Element 132 bildet einen Gasstrompfad, in welchem Wasserstoff strömt. Das anodenseitige metallische poröse Element 132 kann als ein anodenseitiger Gasstrompfad entsprechend der Erfindung angesehen werden. Es sollte beachtet werden, dass, entgegen den Separatoren der oben beschriebenen Ausführungsformen, der kathodenseitige Separator 140C und der anodenseitige Separator 150C eine flache Form aufweisen.
  • Wie in der Zeichnung gezeigt, ist der in dem kathodenseitigen metallischen porösen Element 122 gebildete Gasstrompfad so gebildet, dass Luft in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Eine Oberflächenbehandlung ist auf die äußere Oberfläche des kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122 und die inneren Oberflächen dessen Poren angewandt. Speziell ist eine hydrophile Behandlung auf einen stromabwärtigen Teil 122L in der Luftströmrichtung des kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122 angewandt, und eine hydrophobe Behandlung ist auf einen stromaufwärtigen Teil 122U in der Luftströmrichtung des kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122 angewandt. Bei dieser Ausführungsform ist keine Oberflächenbehandlung auf einen mittelströmigen Teil 122M in der Luftströmrichtung des kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122 angewandt. Das heißt, das kathodenseitige metallische poröse Element 122 ist so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite, und dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite höher ist als die Hydrophobie auf der stromabwärtigen Seite. In dem stromaufwärtigen Bereich in der Luftströmrichtung des in dem kathodenseitigen porösen Element 122 gebildeten Gasstrompfades ist eine hydrophile Behandlung auf einem stromaufwärtsseitigen Rand 122UB mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 angewandt. Es sollte beachtet werden, dass bei dieser Ausführungsform die oben beschriebene hydrophile Behandlung und hydrophobe Behandlung jeweils durch Imprägnieren des kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122 mit einem hydrophilen Agens bzw. einem hydrophoben Agens angewandt ist. In dem kathodenseitigen metallischen porösen Element 122 kann der Bereich, auf welchen die oben beschriebene Oberflächenbehandlung angewandt ist, oder der Grad der Hydrophilie und Hydrophobie entsprechend der Stromerzeugungsleistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 100C oder desgleichen benötigt eingestellt sein.
  • Durch Bilden des kathodenseitigen porösen Elements 122 in der wie oben beschriebenen Weise bewegt sich das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte Wasser wie nachfolgend beschrieben (siehe hohler weißer Pfeil auf der linken Seite von 4). Es sollte beachtet werden, dass bei der Brennstoffzelle 100C ein Austrocknen dazu neigt, in der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran 112 aufzutreten. Folglich neigt die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite dazu, größer zu sein, als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite.
  • Bei der Brennstoffzelle 100C entsprechend dieser Ausführungsform ist das kathodenseitige metallische poröse Element 122 so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung hoch ist. Folglich wird das in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung bei Stromerzeugung hergestellte Wasser in den stromabwärtigen Teil 122L des kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122, welcher eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil der in dem kathodenseitigen metallischen porösen Element 122 gebildete Gasstrompfad so gebildet ist, dass Luft in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, wird das Wasser durch die Schwerkraft von dem stromabwärtigen Teil 122L durch den mittelströmigen Teil 122M zu dem stromaufwärtigen Teil 122U gegen den Strom der Luft nach unten gezogen. Weil das kathodenseitige metallische poröse Element 122 so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu dem stromaufwärtigen Teil 122U bewegt hat, zurückgewiesen und in den stromaufwärtsseitigen Randteil 122UB mit hoher Hydrophilie gezogen und wird ferner durch die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 und die kathodenseitige Katalysatorschicht 114 zu der Oberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite bewegt, wodurch es ermöglicht wird, die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran 112, welche für Austrocknen anfällig ist, zu befeuchten.
  • Demgegenüber ist das anodenseitige metallische poröse Element 132 auch so gebildet, dass Wasserstoff in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, d. h. von unten nach oben. Eine Oberflächenbehandlung ähnlich dem kathodenseitigen metallischen porösen Element 122 ist auf die äußere Oberfläche des anodenseitigen porösen Elements 132 und auf die inneren Oberflächen der Poren davon angewandt. Speziell ist eine hydrophile Behandlung auf einen stromabwärtigen Teil 132L in der Wasserstoffströmrichtung des anodenseitigen porösen Elements 132 angewandt und eine hydrophobe Behandlung ist auf einen stromaufwärtigen Teil 132U in der Wasserstoffströmrichtung des anodenseitigen metallischen porösen Elements 132 angewandt. Bei dieser Ausführungsform ist keine Oberflächenbehandlung auf einen mittelströmigen Teil 132M in der Wasserstoffströmrichtung des anodenseitigen metallischen porösen Elements 132 angewandt.
  • Das heißt, das anodenseitige metallische poröse Element 132 ist so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite. In dem stromaufwärtigen Bereich in der Wasserstoffströmrichtung des anodenseitigen porösen Elements 132 ist eine hydrophile Behandlung auf einen stromaufwärtsseitigen Randteil 132UB mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 angewandt. Es sollte beachtet werden, dass bei dieser Ausführungsform die oben beschriebene hydrophile Behandlung und hydrophobe Behandlung jeweils durch Imprägnieren des anodenseitigen metallischen porösen Elements 132 mit einem hydrophilen Agens bzw. einem hydrophoben Agens angewandt sind. Bei dem anodenseitigen metallischen porösen Element 132 kann der Bereich, auf welchen die oben beschriebene Oberflächenbehandlung angewandt ist, oder der Grad der Hydrophilie und Hydrophobie entsprechend der Stromerzeugungsleistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 100C geeignet eingestellt sein.
  • Durch Bilden des anodenseitigen porösen Elements 132 in der wie oben beschriebenen Weise bewegt sich das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte und durch die Elektrolytmembran 112 zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 übertragene Wasser wie nachfolgend beschrieben (siehe der hohle weiße Pfeil auf der rechten Seite von 4). Es sollte beachtet werden, dass wie oben beschrieben bei der Brennstoffzelle 100C ein Austrocknen dazu neigt, in der stromaufwärtigen Seite der Elektrolytmembran 112 aufzutreten. Folglich neigt die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite dazu, größer zu sein, als die Menge an Stromerzeugung und die Menge an hergestelltem Wasser in der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromaufwärtigen Seite. Daher neigt die Menge an zu dem anodenseitigen Katalysator 116 übertragenem Wasser auch dazu, auf der stromabwärtigen Seite größer zu sein als auf der stromaufwärtigen Seite in der Luftströmrichtung, d. h. der Wasserstoffströmrichtung.
  • Bei der Brennstoffzelle 100C entsprechend dieser Ausführungsform ist das anodenseitige poröse metallische Element 132 so gebildet, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung hoch ist. Folglich wird das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung während der Stromerzeugung hergestellte und durch die Elektrolytmembran 112 zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 übertragene Wasser in den stromabwärtigen Teil 132L des anodenseitigen metallischen porösen Elements 132, welcher eine hohe Hydrophilie aufweist, gezogen und davon zurückgehalten. Weil das anodenseitige poröse metallische Element 132 so gebildet ist, dass Wasserstoff in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, bewegt sich das Wasser aufgrund der Schwerkraft von dem stromabwärtigen Teil 132L durch den mittelströmigen Teil 132M zu dem stromaufwärtigen Teil 132U gegen den Strom von Wasserstoff. Weil das anodenseitige poröse metallische Element 132 so gebildet ist, dass die Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung hoch ist, wird das Wasser, das sich zu dem stromaufwärtigen Teil 132U bewegt hat, zurückgewiesen und in den stromaufwärtsseitigen Randteil 132UB mit hoher Hydrophilie gezogen, und wird ferner durch die anodenseitige Gasdiffusionsschicht 130 und die anodenseitige Katalysatorschicht 116 zu der Oberfläche der stromaufwärtigen Seite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 bewegt. Die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran 112, welche für Austrocknen anfällig ist, wird somit von der Anodenseite aus befeuchtet.
  • Entsprechend der Brennstoffzelle 100C der vierten Ausführungsform ist es ebenso wie bei der Brennstoffzelle 100B entsprechend der dritten Ausführungsform durch wieder in Umlauf bringen von Wasser in einem flüssigen Zustand innerhalb der Brennstoffzelle 100C möglich, eine Selbstbefeuchtung der Elektrolytmembran 112 zu erreichen und eine gleichmäßige Feuchtigkeitsverteilung in der Ebene der Elektrolytmembran 112 aufrecht zu erhalten.
  • E. Modifikationen
  • Während die vorliegende Erfindung mit Hilfe von Ausführungsformen beschrieben wurde ist die Erfindung keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in einer Vielzahl von Wegen umgesetzt werden, ohne von deren Umfang abzuweichen. Beispiele möglicher Modifikationen sind nachfolgend gegeben.
  • E1. Modifikation 1
  • Bei der ersten Ausführungsform ist die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150 so gebildet, dass Wasserstoff in der gleichen Richtung wie die Richtung der Schwerkraft strömt, die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und die Konfiguration der Vertiefung 152 kann in geeigneter Weise verändert werden. Es sollte allerdings beachtet werden, dass, wenn die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150 so gebildet ist, dass Wasserstoff in der gleichen Richtung wie die Richtung der Schwerkraft wie bei der ersten Ausführungsform strömt, das in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 114 hergestellte und zu der anodenseitigen Katalysatorschicht 116 durch die Elektrolytmembran 112 übertragene Wasser zu der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung bewegt werden kann, d. h. zu der Oberfläche der stromaufwärtigen Seite der Membran-Elektroden-Baueinheit 110, sowohl mit Hilfe der Schwerkraft als auch des Wasserstoffstroms. Die stromaufwärtige Seite der Elektrolytmembran 112, welche für Austrocknen anfällig ist, wird somit von der Anodenseite befeuchtet.
  • E2. Modifikation 2
  • Bei der zweiten Ausführungsform ist die Vertiefung 142 in den kathodenseitigen Separator 140A so gebildet, dass Luft in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt, die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Konfiguration der Vertiefung 142 kann in geeigneter Weise verändert werden. Es ist allerdings anzumerken, dass, wenn die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140A so gebildet ist, dass Luft in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft, wie bei der zweiten Ausführungsform, strömt, durch die Schwerkraft herunter gezogenes Wasser verwendet werden kann, um die Elektrolytmembran 112 zu befeuchten, und die Geschwindigkeit, bei welcher das Wasser sich in der Richtung der Schwerkraft bewegt durch den Strom der Luft verringert werden kann, wodurch es ermöglicht wird, Wasser davon abzuhalten, von der Kathodenoberfläche der Membran-Elektroden-Baueinheit 110 abgeschieden zu werden, ohne für die Befeuchtung der Elektrolytmembran 112 verwendet zu werden.
  • E3. Modifikation 3
  • Bei den ersten und dritten Ausführungsformen ist in dem stromaufwärtigen Bereich in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140, 140B eine hydrophile Behandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 142U8 mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 angewandt. Allerdings ist eine solche hydrophile Behandlung nicht erforderlich. Es sollte allerdings beachtet werden, dass durch Anwenden einer hydrophilen Behandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB Wasser leicht von dem stromaufwärtigen Bereich 142U zu der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 bewegt werden kann. Eine hydrophile Behandlung kann auf die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 120 angewandt sein. Eine hydrophile Behandlung kann auf einen oberseitigen Teil 120UB der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120, welche dem stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB des kathodenseitigen Separators 140, 140B gegenüberliegt, angewandt sein. Eine hydrophile Behandlung kann sowohl auf den oberseitigen Teil 120UB als auch auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB angewandt sein. Wenn eine hydrophile Behandlung sowohl auf den oberseitigen Teil 120UB als auch auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 142UB angewandt ist, kann die Hydrophilie des oberseitigen Teils 120UB höher gemacht werden als die Hydrophilie des stromaufwärtsseitigen Randteils 142UB. Der oberseitige Teil 120UB kann als der stromaufwärtsseitige Abschnitt eines Randteils der Kathode angesehen werden.
  • Bei den zweiten und dritten Ausführungsformen ist in dem stromaufwärtigen Bereich in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150, 150B eine hydrophile Behandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 angewandt. Allerdings ist solch eine hydrophile Behandlung nicht erforderlich. Es sollte allerdings beachtet werden, dass durch Anwenden einer hydrophilen Behandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB Wasser leicht von dem stromaufwärtigen Bereich 152U zu der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 bewegt werden kann. Eine hydrophile Behandlung kann auf einen oberseitigen Teil 130UB der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130, welche dem stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB des anodenseitigen Separators 150A, 150B gegenüber steht, angewandt sein. Eine hydrophile Behandlung kann auf sowohl den oberseitigen Teil 130UB als auch den stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB angewandt sein. Wenn eine hydrophile Behandlung sowohl auf den oberseitigen Teil 130UB als auch auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 152UB angewandt ist, so kann die Hydrophilie des oberseitigen Teils 130UB höher gestaltet sein als die Hydrophilie des stromaufwärtsseitigen Randteils 152UB. Der oberseitige Teil 130UB kann als ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt eines Randteils der Anode angesehen werden.
  • Bei der vierten Ausführungsform ist in dem stromaufwärtigen Bereich in der Luftströmrichtung des kathodenseitigen metallischen porösen Elements 122 eine hydrophile Behandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 122UB mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 angewandt. Allerdings ist solch eine hydrophile Behandlung nicht erforderlich. Es sollte allerdings beachtet werden, dass durch Anwenden einer hydrophilen Behandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 122UB Wasser einfach von dem stromaufwärtigen Teil 122U zu der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht 120 bewegt werden kann. Ferner ist in dem stromaufwärtigen Bereich in der Wasserstoffströmrichtung des anodenseitigen metallischen porösen Elements 132 eine hydrophile Behandlung ähnlich auf einen stromaufwärtsseitigen Randteil 132UB mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 angewandt. Allerdings ist solche eine hydrophile Behandlung nicht erforderlich. Es sollte allerdings beachtet werden, dass durch Anwenden einer hydrophilen Behandlung auf den stromaufwärtsseitigen Randteil 132UB Wasser einfach von dem stromaufwärtsseitigen Teil 132U zu der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht 130 bewegt werden kann.
  • E4. Modifikation 4
  • In den ersten und dritten Ausführungsformen ist eine hydrophile Behandlung auf den stromabwärtigen Bereich 142L in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140, 140B angewandt, und eine hydrophobe Behandlung ist auf den stromaufwärtigen Bereich 142U in der Luftströmrichtung der Vertiefung 142 angewandt. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Solange die Vertiefung 142 so gebildet ist, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Luftgasströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite kann der Grad der Hydrophobie und Hydrophilie so festgelegt sein, dass er sich kontinuierlich oder schrittweise von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Luftströmrichtung verändert. Das Gleiche trifft auf das kathodenseitige metallische poröse Element 122 der vierten Ausführungsform zu.
  • Bei den zweiten und dritten Ausführungsformen ist eine hydrophile Behandlung auf den stromabwärtigen Bereich 152L in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150A, 150B angewandt, und eine hydrophobe Behandlung ist auf den stromaufwärtigen Bereich 152U in der Wasserstoffströmrichtung der Vertiefung 152 angewandt. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Solange die Vertiefung 152 so gebildet ist, dass die Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite, kann der Grad der Hydrophobie und Hydrophilie so eingestellt sein, dass er sich kontinuierlich oder schrittweise von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Wasserstoffströmrichtung ändert. Das Gleiche trifft auf das anodenseitige metallische poröse Element 132 der vierten Ausführungsform zu.
  • E5. Modifikation 5
  • Bei der ersten Ausführungsform ist die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140 so gebildet, dass Luft in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150A so gebildet, dass Wasserstoff in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömt. Ferner sind bei der dritten Ausführungsform die Vertiefung 142 in dem kathodenseitigen Separator 140B und die Vertiefung 152 in dem anodenseitigen Separator 150B so gebildet, dass sowohl Luft als auch Wasserstoff in der Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömen, und die oben beschriebene hydrophile Behandlung und hydrophobe Behandlung sind auf jede dieser Vertiefungen angewandt. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. In Fällen, wo eine Brennstoffzelle in einer Umgebung verwendet wird, wo eine andere externe Kraft als die Schwerkraft, wie etwa Zentrifugalkraft, fortwährend auf das Wasser ausgeübt wird, können die Vertiefungen stattdessen so gebildet sein, dass Gas in einer Richtung entgegen der Richtung der externen Kraft, die auf Wasser ausgeübt wird, strömt. Das Gleiche trifft auf das kathodenseitige metallische poröse Element 122 und das anodenseitige metallische poröse Element 132 bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform zu.
  • Zusammenfassung
  • Bei einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (100B) sind eine Vertiefung (142) (kathodenseitiger Gasstrompfad) in einem kathodenseitigen Separator (140) und eine Vertiefung (152) (anodenseitiger Gasstrompfad) in einem anodenseitigen Separator (150) so gebildet, dass Luft und Wasserstoff in einer Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft strömen. Eine Oberflächenbehandlung kann auf die Oberfläche der Vertiefungen (142 und 152) so angewandt sein, dass die Hydrophilie in den Vertiefungen auf der stromabwärtigen Seite höher ist als auf der stromaufwärtigen Seite.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2002-42844 [0003, 0004]
    • - JP 2002-42844 A [0003, 0004]

Claims (27)

  1. Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Baueinheit, die durch einen Separator auf beiden Seiten unterstützt ist, wobei die Membran-Elektroden-Baueinheit eine Anode und eine Kathode aufweist, die jeweils mit entgegengesetzten Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran verbunden sind, wobei die Brennstoffzelle umfasst: einen zwischen der Anode und dem Separator bereitgestellten anodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Anode Wasserstoff enthaltendes Brennstoffgas zuführt; und einen zwischen der Kathode und dem Separator bereitgestellten kathodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Kathode Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittelgas zuführt, wobei der kathodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass das Oxidationsmittelgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer Richtung einer externen Kraft strömt, die auf an der Kathode durch eine elektrochemische Reaktion zwischen in dem Brennstoffgas enthaltenem Wasserstoff und in dem Oxidationsmittelgas enthaltenem Sauerstoff während der Stromerzeugung erzeugtes Wasser ausgeübt wird, und dass die Hydrophilie auf einer stromabwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades in einer Strömrichtung des Oxidationsmittelgases höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite.
  2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei: der kathodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömrichtung des Oxidationsmittelgases die Hydrophilie an einem Abschnitt, wo ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt des Separators mit einem Randteil des Separators mit der Kathode überlappt, höher ist als die Hydrophilie an dem anderen Teil des stromaufwärtsseitigen Abschnitts des Separators.
  3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Hydrophilie an einem Abschnitt, wo ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt der Kathode mit einem Randteil der Kathode mit dem Separator überlappt, höher ist als die Hydrophilie an dem stromaufwärtsseitigen Abschnitt des Separators.
  4. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Hydrophilie an dem Abschnitt, wo der stromaufwärtsseitige Abschnitt der Kathode mit dem Randteil der Kathode überlappt, höher ist als die Hydrophilie an einem anderen Abschnitt der Kathode.
  5. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der kathodenseitige Gasstrompfad eine Vertiefung darstellt, die in einer Oberfläche des Separators gebildet ist, die in Kontakt mit der Kathode steht.
  6. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der kathodenseitige Gasstrompfad in einem metallischen porösen Element gebildet ist.
  7. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: eine hydrophile Behandlung auf die stromabwärtige Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades angewandt ist, und eine hydrophobe Behandlung auf die stromaufwärtige Seite angewandt ist.
  8. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: eine höhere Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades eingestellt ist als in einem mittelströmigen Bereich und eine höhere Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades eingestellt ist als in dem mittelströmigen Bereich.
  9. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass Brennstoffgas im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Richtung der externen Kraft strömt.
  10. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass: das Brennstoffgas im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Richtung der externen Kraft strömt; und eine Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite des anodenseitigen Gasstrompfades in der Strömrichtung des Brennstoffgases höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite.
  11. Brennstoffzelle nach Anspruch 10, wobei: der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömrichtung des Brennstoffgases die Hydrophilie an einem Abschnitt, wo ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt des Separators mit einem Randteil des Separators mit der Anode überlappt, höher ist als die Hydrophilie an dem anderen Teil des stromaufwärtsseitigen Abschnitts des Separators.
  12. Brennstoffzelle nach Anspruch 10 oder 11, wobei: der anodenseitige Gasstrompfad eine Vertiefung darstellt, die in einer Oberfläche des Separators gebildet ist, die in Kontakt mit der Anode steht.
  13. Brennstoffzelle nach Anspruch 10 oder 11, wobei: der anodenseitige Gasstrompfad in einem metallischen porösen Element gebildet ist.
  14. Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Baueinheit, die durch einen Separator auf beiden Seiten unterstützt ist, wobei die Membran-Elektroden-Baueinheit eine Anode und eine Kathode aufweist, die jeweils mit entgegengesetzten Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran verbunden sind, wobei die Brennstoffzelle umfasst: einen zwischen der Anode und dem Separator bereitgestellten anodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Anode Wasserstoff enthaltenes Brennstoffgas zuführt; und einen zwischen der Kathode und dem Separator bereitgestellten kathodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Kathode Sauerstoff enthaltenes Oxidationsmittelgas zuführt, wobei der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass das Brennstoffgas in eine Richtung im Wesentlichen entgegen einer Richtung einer externen Kraft strömt, die auf an der Kathode durch eine elektrochemische Reaktion zwischen in dem Brennstoffgas enthaltendem Wasserstoff und in dem Brennstoffgas enthaltenem Sauerstoff während der Stromerzeugung erzeugtes Wasser ausgeübt wird, und dass die Hydrophilie auf einer stromabwärtigen Seite des anodenseitigen Gasstrompfades in einer Strömrichtung des Brennstoffgases höher ist als die Hydrophilie auf der stromaufwärtigen Seite.
  15. Brennstoffzelle nach Anspruch 14, wobei: der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömrichtung des Brennstoffgases die Hydrophilie an einem Abschnitt, wo ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt des Separators mit einem Randteil des Separators mit der Anode überlappt, höher ist als die Hydrophilie an dem anderen Teil des stromaufwärtsseitigen Abschnitts des Separators.
  16. Brennstoffzelle nach Anspruch 14 oder 15, wobei: die Hydrophilie an einem Abschnitt, wo ein stromaufwärtsseitiger Abschnitt der Anode mit einem Randteil der Anode mit dem Separator überlappt, höher ist als die Hydrophilie an dem stromaufwärtsseitigen Abschnitt des Separators.
  17. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei: die Hydrophilie an dem Abschnitt, wo der stromaufwärtsseitige Abschnitt der Anode mit dem Randteil der Anode überlappt, höher ist als die Hydrophilie an einem anderen Abschnitt der Anode.
  18. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei: der anodenseitige Gasstrompfad eine Vertiefung darstellt, die in einer Oberfläche des Separators gebildet ist, die in Kontakt mit der Anode steht.
  19. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei: der anodenseitige Gasstrompfad in einem metallischen porösen Element gebildet ist.
  20. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei: der kathodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass das Brennstoffgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen der Richtung der externen Kraft strömt.
  21. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei: eine hydrophile Behandlung auf die stromabwärtige Seite des anodenseitigen Gasstrompfades angewandt ist, und eine hydrophobe Behandlung auf die stromaufwärtige Seite angewandt ist.
  22. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei: eine höhere Hydrophilie auf der stromabwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades eingestellt ist als in einem mittelströmigen Bereich und eine höhere Hydrophobie auf der stromaufwärtigen Seite des anodenseitigen Gasstrompfades eingestellt ist als in dem mittelströmigen Bereich.
  23. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei: die Richtung der externen Kraft die Richtung der Schwerkraft ist.
  24. Brennstoffzellensystem, umfassend: die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, eine Brennstoffgaszufuhrquelle, die dem anodenseitigen Gasstrompfad Brennstoffgas zuführt, einen ersten Gasdurchgang zwischen der Brennstoffgaszufuhrquelle und dem anodenseitigen Gasstrompfad, eine Oxidationsmittelgaszufuhrquelle, die dem kathodenseitigen Gasstrompfad Oxidationsmittelgas zuführt, so dass das Oxidationsmittelgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer Richtung einer externen Kraft in dem kathodenseitigen Gasstrompfad strömt einen zweiten Gasdurchgang zwischen der Oxidationsmittelgaszufuhrquelle und dem kathodenseitigen Gasstrompfad.
  25. Brennstoffzellensystem, umfassend: die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 14 bis 22, eine Oxidationsmittelgaszufuhrquelle, die dem anodenseitigen Gasstrompfad Oxidationsmittelgas zuführt, einen ersten Gasdurchgang zwischen der Oxidationsmittelgaszufuhrquelle und dem kathodenseitigen Gasstrompfad, eine Brennstoffgaszufuhrquelle, die dem anodenseitigen Gasstrompfad Brennstoffgas zuführt, so dass das Brennstoffgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer Richtung einer externen Kraft in dem anodenseitigen Gasstrompfad strömt einen zweiten Gasdurchgang zwischen der Brennstoffgaszufuhrquelle und dem anodenseitigen Gasstrompfad.
  26. Brennstoffzelle, umfassend: eine Membran-Elektroden-Baueinheit mit einer Anode und einer Kathode, die jeweils mit Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran verbunden sind; einen ersten Separator und einen zweiten Separator, die die Membran-Elektroden-Baueinheit dazwischen unterstützen, wobei der erste Separator auf einer Anodenseite bereitgestellt ist und der zweite Separator auf einer Kathodenseite bereitgestellt ist; einen zwischen der Anode und dem ersten Separator bereitgestellten anodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Anode Wasserstoff enthaltenes Brennstoffgas zuführt; und einen zwischen der Kathode und dem zweiten Separator bereitgestellten kathodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Kathode Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittelgas zuführt, wobei der kathodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, dass Oxidationsmittelgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer Richtung einer externen Kraft strömt, die auf an der Kathode durch eine elektrochemische Reaktion zwischen in dem Brennstoffgas enthaltenem Wasserstoff und in dem Oxidationsmittelgas enthaltenem Sauerstoff während der Stromerzeugung erzeugtes Wasser ausgeübt wird, und dass die Hydrophilie auf einer stromabwärtigen Seite des kathodenseitigen Gasstrompfades in einer Strömrichtung des Oxidationsmittelgases höher ist als die Hydrophilie auf einer stromaufwärtigen Seite.
  27. Brennstoffzelle, umfassend: eine Membran-Elektroden-Baueinheit mit einer Anode und einer Kathode, die jeweils mit Oberflächen einer Polymerelektrolytmembran verbunden sind; einen ersten Separator und einen zweiten Separator, die die Membran-Elektroden-Baueinheit dazwischen unterstützen, wobei der erste Separator auf einer Anodenseite bereitgestellt ist und der zweite Separator auf einer Kathodenseite bereitgestellt ist; einen zwischen der Anode und dem ersten Separator bereitgestellten anodenseitigen Gasstrompfad, zum Zuführen von Wasserstoff enthaltenem Brennstoffgas zu der Anode; und einen zwischen der Kathode und dem zweiten Separator bereitgestellten kathodenseitigen Gasstrompfad, welcher der Kathode Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittelgas zuführt, wobei der anodenseitige Gasstrompfad so gebildet ist, das Brennstoffgas in einer Richtung im Wesentlichen entgegen einer Richtung einer externen Kraft strömt, die auf an der Kathode durch eine elektrochemische Reaktion zwischen in dem Brennstoffgas enthaltenem Wasserstoff und in dem Oxidationsmittelgas enthaltenem Sauerstoff bei Stromerzeugung erzeugtes Wasser ausgeübt wird, und dass die Hydrophilie auf einer stromabwärtigen Seite des anodenseitigen Gasstrompfades in einer Strömrichtung des Brennstoffgases höher ist als die Hydrophilie auf einer stromaufwärtigen Seite.
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