DE112010002739B4 - Brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzelle, welche aufweist:eine erste Elektroden-Katalysatorschicht (17), die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist;eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18), die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist;ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement (21), das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht (17) aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal (T1) zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist;ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement (22), das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht (18) aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal (T2) zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist;einen ersten Separator (23), der an dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) angeordnet ist;einen zweiten Separator (24), der auf eine Oberfläche des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) aufgelegt ist;einen Einführungskanal (M1) und einen Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas; undeinen Einführungskanal (R1) und einen Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas;wobei die Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dassdas zweite Gaskanal-Ausbildungselement (22) ausgestaltet ist durch eine flache Platte (25), eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte (25) ausgebildeten ersten Vorsprüngen (26) zum Ausbilden des zweiten Gaskanals (T2) und eine Mehrzahl von auf der flachen Platte (25) ausgebildeten zweiten Vorsprüngen (27) zum Ausbilden des Wasserkanals (28), und die ersten Vorsprünge (26) und die zweiten Vorsprünge (27) an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements (22) ausgebildet sind,ein Wasserkanal (28) zwischen einer Oberfläche der flachen Platte (25) des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) und einer dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) entsprechenden Rückseite des zweiten Separators (24) ausgebildet ist,der Wasserkanal (28) und der zweite Gaskanal (T2) an den gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements (22) geformt sind und durch ein Verbindungsloch (29) miteinander kommunizieren, das durch jeden der ersten Vorsprünge (26) hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) geformt sind,der Wasserkanal (28) eine Tiefe besitzt, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des zweiten Gaskanals (T2) eingestellt ist, undWasser (W), das mittels Kapillarwirkung aus dem zweiten Gaskanal (T2) über die Verbindungslöcher (29) in den Wasserkanal (28) gezogen wird, durch den Druck aufgrund des in dem zweiten Gaskanal (T2) strömenden Oxidationsgases zum Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas hin abgeleitet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, beispielsweise zur Installation in einem Elektrofahrzeug.
  • EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
  • Eine typische Brennstoffzelle weist einen Zellenstack auf, der von einer Anzahl von aufeinander gestapelten Leistungserzeugungszellen gebildet wird. Eine herkömmliche Leistungserzeugungszelle wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die 23 bis 25 beschrieben. Wie in 23 veranschaulicht ist, ist ein
    Elektrodenaufbau 15 in einem Fügeabschnitt zwischen einem Paar von Rahmen 13, 14 montiert. Der Elektrodenaufbau 15 wird von einer Festelektrolytmembran 16, einer anodenseitigen Elektroden-Katalysatorschicht 17 und einer kathodenseitigen
    Elektroden-Katalysatorschicht 18 gebildet. Der Außenumfang der Festelektrolytmembran 16 ist zwischen den Rahmen 13, 14 festgeklemmt. Die anodenseitige Elektroden-Katalysatorschicht 17 ist auf die Oberseite der Elektrolytmembran 16 gestapelt. Die kathodenseitige Elektroden-Katalysatorschicht 18 ist auf die Unterseite der Elektrolytmembran 16 aufgelegt. Eine anodenseitige Gasdiffusionsschicht 19 ist auf die Oberseite der Elektroden-Katalysatorschicht 17 aufgelegt. Eine kathodenseitige Gasdiffusionsschicht 20 ist auf die Unterseite der Elektroden-Katalysatorschicht 18 aufgelegt. Ein anodenseitiges Gaskanal- Ausbildungselement 21 ist auf die Oberseite der Gasdiffusionsschicht 19 aufgelegt. Ein kathodenseitiges Gaskanal-Ausbildungselement 22 ist auf der Unterseite der Gasdiffusionsschicht 20 ausgebildet.
  • Wie in 24 veranschaulicht ist, ist das Gaskanal-Ausbildungselement 21 (22) durch ein Streckmetall ausgebildet. In dem Streckmetall ist eine Anzahl von hexagonalen Ringabschnitten 21a (22a) serpentinenartig ausgebildet. Eine
    Durchgangsöffnung 21b (22b) ist in jedem der Ringabschnitte 21a (22a) ausgebildet. Brennstoffgas (Oxidationsgas) strömt in einem Gaskanal, der durch die Ringabschnitte 21a (22a) und die Durchgangsöffnungen 21b (22b) ausgebildet ist. 25 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Gaskanal-Ausbildungselementes 21, 22.
  • Unter Bezugnahme auf 23 sind ein Brennstoffgas-Zuführkanal M1 und ein Brennstoffgas-Abführkanal M2 in den Rahmen 13, 14 ausgebildet. Der Brennstoffgas- Zuführkanal M1 ist ein Kanal, durch den Wasserstoffgas als Brennstoffgas einem Gaskanal in dem anodenseitigen Gaskanal-Ausbildungselement 21 zugeführt wird. Der Brennstoffgas-Abführkanal M2 ist ein Kanal, durch den das Brennstoffgas, das durch den Gaskanal des Gaskanal-Ausbildungselementes 21 hindurchgeströmt ist und bei dem es sich um Brennstoffabgas handelt, zur Außenseite hin abgeleitet wird. Ein Oxidationsgas-Zuführkanal und ein Oxidationsgas-Abführkanal sind in den Rahmen 13, 14 ausgebildet. Der Oxidationsgas-Zuführkanal befindet sich bei Betrachtung von
    23 auf der Rückseite des Zeichnungsblattes. Der Oxidationsgas-Zuführkanal ist ein Kanal, durch den die Luft als Oxidationsgas einem Gaskanal in dem kathodenseitigen Gaskanal-Ausbildungselement 22 zugeführt wird. Der Oxidationsgas- Abführkanal befindet sich bei Betrachtung von 23 auf der Vorderseite des Zeichnungsblattes. Der Oxidationsgas-Abführkanal ist ein Kanal, durch den das Oxidationsgas, das durch den Gaskanal des Gaskanal-Ausbildungselementes 22 hindurchgeströmt ist und bei dem es sich um Oxidationsabgas handelt, zur Außenseite hin abgeführt wird.
  • Wasserstoffgas wird dem Gaskanal-Ausbildungselement 21 von einer nicht dargestellten Wasserstoffgas-Versorgungsquelle durch den Brennstoffgas-Zuführkanal M1 in der von dem Pfeil in in 23 angegebenen Gasströmungsrichtung P zugeführt. Ferner wird die Luft von einer nicht dargestellten Luft-Versorgungsquelle dem Gaskanal-Ausbildungselement 22 zugeführt. Dies verursacht eine elektrochemische Reaktion für die Erzeugung von Leistung in der Leistungserzeugungszelle.
  • Patentdokument 1 legt eine Brennstoffzelle ähnlich der in 23 gezeigten Konfiguration offen.
  • Als eine herkömmliche Brennstoffzelle wurde eine in Patentdokument 2 offengelegte Brennstoffzelle vorgeschlagen. Wie in 26 gezeigt ist, weist die Brennstoffzelle eine Separatorgrundplatte 73 auf, die zwischen einem luftelektrodenseitigen Kollektor 71 und einem brennstoffelektrodenseitigen Kollektor 72 angeordnet ist. Unter Bezugnahme auf 27 wird der luftelektrodenseitige Kollektor 71 in Anlage gegen eine Festelektrolytmembran 74 gehalten. Der luftelektrodenseitige Kollektor 71 wird gebildet durch untere Abschnitte 71a, die in Anlage gegen eine luftelektrodenseitige Diffusionsschicht 75 mit einer wasserabstoßenden Schicht gehalten sind, obere Abschnitte 71b, die in Anlage gegen die Separatorgrundplatte 73 gehalten sind, und gitterartige Öffnungen 71c, die in den unteren Abschnitten 71a und den oberen Abschnitten 71b ausgebildet sind. Oxidationsgas wird der luftelektrodenseitigen Diffusionsschicht 75 über einen in dem luftelektrodenseitigen Kollektor 71 ausgebildeten Gaskanal zugeführt. Durch Leistungserzeugung in dem Gaskanal erzeugtes Wasser strömt von dem Gaskanal stromabwärts.
  • Als eine weitere herkömmliche Brennstoffzelle wurde eine in Patentdokument 3 offengelegte Brennstoffzelle vorgeschlagen. Gemäß der Darstellung in 28 ist in der Brennstoffzelle ein elektrolytseitiger Gaszuführkanal 83 zwischen einer in Anlage
    gegen einen Elektrodenaufbau 15 gehaltenen Gasdiffusionsschicht 81 und einer von einem porösen Körper gebildeten Wasserableitungsschicht 82 ausgebildet. Ein Wasserableitungskanal 85 ist in einer Oberfläche 84 der Wasserableitungsschicht 82 ausgebildet. Eine spezielle Unterdruckerzeugungseinrichtung (nicht gezeigt) ist in dem Wasserableitungskanal 85 angeordnet. Der Wasserableitungskanal 85 veranlasst Wasser, das in dem Gaszuführkanal 83 mittels Leistungserzeugung erzeugt wird, durch in der Wasserableitungsschicht 82 ausgebildete Schlitze hindurchzutreten, und führt das Wasser in den Wasserableitungskanal 85 ein.
  • Eine in Patentdokument 4 offengelegte Brennstoffzelle wurde ebenfalls als eine herkömmliche Brennstoffzelle vorgeschlagen. Eine Wasserableitungsröhre mit einer in einer Seitenwand ausgebildeten Durchgangsöffnung, durch die erzeugtes Wasser hindurchtritt, ist in eine kathodenseitige Katalysatorschicht eingebettet. Eine Wasserableitungspumpe ist mit der Wasserableitungsröhre durch eine Leitung verbunden. Die Wasserableitungspumpe erzeugt im Inneren der Wasserableitungsröhre einen Unterdruck und zieht somit das erzeugte Wasser aus der kathodenseitigen Katalysatorschicht in die Wasserableitungsröhre. Das Wasser wird dann zur Außenseite einer Membranelektrodenanordnung hin geleitet.
  • SCHRIFTEN DES STANDES DER TECHNIK PATENTDOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument 1: JP-Patentoffenlegungsschrift JP 2007 087 768 A
    • Patentdokument 2: JP-Patentoffenlegungsschrift JP 2007 027 055 A
    • Patentdokument 3: JP-Patentoffenlegungsschrift JP 2005 158 670 A
    • Patentdokument 4: JP-Patentoffenlegungsschrift JP 2007 294 339 A
  • Die Schriften US 2005 / 0 214 626 A1 , DE 690 22 244 T2 , US 6 492 045 B1 sowie WO 2008/ 050 215 A1 beschreiben gattungsgemäße Brennstoffzellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • In der in Patentdokument 1 offengelegten Brennstoffzelle ist gemäß der Darstellung in 25 eine Anzahl von hexagonalen Ringabschnitten 21a (22a) serpentinenartig in dem Gaskanal-Ausbildungselement 21 (22) ausgebildet. Das Brennstoffgas strömt in dem durch die Ringabschnitte 21a (22a) und die Durchgangsöffnungen 21b (22b) ausgebildeten Gaskanal. Bei dieser Konfiguration kann durch die Leistungserzeugung erzeugtes Wasser vermittels Oberflächenspannung leicht an der Wandoberfläche des Gaskanal anhaften, der sich in einem komplizierten serpentinenartigen Pfad erstreckt. Im Ergebnis kann ein Teil des erzeugten Wassers in dem Gaskanal als Wassertröpfchen zurückbleiben, ohne aus dem Gaskanal des Gaskanal-Ausbildungselementes 21 (22) zur Außenseite hin abgeführt zu werden. In einem solchen Fall tritt das im Nachfolgenden beschriebene Problem auf.
  • Insbesondere falls Wassertröpfchen Wan den Oberflächen der Gasdiffusionsschichten 19, 20 anhaften, wie in 24 veranschaulicht ist, können die Wassertröpfchen W das Brennstoffgas (das Oxidationsgas) blockieren und dadurch verhindern, dass das Brennstoffgas (das Oxidationsgas) den Abschnitten, die den Wassertröpfchen W in den Gasdiffusionsschichten 19, 20 entsprechen, und den Elektroden-Katalysatorschichten 17, 18 zugeführt wird. Im Ergebnis wird verhindert, dass sich eine adäquate Zellenreaktion in den Abschnitten ohne Brennstoffgas (Oxidationsgas) in den Elektroden-Katalysatorschichten 17, 18 einstellt, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung herabgesetzt wird. Ferner können die an den Oberflächen der Gasdiffusionsschichten 19, 20 anhaftenden Wassertröpfchen W die Querschnittsfläche des Gaskanals verringern. Dies beeinträchtigt das Strömen des Brennstoffgases (des Oxidationsgases) und erhöht den Druckverlust des Brennstoffgases (Oxidationsgases), wodurch der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung herabgesetzt wird. Ferner kann der Unterschied in der Menge von Wassertröpfchen W, die in dem Gaskanal des Gaskanal-Ausbildungselementes 21 (22) zurückbleiben, von einer Leistungserzeugungszelle zu einer anderen die Strömungsmengen des Brennstoffgases (des Oxidationsgases) in den Leistungserzeugungszellen und die Spannungswerte der von den Leistungserzeugungszellen erzeugten Leistung variieren. Dies verringert die von dem Brennstoffzellen-Stack insgesamt erzeugte Ausgangsleistung oder ist anders ausgedrückt ein weiterer Faktor in der Herabsetzung des Wirkungsgrades der Leistungserzeugung.
  • Im Gegensatz hierzu verhindert die in Patentdokument 2 offengelegte Brennstoffzelle die Bildung eines Wasserfilms auf der Oberfläche der luftelektrodenseitigen Diffusionsschicht 75, welche die wasserabstoßende Schicht aufweist. Da der luftelektrodenseitige Kollektor 71 jedoch - unter Bezugnahme auf 27 - die gitterartigen Öffnungen 71c aufweist, kann erzeugtes Wasser leicht anhaften. Im Ergebnis bleiben Tröpfchen des erzeugten Wassers in einem Vertiefungsabschnitt zwischen jedem benachbarten Paar der oberen Abschnitte 71b hängen, die in Anlage gegen die Separatorgrundplatte 73 gehalten sind, oder anders ausgedrückt, in dem Gaskanal an den Seiten, die den unteren Abschnitten 71a entgegengesetzt sind. Dies beeinträchtigt die Zuführung des Gases und setzt somit den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung herab.
  • Die in Patentdokument 3 offengelegte Brennstoffzelle muss die spezielle Unterdruckerzeugungseinrichtung aufweisen, um erzeugtes Wasser aus dem Gaszuführkanal 83 durch die Schlitze in der durch den porösen Körper ausgebildeten Wasserableitungsschicht 82 in den Wasserableitungskanal 85 einzuführen. Dies verbraucht erzeugte Leistung und verhindert somit eine Verbesserung des Leistungsgrades der Leistungserzeugung.
  • Da die in Patentdokument 4 offengelegte Brennstoffzelle die Wasserableitungspumpe zum Ableiten des erzeugten Wassers aufweisen muss, wird erzeugte Leistung auf entsprechende Weise verbraucht. Eine Verbesserung des Leistungsgrades der Leistungserzeugung wird somit verhindert.
  • Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelle zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung durch Lösen der Probleme bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Vorgehensweisen zu verbessern. Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle zur Verfügung zu stellen, die den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung verbessert und die Lebensdauer eines anodenseitigen Gaskanal-Ausbildungselementes und die Lebensdauer einer kathodenseitigen Elektroden- Katalysatorschicht verlängert.
  • MASSNAHMEN ZUR PROBLEMLÖSUNG
  • Zur Lösung der ersten Aufgabe der vorliegenden Erfindung und gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt, die folgendes aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht, die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran aufgelegt ist, eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht, die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran aufgelegt ist, ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement, das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist, ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement, das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist, einen ersten Separator, der an dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement angeordnet ist, einen zweiten Separator, der auf eine Oberfläche des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes aufgelegt ist, einen Einführungskanal und einen Abführungskanal für das Brennstoffgas, und einen Einführungskanal und einen Abführungskanal für das Oxidationsgas. Das zweite Gaskanal-Ausbildungselement ist durch eine flache Platte sowie eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte ausgebildeten ersten Vorsprüngen zum Ausbilden des zweiten Gaskanals und eine Mehrzahl von auf der flachen Platte ausgebildeten zweiten Vorsprüngen zum Ausbilden des Wasserkanals ausgestaltet. Die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge sind an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements ausgebildet. Ein Wasserkanal ist zwischen einer Oberfläche der flachen Platte des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes und einer dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement entsprechenden Rückseite des zweiten Separators ausgebildet. Der Wasserkanal und der zweite Gaskanal sind an den gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements geformt und kommunizieren miteinander durch ein Verbindungsloch, das durch jeden der ersten Vorsprünge hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement geformt sind.
  • Der Wasserkanal besitzt eine Tiefe, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des zweiten Gaskanals eingestellt ist. Wasser, das mittels Kapillarwirkung aus dem zweiten Gaskanal über die Verbindungslöcher in den Wasserkanal gezogen wird, wird durch den Druck aufgrund des in dem zweiten Gaskanal strömenden Oxidationsgases zum Oxidationsgas-Abführkanal hin abgeleitet.
  • In der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn sich der Wasserkanal durchgängig entlang der gesamten Länge von einem Ende des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes auf einer dem Oxidationsgas- Einführungskanal entsprechenden Seite zu einem Ende des zweiten Gaskanal- Ausbildungselementes auf einer anderen, dem Brennstoffgas-Abführkanal entsprechenden Seite erstreckt.
  • In der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn ein von einem porösen Körper mit kontinuierlichen Poren gebildetes Wasserableitungs-Unterstützungselement in einem Abschnitt des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes aufgenommen ist, in dem der Oxidationsgas-Abführkanal und der Wasserkanal zusammengeführt sind, und eine der nachfolgenden Konfigurationen gewählt ist: eine Konfiguration, bei welcher der durchschnittliche Porendurchmesser der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes auf einen kleineren Wert als die Tiefe des Wasserkanals eingestellt ist; eine Konfiguration, bei der die Benetzbarkeit der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes auf einen höheren Wert als die Benetzbarkeit des Wasserkanals eingestellt ist; und eine Konfiguration, bei der die Wasseranlagerungsneigung der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes auf einen größeren Wert eingestellt ist als die Wasseranlagerungsneigung des Wasserkanals.
  • Ferner ist es bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn das zweite Gaskanal-Ausbildungselement gebildet ist durch die flache Platte, erste Vorsprünge, die auf der flachen Platte ausgebildet sind, um den zweiten Gaskanal auszubilden, und zweite Vorsprünge, die auf der flachen Platte ausgebildet sind, um den Wasserkanal auszubilden. Es ist außerdem bevorzugt, wenn: die ersten Vorsprünge durch Stanzen und Aufspreizen auf die zweite Elektroden- Katalysatorschicht hin derart geformt sind, dass die ersten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; die zweiten Vorsprünge auf den zweiten Separator hin vorstehen und durch Extrudieren derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; und die Verbindungslöcher Löcher sind, die in der flachen Platte durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge ausgebildet sind.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: die ersten Vorsprünge wie Brücken geformt sind; die Verbindungslöcher jeweils derart ausgebildet sind, dass sie sich durch den entsprechenden ersten Vorsprung in einer zu einer Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung erstrecken und Öffnungen an zwei Positionen aufweisen, bei denen es sich bei Betrachtung in der Gasströmungsrichtung um ein linkes Ende und ein rechtes Ende des ersten Vorsprungs handelt; jedes Paar der ersten Vorsprünge in der zu der Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung benachbart zueinander liegen, und in dem Paar der ersten Vorsprünge der erste, in der Gasströmungsrichtung stromaufwärts befindliche Vorsprung ein stromabwärtiges Ende aufweist, das zu einem stromaufwärtigen, in der Gasströmungsrichtung stromabwärts befindlichen Ende des ersten Vorsprungs benachbart ist; und die zweiten Vorsprünge von einer stromabwärtigen Seite der Gasströmungsrichtung aus benachbart zu den entsprechenden ersten Vorsprüngen angeordnet sind.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge alternierend in der zu der Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind und eine Mehrzahl von zeilenartigen Vorsprungsgruppen bilden; die Vorsprungsgruppen zueinander parallel und in der Gasströmungsrichtung in vorgegebenen Abständen voneinander beabstandet angeordnet sind; ein bandartiger flacher Plattenabschnitt zwischen jedem benachbarten Paar der Zeilen der Vorsprungsgruppen ausgebildet ist, wobei der Wasserkanal zwischen den flachen Plattenabschnitten und dem zweiten Separator ausgebildet ist; und die Verbindungslöcher jeweils derart ausgebildet sind, dass sie in dem entsprechenden ersten Vorsprung eine Öffnung aufweisen, die in der Gasströmungsrichtung stromaufwärts weist.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Brennstoffzelle aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht, die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran aufgelegt ist;
    eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht, die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran aufgelegt ist;
    ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement, das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist;
    ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement, das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist;
    einen ersten Separator, der an dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement angeordnet ist;
    einen zweiten Separator, der auf eine Oberfläche des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes aufgelegt ist;
    einen Einführungskanal und einen Abführungskanal für das Brennstoffgas; und
    einen Einführungskanal und einen Abführungskanal für das Oxidationsgas;
    wobei die Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass
    das zweite Gaskanal-Ausbildungselement ausgestaltet ist durch eine flache Platte, eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte ausgebildeten ersten Vorsprüngen zum Ausbilden des zweiten Gaskanals,
    ein Wasserkanal zwischen einer Oberfläche der flachen Platte des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes und einer dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement entsprechenden Rückseite des zweiten Separators ausgebildet ist,
    der Wasserkanal und der zweite Gaskanal an den gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements geformt sind und durch ein Verbindungsloch miteinander kommunizieren, das durch jeden der ersten Vorsprünge hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement geformt sind,
    der Wasserkanal eine Tiefe besitzt, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des zweiten Gaskanals eingestellt ist, und
    Wasser, das mittels Kapillarwirkung aus dem zweiten Gaskanal über die Verbindungslöcher in den Wasserkanal gezogen wird, durch den Druck aufgrund des in dem zweiten Gaskanal strömenden Oxidationsgases zum Abführungskanal für das Oxidationsgas hin abgeleitet wird,
    wobei die ersten Vorsprünge durch Stanzen und Aufspreizen auf die zweite Elektroden-Katalysatorschicht hin derart ausgebildet sind, wobei die ersten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; der zweite Separator zweite Vorsprünge aufweist, die auf die flache Platte hin vorstehen, um den Wasserkanal zwischen dem zweiten· Separator und der flachen Platte auszubilden, die zweiten Vorsprünge durch Extrudieren derart geformt sind, wobei die zweiten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen an dem zweiten Separator angeordnet sind; und die Verbindungslöcher Löcher sind, die in der flachen Platte durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge ausgebildet sind.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die ersten Vorsprünge jeweils in einer halbzylindrischen Form derart ausgebildet sind, dass das entsprechende Verbindungsloch bei Betrachtung in einer zu einer Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung eine Halbkreisform besitzt.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die ersten Vorsprünge zwei Typen umfassen, bei denen es sich um halbzylindrische Vorsprünge und flache tischartige Vorsprünge handelt, die zwei Typen von Vorsprüngen alternierend und separat voneinander angeordnet sind, eine Oberfläche jedes der flachen tischartigen Vorsprünge, die in Anlage gegen die zweiten Elektroden-Katalysatorschicht gehalten sind, eine flache Oberfläche ist, und eine Oberfläche jedes der halbzylindrischen Vorsprünge, die in Anlage gegen die zweiten Elektroden-Katalysatorschicht gehalten sind, eine bogenförmige Oberfläche ist.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: das zweite Gaskanal-Ausbildungselement gebildet ist durch die flache Platte, erste erhabene Abschnitte, die auf der flachen Platte ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des Wasserkanals und des zweiten Gaskanals dienen, und zweite erhabene Abschnitte, die auf der flachen Platte ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des zweiten Gaskanals dienen; die ersten erhabenen Abschnitte durch Extrudieren auf die zweite Elektroden-Katalysatorschicht hin derart geformt sind, dass die ersten erhabenen Abschnitte separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; die zweiten Vorsprünge durch Extrudieren auf den zweiten Separator hin derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; die ersten erhabenen Abschnitte und die zweiten erhabenen Abschnitte alternierend in vorgegebenen Steigungen in einer zu einer Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung ausgebildet sind und dadurch Gruppen von erhabenen Abschnitten bilden, die sich in der zu der Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung erstrecken; die Verbindungslöcher jeweils durch das Stanzen und Aufspreizen des entsprechenden Paares der erhabenen Abschnitte ausgebildet sind, die in der Gasströmungsrichtung zueinander benachbart sind; ein flacher Oberflächenabschnitt auf dem Oberteil jedes der ersten und zweiten erhabenen Abschnitte ausgebildet ist; und von den flachen Oberflächenabschnitten der flache Oberflächenabschnitt jedes dem zweiten Separator entsprechenden ersten erhabenen Abschnitts einen Ansatz aufweist, der an dem zweiten Separator anliegt, um den Wasserkanal zwischen dem flachen Oberflächenabschnitt und dem zweiten Separator auszubilden.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die ersten Vorsprünge oder die ersten erhabenen Abschnitte derart fluchtend angeordnet sind, dass der zweite Gaskanal zwei Typen umfasst, bei denen es sich um gerade Kanalabschnitte und serpentinenförmige Kanalabschnitte handelt.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn ein Wasserkanal ähnlich dem besagten Wasserkanal zwischen dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement und dem ersten Separator ausgebildet ist, wobei das erste Gaskanal-Ausbildungselement auf die gleiche Weise wie das zweite Gaskanal- Ausbildungselement gebildet ist.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Tiefe des Wasserkanals in dem Bereich von 10 bis 50 µm eingestellt ist, und der erste Gaskanal oder der zweite Gaskanal eine auf 30 bis 1000 µm eingestellte Tiefe besitzt.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn eine stromabwärtige Öffnung des Wasserkanals bis zu einer Position weitergeführt ist, die einem Gasabführungskanal entspricht, und eine Einschnürung in dem der Öffnung entsprechenden Abschnitt des Abführungskanals derart ausgebildet ist, dass sie die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases erhöht.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn ein Gaskanal in der flachen Platte des Gaskanal-Ausbildungselementes und dem Separator derart ausgebildet ist, dass der Gaskanal einer stromabwärtigen Seite des Wasserkanals entspricht und sich durch die flache Platte und den Separator erstreckt, wobei es sich bei dem Gaskanal um eine Einschnürung zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases handelt.
  • Zur Lösung der zweiten Aufgabe der vorliegenden Erfindung und gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt, die folgendes aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht, die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran aufgelegt ist, eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht, die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran aufgelegt ist, ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement, das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist, ein zweites Gaskanal- Ausbildungselement, das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden- Katalysatorschicht aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist, einen ersten Separator, der auf eine Oberfläche des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes aufgelegt ist, einen zweiten Separator, der an dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement angeordnet ist, einen Einführungskanal und einen Abführungskanal für das Brennstoffgas, und einen Einführungskanal und einen Abführungskanal für das Oxidationsgas. Das erste Gaskanal-Ausbildungselement ist durch eine flache Platte und eine Mehrzahl von ersten Vorsprüngen, die einstückig auf der flachen Platte ausgebildet sind, um den ersten Gaskanal auszubilden, und eine Mehrzahl von auf der flachen Platte ausgebildeten zweiten Vorsprüngen zum Ausbilden des Wasserkanals ausgestaltet. Die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge sind an gegenüberliegenden Seiten des ersten Gaskanal-Ausbildungselements ausgebildet. Ein Wasserkanal ist zwischen einer Oberfläche der flachen Platte des ersten Gaskanal- Ausbildungselementes und einer dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement entsprechenden Rückseite des ersten Separators ausgebildet. Der Wasserkanal und der erste Gaskanal sind an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Gaskanal-Ausbildungselements geformt und kommunizieren miteinander durch ein Verbindungsloch, das durch jeden der ersten Vorsprünge hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement geformt sind. Der Wasserkanal besitzt eine Tiefe, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des ersten Gaskanals eingestellt ist. Wasser, das mittels Kapillarwirkung aus dem ersten Gaskanal über die Verbindungslöcher in den Wasserkanal gezogen wird, wird durch den Druck aufgrund des in dem ersten Gaskanal strömenden Brennstoffgases zum Abführungskanal für das Brennstoffgas hin abgeleitet.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn sich der Wasserkanal durchgängig über den gesamten Bereich von einem Ende des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes auf der dem Einführungskanal für das Brennstoffgas entsprechenden Seite zu einem Ende des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes auf der dem Abführungskanal für das Brennstoffgasentsprechenden Seite erstreckt.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn ein von einem porösen Körper mit kontinuierlichen Poren ausgebildetes Wasserableitungs-Unterstützungselement in einem Abschnitt des ersten Gaskanal- Ausbildungselementes aufgenommen ist, in dem der Abführungskanal für das Brennstoffgas und der Wasserkanal zusammengeführt sind, und eine der folgenden Konfigurationen gewählt ist: eine Konfiguration, bei welcher der durchschnittliche Porendurchmesser der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes auf einen kleineren Wert als die Tiefe des Wasserkanals eingestellt ist; eine Konfiguration, bei der die Benetzbarkeit der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes auf einen höheren Wert als die Benetzbarkeit des Wasserkanals eingestellt ist; und eine Konfiguration, bei der die Wasseranlagerungsneigung der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes auf einen größeren Wert als die Wasseranlagerungsneigung des Wasserkanals eingestellt ist.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: das erste Gaskanal-Ausbildungselement gebildet ist durch die flache Platte, erste Vorsprünge, die auf der flachen Platte ausgebildet sind, um den ersten Gaskanal auszubilden, und zweite Vorsprünge, die auf der flachen Platte ausgebildet sind, um den Wasserkanal auszubilden; die ersten Vorsprünge durch Stanzen und Aufspreizen auf die erste Elektroden-Katalysatorschicht hin derart ausgebildet sind, dass die ersten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; die zweiten Vorsprünge auf den ersten Separator hin vorstehen und durch Extrudieren derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; und die Verbindungslöcher Löcher sind, die in der flachen Platte durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge ausgebildet sind.
  • Bei der in Patentanspruch 12 gemäß der vorliegenden Erfindung offengelegten Brennstoffzelle ist es bevorzugt, wenn: die ersten Vorsprünge wie Brücken geformt sind; die Verbindungslöcher jeweils derart ausgebildet sind, dass sie sich durch den entsprechenden ersten Vorsprung in einer zu einer Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung erstrecken und Öffnungen an zwei Positionen aufweisen, bei denen es sich bei Betrachtung in der Gasströmungsrichtung um ein linkes Ende und ein rechtes Ende des ersten Vorsprungs handelt; jedes Paar der ersten Vorsprünge in der zu der Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung zueinander benachbart ist, und in dem Paar der ersten Vorsprünge der in der Gasströmungsrichtung stromaufwärts befindliche erste Vorsprung ein stromabwärtiges Ende aufweist, das zu einem in der Gasströmungsrichtung stromabwärts befindlichen stromaufwärtigen Ende des ersten Vorsprungs benachbart ist; und die zweiten Vorsprünge von einer stromabwärtigen Seite der Gasströmungsrichtung aus benachbart zu den entsprechenden ersten Vorsprüngen angeordnet sind.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge alternierend in der zu der Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind und eine Mehrzahl von zeilenartigen Vorsprungsgruppen bilden; die Vorsprungsgruppen parallel zueinander angeordnet und in vorgegebenen Abständen in der Gasströmungsrichtung beabstandet sind; ein bandartiger flacher Plattenabschnitt zwischen jedem benachbarten Paar der Zeilen der Vorsprungsgruppen ausgebildet ist, wobei der Wasserkanal zwischen den flachen Plattenabschnitten und dem ersten Separator ausgebildet ist; und die Verbindungslöcher jeweils derart ausgebildet sind, dass sie eine Öffnung aufweisen, die in der Gasströmungsrichtung in dem entsprechenden ersten Vorsprung stromaufwärts weist.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Brennstoffzelle aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht (17), die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist;
    eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18), die auf eine kathodenseitige
    Oberfläche der Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist;
    • ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement (21), das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht (17) aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal (T1) zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist;
    • ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement (22), das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht (18) aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal (T2) zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist;
    • einen ersten Separator (23), der auf eine Oberfläche des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) aufgelegt ist;
    • einen zweiten Separator (24), der an dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) angeordnet ist;
    • einen Einführungskanal (M1) und einen Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas; und einen Einführungskanal (R1) und einen Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas,
    • wobei die Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • das erste Gaskanal-Ausbildungselement (21) ausgestaltet ist durch eine flache Platte (25), eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte (25) ausgebildeten ersten Vorsprüngen (26) zum Ausbilden des ersten Gaskanals (T1),
    • ein Wasserkanal (28) zwischen einer Oberfläche der flachen Platte (25) des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) und einer dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) entsprechenden Rückseite des ersten Separators (23) ausgebildet ist,
    • der Wasserkanal (28) und der erste Gaskanal (T1) an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Gaskanal-Ausbildungselements (21) geformt sind und durch ein Verbindungsloch (29) miteinander kommunizieren, das durch jeden der ersten Vorsprünge (26) hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) geformt sind,
    • der Wasserkanal (28) eine Tiefe besitzt, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des ersten Gaskanals (T1) eingestellt ist, und
    • Wasser (W), das mittels Kapillarwirkung aus dem ersten Gaskanal (T1) über die Verbindungslöcher (29) in den Wasserkanal (28) gezogen wird, durch den Druck aufgrund des in dem ersten Gaskanal (T1) strömenden Brennstoffgases zum Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas hin abgeleitet wird,
    • wobei die ersten Vorsprünge durch Stanzen und Aufspreizen auf die erste Elektroden-Katalysatorschicht hin derart geformt sind, wobei die ersten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; der erste Separator zweite Vorsprünge aufweist, die durch Extrudieren derart geformt sind, wobei die zweiten Vorsprünge auf die flache Platte hin vorstehen und separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem ersten Separator angeordnet sind; und die Verbindungslöcher Löcher sind, die in der flachen Platte durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge ausgebildet sind.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: die ersten Vorsprünge jeweils in einer halbzylindrischen Form derart ausgebildet sind, dass das entsprechende Verbindungsloch bei Betrachtung in einer zu einer Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung eine Halbkreisform besitzt.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: die ersten Vorsprünge zwei Typen umfassen, bei denen es sich um halbzylindrische Vorsprünge und flache, tischartige Vorsprünge handelt, wobei die zwei Typen von Vorsprüngen alternierend und separat voneinander angeordnet sind, eine in Anlage gegen die zweite Elektroden-Katalysatorschicht gehaltene Oberfläche jedes der flachen, tischartigen Vorsprünge eine flache Oberfläche ist, und eine Oberfläche jedes der in Anlage gegen die zweite Elektroden-Katalysatorschicht gehaltenen halbzylindrischen Vorsprünge eine bogenförmige Oberfläche ist.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn: das erste Gaskanal-Ausbildungselement gebildet ist durch die flache Platte, erste erhabene Abschnitte, die auf der flachen Platte ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des Wasserkanals und des ersten Gaskanals dienen, und zweite erhabene Abschnitte, die auf der flachen Platte ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des zweiten Gaskanals dienen; die ersten erhabenen Abschnitte durch Extrudieren auf die erste Elektroden-Katalysatorschicht hin derart geformt sind, dass die ersten erhabenen Abschnitte separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; die zweiten Vorsprünge durch Extrudieren auf den ersten Separator hin derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte angeordnet sind; die ersten erhabenen Abschnitte und die zweiten erhabenen Abschnitte alternierend in vorgegebenen Steigungen in einer zu einer Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung ausgebildet sind, wodurch Gruppen von erhabenen Abschnitten gebildet werden, die sich in einer zur Gasströmungsrichtung senkrechten Richtung erstrecken; die Verbindungslöcher jeweils durch das Stanzen und Aufspreizen des entsprechenden Paares der erhabenen Abschnitte ausgebildet sind, die in der Gasströmungsrichtung zueinander benachbart sind; ein flacher Oberflächenabschnitt auf dem Oberteil jedes der ersten und zweiten erhabenen Abschnitte ausgebildet ist; und von den flachen Oberflächenabschnitten der flache Oberflächenabschnitt jedes dem ersten Separator entsprechenden ersten erhabenen Abschnitts einen Ansatz aufweist, der gegen den ersten Separator anliegt, um den Wasserkanal zwischen dem flachen Oberflächenabschnitt und dem ersten Separator auszubilden.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die ersten Vorsprünge oder die ersten erhabenen Abschnitte derart fluchtend angeordnet sind, dass der zweite Gaskanal zwei Typen umfasst, bei denen es sich um gerade Kanalabschnitte und serpentinenförmige Kanalabschnitte handelt.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Tiefe des Wasserkanals in dem Bereich von 10 bis 50 µm eingestellt ist, und die Tiefe des ersten Gaskanals auf 30 bis 1000 µm eingestellt ist.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn eine stromabwärtige Öffnung des Wasserkanals bis zu einer Position weitergeführt ist, die einem Gasabführungskanal entspricht, wobei die der Öffnung entsprechende Querschnittsfläche des Abführungskanals auf einen derart kleinen Wert eingestellt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases zunimmt.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn ein Wasserableitungskanal in der flachen Platte des Gaskanal- Ausbildungselementes und dem Separator ausgebildet ist und sich in einer zu der flachen Platte und dem Separator senkrechten Richtung erstreckt, wobei die Querschnittsfläche des Wasserableitungskanals auf einen derart kleinen Wert eingestellt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases zunimmt.
  • (Betrieb)
  • Wenn der Wasserkanal auf der Kathodenseite ausgebildet ist, wird im Gaskanal des kathodenseitigen Gaskanal-Ausbildungselementes erzeugtes Wasser durch den Kapillareffekt über die Verbindungslöcher in den Wasserkanal gezogen. Das Wasser im Wasserkanal wird daraufhin durch den Druck aufgrund des in dem Gaskanal strömenden Oxidationsgases zum Abführungskanal abgeleitet. Im Ergebnis wird die Elektroden-Katalysatorschicht auf angemessene Weise mit dem Oxidationsgas versorgt. Dies verhindert eine Unterversorgung mit Oxidationsgas und verbessert den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung. D.h., es wird verhindert, dass das erzeugte Wasser im Gaskanal festgehalten wird, und ein Druckverlust des in dem Gaskanal strömenden Oxidationsgases aufgrund des erzeugten Wassers wird verringert. Der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung wird hierdurch erhöht.
  • Wenn der Wasserkanal auf der Anodenseite ausgebildet ist, wird das Sickerwasser im Gaskanal des anodenseitigen Gaskanal-Ausbildungselementes durch den Kapillareffekt über die Verbindungslöcher in den Wasserkanal gezogen. Das Wasser im Wasserkanal wird daraufhin durch den Druck aufgrund des in dem Gaskanal strömenden Brennstoffgases zum Abführungskanal abgeleitet. Im Ergebnis wird die Elektroden-Katalysatorschicht auf angemessene Weise mit Brennstoffgas versorgt. Dies verhindert eine Unterversorgung mit Brennstoff und verbessert den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung. D.h., es wird verhindert, dass das Sickerwasser in dem Gaskanal des Gaskanal-Ausbildungselementes festgehalten wird, und ein Druckverlust des in dem Gaskanal strömenden Brennstoffgases aufgrund des Sickerwassers wird verringert. Der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung wird hierdurch erhöht. Da Wasser am Eintritt in die anodenseitige Elektroden- Katalysatorschicht gehindert ist, wird eine Unterversorgung mit Brennstoff in der Elektroden-Katalysatorschicht vermieden. Dies verhindert einen Anstieg des Potentials der Elektroden-Katalysatorschicht infolge der Unterversorgung mit Brennstoff. Im Ergebnis wird ein Korrodieren des Gaskanal-Ausbildungselementes infolge eines Anstiegs des Potentials in der Elektroden-Katalysatorschicht verhindert.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung verbessert, wenn der Wasserkanal auf der Anodenseite ausgebildet ist. Ferner sind die Lebensdauer des anodenseitigen Gaskanal- Ausbildungselementes und die Lebensdauer der kathodenseitigen Elektroden-Katalysatorschicht erhöht. Wenn der Wasserkanal auf der Kathodenseite angeordnet ist, wird der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung erhöht.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist eine Längsschnittansicht einer Brennstoffzelle;
    • 3 ist eine auseinandergezogene Ansicht des ersten und des zweiten Rahmens, eines Elektrodenaufbaus, eines ersten und eines zweiten Gaskanal- Ausbildungselementes, und eines Separators;
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht des einem Gaskanal-Ausbildungselement entsprechenden Abschnitts;
    • 5 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht eines Abschnitts einer Leistungserzeugungszelle;
    • 6 ist eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht des einem Gaskanal-Ausbildungselement entsprechenden Abschnitts der in 6 veranschaulichten Brennstoffzelle;
    • 8 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnitts der Brennstoffzelle in 6;
    • 9 ist eine Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 10 ist eine Draufsicht auf den einem Gaskanal-Ausbildungselement entsprechenden Abschnitt in der in 9 veranschaulichten Brennstoffzelle;
    • 11 ist eine perspektivische Ansicht des einem Gaskanal- Ausbildungselement entsprechenden Abschnitts in der in 9 veranschaulichten Brennstoffzelle;
    • 12 ist eine Längsschnittansicht einer Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 13 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 14 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 15 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 16 ist eine perspektivische Ansicht eines Gaskanal-Ausbildungselements einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 17 ist eine Längsschnittansicht einer Brennstoffzelle, welche das in 16 veranschaulichte Gaskanal-Ausbildungselement anwendet;
    • 18 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht eines Abschnitts einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 19 ist eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzelle, welche das in 18 veranschaulichte Gaskanal-Ausbildungselement anwendet;
    • 20 ist eine Längsschnittansicht auf einen Abschnitt des in 18 veranschaulichten Gaskanal-Ausbildungselementes;
    • 21 ist eine Draufsicht einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 22 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
    • 23 ist eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Brennstoffzelle gemäß Stand der Technik;
    • 24 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnitts der in 23 veranschaulichten Brennstoffzelle;
    • 25 ist eine perspektivische Ansicht des Abschnitts, der einem in der in 23 veranschaulichten Brennstoffzelle verwendeten Gaskanal-Ausbildungselement entspricht;
    • 26 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitt einer weiteren herkömmlichen Brennstoffzelle gemäß Stand der Technik;
    • 27 ist eine Querschnittskizze eines Abschnitts der in 26 veranschaulichten Brennstoffzelle; und
    • 28 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren herkömmlichen Brennstoffzelle gemäß Stand der Technik.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • (Erste Ausführungsform)
  • Eine erste Ausführungsform einer Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
  • Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Brennstoffzellen-Stack 11 gemäß der ersten Ausführungsform eine Brennstoffzelle vom Polymerelektrolyt-Typ, die von einer Anzahl von aufeinander gestapelten Leistungserzeugungszellen 12 gebildet wird.
  • Unter Bezugnahme auf 3 hat jede der Leistungserzeugungszellen 12 eine rechteckige, rahmenartige Form und weist einen ersten und einen zweiten Rahmen 13, 14 auf, die aus synthetischem Gummi (bzw. Kunstharz) ausgebildet sind, sowie eine als ein Elektrodenaufbau dienende MEA (Membranelektrodenanordnung) 15. Ein Brennstoffgas-Durchlassraum S1 ist im Inneren des ersten Rahmens 13 begrenzt. Ein Oxidationsgas-Durchlassraum S2 ist im Inneren des zweiten Rahmens 14 begrenzt.
  • Die MEA 15 ist zwischen den Rahmen 13, 14 angeordnet. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, weist jede Leistungserzeugungszelle 12 ein erstes Gaskanal- Ausbildungselement 21 und ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement 22 auf. Das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21 ist aus SUS auf Ferritbasis (Edelstahl) ausgebildet und in dem Brennstoffgas-Durchlassraum S1 aufgenommen. Das zweite Gaskanal-Ausbildungselement 22 ist aus Titan oder Gold ausgebildet und in dem Oxidationsgas-Durchlassraum S2 untergebracht. Die Leistungserzeugungszelle 12 weist ferner einen ersten Separator 23 und einen zweiten Separator 24 auf, die aus Titan ausgebildet sind. Der erste Separator 23 ist als eine flache Platte geformt und bei Betrachtung in der Zeichnung an die Oberseite des ersten Rahmens 13 und die Oberseite des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes 21 angefügt. Der zweite Separator 24 ist bei Betrachtung in der Zeichnung an die Unterseite des Rahmens 14 und die Unterseite des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes 22 gebondet. In 3 ist die Konfiguration jedes der Gaskanal-Ausbildungselemente 21, 22 vereinfachend als eine flache Platte veranschaulicht.
  • Gemäß der Darstellung in den 1 und 2 ist die MEA 15 von einer Elektrolytmembran 16, einer ersten Elektroden-Katalysatorschicht 17, einer zweiten Elektroden-Katalysatorschicht 18, einer leitfähigen ersten Gasdiffusionsschicht 19 und einer leitfähigen zweiten Gasdiffusionsschicht 20 gebildet. Die erste Elektroden- Katalysatorschicht 17 ist durch einen Katalysator ausgebildet, der auf die anodenseitige Oberfläche, d.h. bei Betrachtung in der Zeichnung auf die Oberseite der Elektrolytmembran 16 aufgelegt ist. Die zweite Elektroden-Katalysatorschicht 18 ist durch einen Katalysator ausgebildet, der auf die kathodenseitige Oberfläche, d.h. bei Betrachtung in der Zeichnung auf die Unterseite der Elektrolytmembran 16 aufgelegt ist. Die Gasdiffusionsschicht 19 und die Gasdiffusionsschicht 20 sind an die Oberfläche der Elektroden-Katalysatorschicht 17 bzw. die Oberfläche der Elektroden-Katalysatorschicht 18 gebondet. Wenn die Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, erstreckt sich der Elektrodenaufbau 15 jeder der Leistungserzeugungszellen 12 in dem in 1 veranschaulichten Brennstoffzellen- Stack 11 parallel zu einer Vertikalrichtung.
  • Die Festelektrolytmembran 16 ist aus einer Fluorpolymermembran ausgebildet. Wie in 5 gezeigt ist, weist jede der Elektroden-Katalysatorschichten 17, 18 Kohlenstoffpartikel 51 auf, die den Katalysator tragen. Eine Anzahl von aus Platin (Pt) ausgebildeten Katalysatorpartikeln 52 haftet an der Oberfläche jedes der Kohlenstoffpartikel 51 an. Die Elektroden-Katalysatorschichten 17, 18 sind unter Verwendung einer Paste an die Festelektrolytmembran 16 gebondet, um eine Elektroden-Katalysatorschicht auszubilden. Die als Katalysator dienenden Katalysatorpartikel 52 verbessern den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung, wenn elektrische Leistung von der Brennstoffzelle erzeugt wird. Bei der ersten Ausführungsform beträgt die Partikelgröße jedes Kohlenstoffpartikels 51 mehrere Mikrometer, und die Partikelgröße jedes Katalysatorpartikels 52 beträgt 2 nm. Die Gasdiffusionsschichten·19, 20 sind durch Kohlepapierlagen ausgebildet.
  • Die Gaskanal-Ausbildungselemente 21, 22 werden im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21, das sich auf der Anodenseite befindet, und das zweite Gaskanal-Ausbildungselement 22, das sich auf der Kathodenseite befindet, sind identisch konfiguriert. Dementsprechend wird nur das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21 beschrieben.
  • Wie in 4 gezeigt ist, weist das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21 eine flache Platte 25 auf. Eine Mehrzahl von ersten Vorsprüngen 26 und eine Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen 27 sind separat voneinander in einer Anzahl von Positionen in der flachen Platte 25 ausgebildet. Die ersten Vorsprünge 26 sind Vorsprünge zum Ausbilden eines Gaskanals und durch Stanzen und Aufspreizen der flachen Platte 25 derart geformt, dass sie auf die erste Gasdiffusionsschicht 19 hin vorstehen (siehe 2). Die zweiten Vorsprünge 27 sind Vorsprünge zum Ausbilden eines Wasserkanals und durch Extrudieren aus der flachen Platte 25 derart geformt, dass sie auf den Separator 23 hin vorstehen. Indem die ersten Vorsprünge 26 in Anlage gegen die erste Gasdiffusionsschicht 19 gehalten sind, wie in 2 veranschaulicht ist, wird ein Brennstoffgas-Kanal T1 (bei dem es sich auch um den Brennstoffgas-Durchlassraum S1 handelt) zwischen der flachen Platte 25 und der ersten Gasdiffusionsschicht 19 ausgebildet. Indem die zweiten Vorsprünge 27 in Anlage gegen die Separator 23 gehalten sind, wird ein Wasserkanal 28 zwischen der flachen Platte 25 und dem Separator 23 ausgebildet.
  • Unter Bezugnahme auf 4 besitzt jeder der ersten Vorsprünge 26 eine brückenartige Form. Jeder erste Vorsprung 26 weist ein Verbindungsloch 29 auf, das sich durch den ersten Vorsprung 26 entlang der Richtung Q erstreckt, die zur Gasströmungsrichtung P senkrecht ist. Mit anderen Worten weist jedes der Verbindungslöcher 29 bei Betrachtung in der Gasströmungsrichtung P zwei Öffnungen am linken Ende und am rechten Ende des jeweils zugeordneten ersten Vorsprungs 26 auf. Die Verbindungslöcher 29 ermöglichen eine Kommunikation zwischen dem Gaskanal T1 und dem Wasserkanal 28. Jedes Paar der ersten Vorsprünge 26 in der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q zueinander benachbart. In jedem Paar der ersten Vorsprünge 26 ist das stromabwärtige Ende des stromaufwärts in der Gasströmungsrichtung P gelegenen Vorsprungs zu dem stromaufwärtigen Ende des in der Gasströmungsrichtung P stromabwärtigen Vorsprungs benachbart. Jeder der zweiten Vorsprünge 27 ist benachbart zu dem stromabwärtigen Ende des einen zugeordneten der ersten Vorsprünge 26 von der stromabwärtigen Seite her in der Gasströmungsrichtung P angeordnet.
  • Wie in 4 gezeigt ist, sind die ersten Vorsprünge 26 fluchtend in Zeilen angeordnet, die in vorgegebenen Abständen in der Gasströmungsrichtung P beabstandet sind. Die Zeilen der ersten Vorsprünge 26 sind in vorgegebenen Breiten D in der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q beabstandet. Eine Mehrzahl von parallelen bandartigen flachen Plattenabschnitten 25a ist in der flachen Platte 25 ausgebildet. Jeder der bandartigen flachen Plattenabschnitte 25a erstreckt sich in der Gasströmungsrichtung P entlang der gesamten Länge der flachen Platte 25. Bandartige Wasserkanalabschnitte 28a, bei denen es sich um Abschnitte des Wasserkanals 28 handelt, sind zwischen den bandartigen flachen Plattenabschnitten 25a und dem Separator 23 ausgebildet. Jeder der bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a erstreckt sich in der Gasströmungsrichtung P entlang der gesamten Länge der flachen Platte 25 und des Separators 23. Die Paare der ersten Vorsprünge 26 sind in vorgegebenen Abständen E in der Gasströmungsrichtung P beabstandet. Die flache Platte 25 weist flache Plattenabschnitte 25b auf, welche die entsprechenden bandartigen flachen Plattenabschnitte 25a kreuzen. Wasserkanal-Bypässe 28b, bei denen es sich um Abschnitte des Wasserkanals 28 handelt, sind zwischen dem flachen Plattenabschnitt 25b und dem Separator 23 ausgebildet.
  • Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der Brennstoffgas-Durchlassraum S1 in dem ersten Rahmen 13 von oben betrachtet eine Rechteckform. Ein länglicher Brennstoffgas-Einlassanschluss 13a und ein länglicher Brennstoffgas- Auslassanschluss 13b, die mit dem Brennstoffgas-Durchlassraum S1 kommunizieren, sind in einer Seite 131 bzw. in einer entgegengesetzten Seite 132 des ersten Rahmens 13, die zueinander parallel sind, ausgebildet. Ein länglicher Oxidationsgas- Einlassanschluss 13c und ein länglicher Oxidationsgas-Auslassanschluss 13d sind in einer Seite 133 bzw. in einer entgegengesetzten Seite 134 des Rahmens 13, die zu den entsprechenden Seiten 131, 132 benachbart sind, ausgebildet.
  • Der zweite Rahmen 14 ist identisch mit dem ersten Rahmen 13 konfiguriert. Der zweite Rahmen 14 weist einen Brennstoffgas-Einlassanschluss 14a, einen Brennstoffgas-Auslassanschluss 14b, einen Oxidationsgas-Einlassanschluss 14c und einen Oxidationsgas-Auslassanschluss 14d auf, die in Entsprechung zu dem Brennstoffgas-Einlassanschluss 13a, dem Brennstoffgas-Auslassanschluss 13b, dem Oxidationsgas-Einlassanschluss 13c bzw. dem Oxidationsgas-Auslassanschluss 13d des Rahmens 13 ausgebildet sind.
  • Ein Brennstoffgas-Einlassanschluss 23a, ein Brennstoffgas-Auslassanschluss 23b, ein Oxidationsgas-Einlassanschluss 23c und ein Oxidationsgas-Auslassanschluss 23d sind in vier Seiten des ersten Separators 23 in Entsprechung zu dem Brennstoffgas-Einlassanschluss 13a, dem Brennstoffgas-Auslassanschluss 13b, dem Oxidationsgas-Einlassanschluss 13c bzw. dem Oxidationsgas-Auslassanschluss 13d ausgebildet, die in dem ersten Rahmen 13 ausgebildet sind. Auf ähnliche Weise sind ein Brennstoffgas-Einlassanschluss 24a, ein Brennstoffgas-Auslassanschluss 24b, ein Oxidationsgas-Einlassanschluss 24c und ein Oxidationsgas-Auslassanschluss 24d in vier Seiten des zweiten Separators 24 in Entsprechung zu dem Brennstoffgas-Einlassanschluss 14a, dem Brennstoffgas-Auslassanschluss 14b, dem Oxidationsgas-Einlassanschluss 14c bzw. dem Oxidationsgas-Auslassanschluss 14d ausgebildet, die in dem zweiten Rahmen 14 ausgebildet sind.
  • Unter Bezugnahme auf 1 liegt das erste (zweite) Gaskanal- Ausbildungselement 21 (22) an der Oberfläche der Gasdiffusionsschicht 19 (20) und der Rückseite des ersten (zweiten) Separators 23 (24) in dem Brennstoffgas- Durchlassraum S1 (dem Oxidationsgas-Durchlassraum S2) in dem Rahmen 13 (14) an.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 3 bilden der Brennstoffgas- Einlassanschluss 23a des ersten Separators 23, der Brennstoffgas-Einlassanschluss 13a des Rahmens 13, der Brennstoffgas-Einlassanschluss 14a des zweiten Rahmens 14 und der Brennstoffgas-Einlassanschluss 24a des zweiten Separators 24 den Brennstoffgas-Zuführkanal M1 in jeder Leistungserzeugungszelle 12. Der Brennstoffgas-Auslassanschluss 23b des ersten Separators 23, der Brennstoffgas- Auslassanschluss 13b des ersten Rahmens 13, der Brennstoffgas-Auslassanschluss 14b des zweiten Rahmens 14, der Brennstoffgas-Auslassanschluss 23b des Separators 23 und der Brennstoffgas-Auslassanschluss 24b des zweiten Separators 24 bilden den Brennstoffgas-Abführkanal M2 in jeder Leistungserzeugungszelle 12.
  • Nachdem das Brennstoffgas von der Außenseite der Brennstoffzelle her dem Brennstoffgas-Zuführkanal M1 zugeführt wurde, strömt es durch den Gaskanal T1 in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement 21 und wird für die Leistungserzeugung verwendet. Das Brennstoffgas wird daraufhin in den Brennstoffgas-Abführkanal M2 als Brennstoffabgas eingeführt.
  • Der Oxidationsgas-Einlassanschluss 23c des ersten Separators 23, der Oxidationsgas-Einlassanschluss 13c des Rahmens 13, der Oxidationsgas- Einlassanschluss 14c des zweiten Rahmens 14 und der Oxidationsgas- Einlassanschluss 24c des zweiten Separators 24 bilden einen Oxidationsgas- Zuführkanal R1 in jeder Leistungserzeugungszelle 12. Der Oxidationsgas-Auslassanschluss 23d des ersten Separators 23, der Oxidationsgas-Auslassanschluss 13d des ersten Rahmens 13, der Oxidationsgas-Auslassanschluss 14d des zweiten Rahmens 14 und der Oxidationsgas-Auslassanschluss 24d des zweiten Separators 24 bilden einen Abführungskanal R2 zum Abführen von Oxidationsabgas in jeder Leistungserzeugungszelle 12. Nachdem Oxidationsgas von der Außenseite der Brennstoffzelle her dem Oxidationsgas-Zuführkanal R1 zugeführt wurde, strömt es durch den Gaskanal T2 in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 22 und wird für die Leistungserzeugung verwendet. Das Oxidationsgas wird daraufhin als Oxidationsabgas zu dem Oxidationsgas-Abführkanal R2 geleitet.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist die Höhe des Abschnitts jedes von dem entsprechenden bandartigen flachen Plattenabschnitt 25a vorstehenden Vorsprungs 26, oder anders ausgedrückt die Tiefe des Gaskanals T1, T2 in dem ersten oder zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 21, 22, beispielsweise in dem Bereich von 30 bis 1000 µm oder bevorzugt in dem Bereich von 30 bis 300 µm eingestellt. Bei einem Beispiel ist die vorgenannte Höhe bzw. Tiefe auf 200 µm eingestellt. Die Höhe des Abschnitts jedes von dem entsprechenden flachen Plattenabschnitt 25a vorstehenden zweiten Vorsprungs 27, oder anders ausgedrückt die Tiefe des Wasserkanals 28 ist in dem Bereich von 10 bis 50 µm eingestellt. Bei einem Beispiel ist die vorgenannte Höhe bzw. Tiefe auf 30 µm eingestellt. Auf diese Weise ist der Wasserkanal 28 schlitzartig ausgebildet und besitzt eine Tiefe, die geringer als die Tiefe jedes Gaskanals T1, T2 ist. Im Ergebnis wird das Wasser in dem Gaskanal T1, T2 durch die Kapillarwirkung des schlitzartigen Wasserkanals 28 problemlos durch die Verbindungslöcher 29 in den Wasserkanal 28 gezogen. Die Breite D jedes in 4 dargestellten bandartigen flachen Plattenabschnitts 25a ist in dem Bereich von 100 bis 300 µm eingestellt. Der Abstand E zwischen den flachen Plattenabschnitten 25b ist in dem Bereich von 50 bis 150 µm eingestellt.
  • Im Nachfolgenden wird der Betrieb der auf die vorstehend beschriebene Weise konfigurierten Brennstoffzelle beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 2, wenn das Brennstoffgas in dem Gaskanal T1 in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement 21 entlang der durch den entsprechenden Pfeil angegebenen Richtung strömt, nachdem es dem Brennstoffgas-Zuführkanal M1 zugeführt wurde, trifft es auf eine Anzahl von ersten Vorsprünge 26 und verursacht eine verwirbelte Strömung in dem Brennstoffgas. Dies diffundiert das Brennstoffgas in dem Gaskanal T1. Das Brennstoffgas wird daraufhin auf geeignetere Weise diffundiert, indem es durch die erste Gasdiffusionsschicht 19 hindurchtritt, und somit in der ersten Elektroden-Katalysatorschicht 17 gleichförmig verteilt.
  • Gemäß der Darstellung in 1, wenn das Oxidationsgas in dem Gaskanal T2 in dem zweite Gaskanal-Ausbildungselement 22 entlang der von dem entsprechenden Pfeil angegebenen Richtung strömt, nachdem es dem Oxidationsgas-Zuführkanal R1 zugeführt wurde, trifft es auf eine Anzahl von ersten Vorsprüngen 26 und verursacht eine verwirbelte Strömung in dem Oxidationsgas. Dies diffundiert das Oxidationsgas in dem Gaskanal T2. Das Oxidationsgas wird daraufhin auf geeignetere Weise diffundiert, indem es durch die zweite Gasdiffusionsschicht 20 hindurchtritt, und somit in der Elektroden-Katalysatorschicht 18 gleichförmig verteilt. Während das Brennstoffgas und das Oxidationsgas zugeführt werden, läuft eine Elektrodenreaktion in der MEA 15 ab, wodurch Leistung erzeugt wird. Ein gewünschter Betrag an elektrischer Leistung wird somit von dem Brennstoffzellen-Stack 11 ausgegeben, der durch die gestapelten Leistungserzeugungszellen 12 gebildet ist.
  • Wenn gemäß dieser Beschreibung Leistung erzeugt wird, wird Wasser in dem Gaskanal T2 in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 22 auf der Kathodenseite erzeugt. Ein Teil des Wasserstoffgases, der nicht für die Leistungserzeugung verwendet wurde, strömt durch den Gaskanal T1 in dem ersten Gaskanal- Ausbildungselement 21 und den Brennstoffgas-Abführkanal M2 und wird als Brennstoffabgas zur Außenseite hin abgeführt. Ein Teil des Oxidationsgases, der nicht durch die Leistungserzeugung oxidiert wurde, strömt durch den in den Rahmen 13, 14 ausgebildeten Oxidationsgas-Abführkanal R2 und wird zusammen mit Stickstoffgas als Oxidationsabgas zur Außenseite hin abgeführt. Ein Teil des erzeugten Wassers tritt durch die zweite Elektroden-Katalysatorschicht 18 auf der Kathodenseite, die Festelektrolytmembran 16, die erste Elektroden-Katalysatorschicht 17 und die erste Gasdiffusionsschicht 19 hindurch und fließt als Sickerwasser zu dem Gaskanal T1 in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement 21.
  • Wenn das Brennstoffgas gemäß der Angabe durch den entsprechenden Pfeil in 2 in dem Gaskanal T1 strömt, trifft es auf eine Anzahl von ersten Vorsprüngen 26, die in 4 gezeigt sind. In diesem Stadium haftet das im Brennstoffgas enthaltene Sickerwasser als Wassertröpfchen W an den Vorderflächen der ersten Vorsprünge 26 an. Die Wassertröpfchen W (das Sickerwasser) fließen aufgrund des durch das strömende Brennstoffgas verursachten Drucks durch die in den ersten Vorsprüngen 26 ausgebildeten Verbindungslöcher 29 in das Innere der ersten Vorsprünge 26. Das Sickerwasser wird durch den Kapillareffekt des Wasserkanals 28, der als Schlitz ausgebildet ist, in den Wasserkanal 28 eingeführt. Nachdem das Sickerwasser zum Wasserkanal 28 hin gezogen wurde, wird es im Wasserkanal 28 durch die Oberflächenspannung des Wassers als verbliebenes Wasser zurückgehalten. Das verbliebene Wasser bewirkt, dass ein Wassertröpfchen (Sickerwasser) aus dem Gaskanal T1 über das Verbindungsloch 29 der Einwirkung des verbliebenen Wassers ausgesetzt wird. In diesem Stadium zieht die Neigung der Wassertröpfchen zu einer Flächenverringerung das Wassertröpfchen auf das verbliebene Wasser in dem Wasserkanal 28 hin. Das in den Wasserkanal 28 eingetretene verbliebene Wasser (das Sickerwasser) wird durch den Druck, der von dem in dem Gaskanal T1 strömenden Brennstoffgas erzeugt wird, in der Gasströmungsrichtung P stromabwärts geleitet und somit in den Brennstoffgas-Abführkanal M2 eingeführt.
  • Das in dem Gaskanal T2 in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 22 auf der Kathodenseite erzeugte Wasser wird auf die gleiche Weise wie die Wassertröpfchen (das Sickerwasser) auf der Anodenseite, die auf die vorstehend beschriebene Weise abgeleitet werden, auf den Oxidationsgas-Abführkanal R2 hin geleitet.
  • Eine Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform besitzt die nachstehend beschriebenen Vorteile.
    1. (1) Bei der ersten Ausführungsform ist der Wasserkanal 28 zwischen dem Separator 23 und der flachen Platte 25 des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes 21 ausgebildet, das die ersten und zweiten Vorsprünge 26, 27 auf der Anodenseite aufweist. Die Tiefe des Wasserkanals 28 ist geringer als die Tiefe des Gaskanals T1. Das Sickerwasser in dem zwischen der flachen Platte 25 und der ersten Gasdiffusionsschicht 19 ausgebildeten Gaskanal T1 wird durch die in den ersten Vorsprüngen 26 ausgebildeten Verbindungslöcher 29 in den Wasserkanal 28 eingeführt. Das in den Wasserkanal 28 eingeführte Sickerwasser wird durch den Druck aufgrund des strömenden Brennstoffgases auf den Brennstoffgas-Abführkanal M2 hin geleitet. Da die erste Elektroden-Katalysatorschicht 17 bei dieser Konfiguration auf angemessene Weise mit Brennstoffgas versorgt wird, wird eine Unterversorgung mit Wasserstoff in der ersten Elektroden-Katalysatorschicht 17 vermieden. Der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung ist hierdurch verbessert. Das Sickerwasser in dem Gaskanal T1 in dem ersten Gaskanal- Ausbildungselement 21 strömt durch die Verbindungslöcher 29 zu dem Wasserkanal 28 und wird auf den Brennstoffgas-Abführkanal M2 hin geleitet. Dies verhindert, dass das Sickerwasser in dem Gaskanal T1 verbleibt, und verringert den durch das Sickerwasser verursachten Druckverlust des in dem Gaskanal T1 strömenden Brennstoffgases, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung verbessert wird. Dies verhindert auch eine Korrosion des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes 21 aufgrund eines Anstiegs des elektrischen Potentials in der ersten Elektroden- Katalysatorschicht 17 auf der Anodenseite, der durch den Wasserstoffmangel in der ersten Elektroden-Katalysatorschicht 17 verursacht wird, wodurch die Lebensdauer des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes 21 erhöht wird. Im Ergebnis kann das Material des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes 21 flexibler gewählt werden. D.h., kostengünstiges Material kann als Material für das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21 verwendet werden, und die Materialkosten sind verringert.
    2. (2) Bei der ersten Ausführungsform ist der Wasserkanal 28 zwischen dem Separator 24 und der flachen Platte 25 des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes 22 auf der Kathodenseite angeordnet. Das in dem Gaskanal T2 in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 22 auf der Kathodenseite erzeugte Wasser wird durch den Wasserkanal 28 in den Oxidationsgas-Abführkanal R2 eingeführt. Dies verhindert, dass das erzeugte Wasser in dem Gaskanal T2 in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 22 verbleibt, und verringert den Druckverlust des in dem Gaskanal T2 strömenden Oxidationsgases aufgrund des erzeugten Wassers, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung verbessert wird. Ferner wird die Elektroden- Katalysatorschicht 18 auf angemessene Weise mit Oxidationsgas versorgt, wodurch eine Unterversorgung mit Oxidationsgas verhindert wird. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung.
    3. (3) Bei der ersten Ausführungsform sind die Wasserkanäle 28 auf der Anodenseite und der Kathodenseite angeordnet. Das Sickerwasser und das erzeugte Wasser in den Gaskanälen T1, T2 werden somit auf angemessene Weise in die Brennstoffgas-Abführkanäle M2, R2 eingeführt. Dies verhindert Schwankungen im Ausgang der von den Leistungserzeugungszellen 12 erzeugten Leistung, wodurch die Leistungserzeugungscharakteristiken der Brennstoffzelle stabilisiert werden. Beispielsweise wenn sich die Brennstoffzelle in einem Niederlast-Betriebszustand befindet, ist die Strömungsgeschwindigkeit des in jedem Gaskanal T1,T2 des Gaskanal-Ausbildungselementes 21, 22 strömenden Gases niedrig. Die Menge des Sickerwassers und die Menge des in dem Gaskanal T1, T2 verbleibenden erzeugten Wassers werden somit unausgeglichen. Bei der ersten Ausführungsform leiten die Wasserkanäle 28 jedoch abzuleitendes Wasser auf angemessene Weise in jeder Leistungserzeugungszelle 12 ab. Dies hebt Schwankungen im Ausgang der von den Leistungserzeugungszellen 12 erzeugten Leistung auf und verbessert die Zellencharakteristiken. Wenn sich die Brennstoffzelle hingegen in einem Hochlast- Betriebszustand befindet, ist die Menge des in dem Gaskanal T2 des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes 22 erzeugten Wassers auf der Kathodenseite groß. Da das erzeugte Wasser auf angemessene Weise durch die Wasserkanäle 28 abgeleitet wird, ist die Diffusionsleistung des Oxidationsgases in dem Gaskanal T2 verbessert, und der Ausgang der Leistungserzeugung ist stabilisiert.
    4. (4) Bei der ersten Ausführungsform trifft das Brennstoffgas gemäß der Darstellung in 4 auf die Vorderfläche jedes ersten Vorsprungs 26 auf der stromaufwärtigen Seite in der Gasströmungsrichtung P. Dies macht es leicht für das Sickerwasser in dem Brennstoffgas, an dem ersten Vorsprung 26 als ein Wassertröpfchen W anzuhaften. Die zweiten Vorsprünge 27 sind jedoch stromabwärts von den entsprechenden ersten Vorsprüngen 26 angeordnet. Dementsprechend werden die Wassertröpfchen W, die durch das Verbindungsloch 29 ins Innere des ersten Vorsprungs 26 eingetreten sind, dazu veranlasst, auf den entsprechenden zweiten Vorsprung 27 aufzutreffen. Die Wassertröpfchen Wwerden somit auf angemessene Weise zerteilt und in den entsprechenden bandartigen Wasserkanalabschnitt 28a und den entsprechenden Wasserkanal-Bypass 28b geleitet.
    5. (5) Unter Bezugnahme auf 4 werden bei der ersten Ausführungsform die bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a, die sich durchgängig entlang der gesamten Länge der flachen Platte 25 in der Gasströmungsrichtung P erstrecken, als der Wasserkanal 28 verwendet. Im Ergebnis wird das Sickerwasser (das erzeugte Wasser), das in die bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a eingetreten ist, reibungslos auf den Brennstoffgas-Abführkanal M2 (R2) hin geleitet.
    6. (6) Bei der ersten Ausführungsform sind die Wasserkanal-Bypässe 28b zwischen den Zeilen der bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a ausgebildet. Dementsprechend wird das Sickerwasser (das erzeugte Wasser) gemäß der Darstellung in 4 durch das Verbindungsloch 29 des ersten Vorsprungs 26, der sich stromabwärts in dem zugeordneten benachbarten Paar der ersten Vorsprünge 26 befindet, in den entsprechenden Wasserkanal-Bypass 28b eingeführt. Das Sickerwasser wird daraufhin reibungslos von dem Wasserkanal-Bypass 28b zu dem bandartigen Wasserkanalabschnitt 28a geführt. Im Ergebnis wird das Sickerwasser (das erzeugte Wasser) auf effiziente Weise abgeleitet.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben. Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Funktionen wie entsprechende Komponenten der ersten Ausführungsform mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen, und auf eine Beschreibung solcher Komponenten wird verzichtet. Mit anderen Worten hebt die nachfolgende Beschreibung auf die Unterschiede in Konfiguration, Betrieb und Wirkungen zwischen der ersten Ausführungsform und den anderen Ausführungsformen ab.
  • Wie in 7 gezeigt ist, sind bei der zweiten Ausführungsform die in jedem Gaskanal-Ausbildungselement 21, 22 ausgebildeten ersten Vorsprünge 26 und zweiten Vorsprünge 27 in Zeilen fluchtend alternierend in der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q angeordnet. Jeder der ersten Vorsprünge 26 ist mit zwei von den zweiten Vorsprüngen 27 verbunden, die zu dem ersten Vorsprung 26 in der Richtung Q benachbart sind. Die ersten Vorsprünge 26 und die zweiten Vorsprünge 27 bilden eine Mehrzahl von zeilenartigen Vorsprungsgruppen, die sich entlang der Richtung Q in der flachen Platte 25 erstrecken. Die Vorsprungsgruppen sind parallel zueinander angeordnet und in vorgegebenen Abständen in der Gasströmungsrichtung P beabstandet. Eine Anzahl von bandartigen flachen Plattenabschnitten 25a, die sich in der Richtung Q erstrecken, sind zwischen den Vorsprungsgruppen in der flachen Platte 25 ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Die Verbindungslöcher 29, von denen jedes eine Öffnung aufweist, die in der Strömungsrichtung P des Brennstoffgases (des Oxidationsgases) stromaufwärts weist, sind in den ersten Vorsprüngen 26 ausgebildet. Die Verbindungslöcher 29 kommunizieren mit den entsprechenden bandartigen Wasserkanalabschnitten 28a, die zwischen den bandartigen flachen Plattenabschnitten 25a und dem Separator 23 (24) ausgebildet sind.
  • Die bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a erstrecken sich in der Richtung Q, wie in 7 veranschaulicht ist, und sind durch die Vorsprungsgruppen in der Gasströmungsrichtung P voneinander getrennt, wie in den 6 und 8 veranschaulicht ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 6 und 8 ist ein Wasserableitungs- Unterstützungselement 30, das beispielsweise durch einen porösen Körper mit kontinuierlichen Poren wie etwa einen Urethanschwamm oder einen Meeresschwamm ausgebildet wird, in dem Abschnitt des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes 22 untergebracht, in dem der Oxidalionsgas-Abführkanal R2, der Gaskanal T2 des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes 22 und der Wasserkanal 28 zusammengeführt sind. Die Porosität der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 ist in dem Bereich von 50 bis 80 Volumenprozent eingestellt. Der durchschnittliche Durchmesser der kontinuierlichen Poren ist auf einen Wert (von z.B. 50 bis 25 µm) eingestellt, der kleiner als die Tiefe des Wasserkanals 28 (10 bis 50 µm) ist. Das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 lässt einen reibungslosen Durchtritt des Oxidalionsabgases aus dem Gaskanal T2 durch das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 zu und absorbiert das aus dem Wasserkanal 28 fließende Sickerwasser (das erzeugte Wasser) durch den Kapillareffekt der kontinuierlichen Poren.
  • Bei der zweiten Ausführungsform ist die Dicke des ersten Gaskanal- Ausbildungselementes 21 insgesamt auf beispielsweise 300 µm eingestellt. Die Höhe des Abschnitts jedes von der flachen Platte 25 vorstehenden ersten Vorsprungs 26 ist auf 170 µm eingestellt. Die Höhe des Abschnitts jedes von der flachen Platte 25 vorstehenden zweiten Vorsprungs 27 ist auf 30 µm eingestellt. Die Breite jedes ersten Vorsprungs 26 und die Breite jedes bandartigen flachen Plattenabschnitts 25a in der Gasströmungsrichtung P ist jeweils auf 200 µm eingestellt.
  • Es wird nun der Betrieb der Brennstoffzelle gemäß der zweiten Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration beschrieben.
  • Das Sickerwasser und das erzeugte Wasser werden auf die gleiche Weise aus dem Gaskanal T1 auf der Anodenseite und dem Gaskanal T2 auf der Kathodenseite abgeleitet. Dementsprechend wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die 7 und 8 nur die Ableitung des erzeugten Wassers auf der Kathodenseite beschrieben.
  • Wie in 7 gezeigt ist, weist das in jedem ersten Vorsprung 26 ausgebildete Verbindungsloch 29 eine Öffnung auf, die in der Gasströmungsrichtung P stromaufwärts weist. Im Ergebnis veranlasst der von dem strömenden Oxidationsgas erzeugte Druck die an der Oberseite des bandartigen flachen Plattenabschnitts 25a anhaftenden Wassertröpfchen W des erzeugten Wassers, über die entsprechenden Verbindungslöcher 29 in den bandartigen Wasserkanalabschnitt 28a einzutreten.
  • Unter Bezugnahme auf 8 haftet erzeugtes Wasser W, das aus dem Gaskanal T2 in ein stromaufwärtiges der Verbindungslöcher 29 eingetreten ist, an der Rückseite des Separators 24 an und fließt aufgrund des Drucks, der von dem aus dem Gaskanal T2 zu dem Verbindungsloch 29 strömenden Oxidationsgas erzeugt wird, zu dem Wasserkanal 28. Das erzeugte Wasser W in dem Wasserkanal 28 wird durch den Druck, der von dem in das Verbindungsloch 29 strömenden Oxidationsgas erzeugt wird, zu einem stromabwärtigen der Verbindungslöcher 29 geleitet und strömt an der Rückseite des Separators 24 entlang weiter stromabwärts. Das erzeugte Wasser W wird dann in einen stromabwärtigen der bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a eingeführt. Indem sich dieser Vorgang nacheinander wiederholt, wird das erzeugte Wasser in den Oxidationsgas-Abführkanal R2 abgeleitet. Dementsprechend, auch wenn die bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a wie im Falle der zweiten Ausführungsform durch die ersten Vorsprünge 26 in der Gasströmungsrichtung P unterteilt sind, ist die Funktionsweise des Wasserkanals 28 im Wesentlichen die gleiche wie der bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a, die in der Gasströmungsrichtung P miteinander kommunizieren.
  • Das aus dem Gaskanal T2 in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 22 strömende Oxidationsabgas tritt durch die kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 hindurch und wird daraufhin in den Oxidationsgas-Abführkanal R2 abgeleitet. Das erzeugte Wasser in dem am weitesten stromabwärts gelegenen der bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a wird durch den Kapillareffekt des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 in das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 eingeführt. Nach seinem Eintritt in das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 wird das erzeugte Wasser zwangsweise durch den Druck abgeleitet, der von dem durch die kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 strömenden Oxidationsabgas erzeugt wird. Das erzeugte Wasser wird somit auf effektive Weise in den Oxidationsgas- Abführkanal R2 abgeleitet.
  • Wie bereits beschrieben wurde, werden auch bei der zweiten Ausführungsform das Sickerwasser und das erzeugte Wasser in dem Gaskanal T1 in dem anodenseitigen Gaskanal-Ausbildungselement 21 und dem Gaskanal T2 in dem kathodenseitigen Gaskanal-Ausbildungselement 22 auf geeignete Weise durch den Wasserkanal 28 (die bandartigen Wasserkanalabschnitte 28a) abgeleitet. Mit anderen Worten weist die Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform die gleichen Vorteile wie die Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform auf.
  • Ferner verbessert das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 die Wasserableitungsfähigkeit bei der zweiten Ausführungsform im Vergleich mit einer Konfiguration ohne eine Wasserableitungs-Unterstützungselement 30.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die 9 bis 13 beschrieben.
  • Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, weist das erste Gaskanal- Ausbildungselement 21 auf der Anodenseite eine Anzahl von ersten erhabenen Abschnitten 31 auf, die als Vorsprünge zum Ausbilden des Wasserkanals 28 und des Gaskanals T1 dienen, die auf den ersten Separator 23 hin extrudiert sind. Das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21 weist ferner eine Anzahl von zweiten erhabenen Abschnitten 32 auf, die als Vorsprünge zum Ausbilden des Gaskanals T1 dienen und auf die Gasdiffusionsschicht 19 hin extrudiert sind. Die ersten erhabenen Abschnitte 31 und die zweiten erhabenen Abschnitte 32 sind alternierend in gleichen Steigungen entlang der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q angeordnet und bilden eine Anzahl von Sätzen von erhabenen Abschnitten, die sich in der Richtung Q erstrecken. Ein der Rückseite des Separators 23 entsprechender flacher Oberflächenabschnitt 31a ist auf dem Oberteilabschnitt jedes der ersten erhabenen Abschnitte 31 ausgebildet. Ein streifenartiger Ansatz 31b, der sich parallel zur Gasströmungsrichtung P erstreckt, ist auf dem flachen Oberflächenabschnitt 31a ausgebildet. Die Ansätze 31b sind derart in Anlage gegen die Rückseite des Separators 23 gehalten, dass der Wasserkanal 28 zwischen den flachen Oberflächenabschnitten 31a und dem Separator 23 ausgebildet ist. Auf ähnliche Weise ist ein flacher Oberflächenabschnitt 32a auf dem Oberteilabschnitt von jedem der zweiten erhabenen Abschnitte 32 ausgebildet. Die flachen Oberflächenabschnitte 32a sind in Flächenkontakt mit der ersten Gasdiffusionsschicht 19 gehalten. Die streifenartigen Ansätze 31b können durch Ansätze mit anderen Formgebungen einschließlich einer Kugelform ersetzt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 10 sind in jeder der Gruppen von erhabenen Abschnitten Fluchtungssteigungen F für die ersten erhabenen Abschnitte 31 in der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q gleich. Im Nachfolgenden werden die in 10 veranschaulichten Gruppen von erhabenen Abschnitten nacheinander entlang der Strömungsrichtung P als die erste bis neunte Gruppe von erhabenen Abschnitten bezeichnet. Die zweite bis fünfte Gruppe von erhabenen Abschnitten sind nacheinander mit einem Versatz von der ersten Gruppe von erhabenen Abschnitten in einer rechtsgerichteten Richtung um ein Viertel der Fluchtungssteigung F entlang der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q angeordnet. Die sechste bis neunte Gruppe von erhabenen Abschnitten sind nacheinander mit einem Versatz von der fünften Gruppe von erhabenen Abschnitt in einer linksgerichteten Richtung um ein Viertel der Fluchtungssteigung F entlang der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q angeordnet. Die anderen Gruppen von erhabenen Abschnitten des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes 21 außer der ersten bis neunten Gruppe von erhabenen Abschnitten sind auf die gleiche Weise angeordnet.
  • Die Verbindungslöcher 29 sind jeweils zwischen dem entsprechenden ersten erhabenen Abschnitt 31 und dem benachbarten zweiten erhabenen Abschnitt 32 in der Gasströmungsrichtung P ausgebildet. Die Verbindungslöcher 29 sind durch Stanzen und Aufspreizen geformt, wenn die erhabenen Abschnitte 31, 32 aus einer flachen Platte geschmiedet werden. Die ersten erhabenen Abschnitte 31 und die zweiten erhabenen Abschnitte 32 in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement 21 bilden den Gaskanal T1. Wenn Gas in dem Gaskanal T1 strömt, ergibt sich eine verwirbelte Strömung des Gases.
  • Das zweite Gaskanal-Ausbildungselement 22 auf der Kathodenseite ist auf die gleiche Weise wie das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21 konfiguriert.
  • Bei der dritten Ausführungsform mäandert das das aus dem kathodenseitigen Zuführkanal R1 in den Gaskanal T2 des Gaskanal-Ausbildungselementes 22 eingetretene Oxidationsgas, wie in 9 veranschaulicht ist, diffundiert als turbulente Strömungen, die in 10 durch die entsprechenden Pfeile angegeben sind, und strömt somit zum Oxidationsgas-Abführkanal R2. Die Wassertröpfchen W des erzeugten Wassers in dem Gaskanal T2 fließen zu dem Wasserkanal 28 durch die Verbindungslöcher 29 infolge des Kapillareffektes des Wasserkanals 28, der durch die separat voneinander angeordneten flachen Oberflächenabschnitte 31a und den Separator 24 ausgebildet ist. Nachdem das erzeugte Wasser zum Wasserkanal 28 geflossen ist, wird es durch den Druck, der von dem in dem Gaskanal T2 strömenden
  • Gas erzeugt wird, entlang der Rückseite des Separators 24 durch den Wasserkanal 28 stromabwärts gefördert. Indem sich dieser Vorgang wiederholt, leitet der Wasserkanal 28 das erzeugte Wasser reibungslos zur stromabwärtigen Seite. In 10 sind die Strömungspfade des erzeugten Wassers W durch die Pfeile L1 und L2 dargestellt.
  • Die dritte Ausführungsform weist ebenfalls das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 auf. Dies verbessert die Wasserableitungsfähigkeit im Vergleich mit einer Konfiguration ohne ein Wasserableitungs-Unterstützungselement 30.
  • (Modifikationen)
  • Die veranschaulichten Ausführungsformen können zu den nachstehend beschriebenen Formen modifiziert werden.
  • Wie in 12 veranschaulicht ist, kann in der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 in dem Abschnitt in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement 22 angeordnet sein, in dem der Oxidationsgas-Abführkanal R2 und der Wasserkanal 28 zusammengeführt sind. Auf ähnliche Weise - obgleich dies nicht veranschaulicht ist - kann das Wasserableitungs- Unterstützungselement 30 in dem Abschnitt in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement 21 angeordnet sein, in dem der Brennstoffgas-Abführkanal M2 und der Wasserkanal 28 zusammengeführt sind. Diese Konfiguration gewährleistet ein effektives Ableiten des erzeugten Wassers (des Sickerwassers) aus jedem Wasserkanal 28 mittels des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30.
  • Wie in 13 gezeigt ist, kann in der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform eine Anzahl von Wasserableitungslöchern 35 in dem Separator 24 ausgebildet sein. In diesem Fall ist in dem Abschnitt des Separators 23 ein Verbindungskanal 36 ausgebildet, der den Wasserableitungslöchern 35 entspricht. Bei dieser Konfiguration werden das Oxidationsabgas und das erzeugte Wasser durch die Wasserableitungslöcher 35 in den Oxidationsgas-Abführkanal R2 abgeleitet. Als Alternative kann unter Bezugnahme auf 14 eine einzelner Wasserableitungsanschluss 37 in dem Separator 24 ausgebildet sein, wobei das Wasserableitungs-Unterstützungselement 30 in dem Wasserableitungsanschluss 37 aufgenommen ist.
  • Wie in 15(a) gezeigt ist, können die zweiten Vorsprünge 27 aus dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement 21 weggelassen werden, und zweite Vorsprünge 23e, die auf die gleiche Weise wie die zweiten Vorsprünge 27 wirken, können in dem ersten Separator 23 durch Pressen ausgebildet sein. Auf ähnliche Weise können unter Bezugnahme auf 15(b) die zweiten Vorsprünge 27 aus dem zweiten Gaskanal- Ausbildungselement 22 weggelassen werden, und zweite Vorsprünge 24e, die auf die gleiche Weise wie die zweiten Vorsprünge 27 wirken, können in dem zweiten Separator 24 durch Pressen ausgebildet sein.
  • Bei der ersten Ausführungsform gemäß der Darstellung in 4 weist jedes Verbindungsloch 29 bei Betrachtung in der Gasströmungsrichtung P die Öffnungen am linken Ende und am rechten Ende auf. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. D.h., jedes Verbindungsloch 29 kann eine Öffnung oder drei oder mehr Öffnungen aufweisen.
  • Wie in den 16 und 17 gezeigt ist, kann jeder erste Vorsprung 26 eine halbzylindrische Form besitzen. Insbesondere besitzt jeder erste Vorsprung 26 bei Betrachtung in der zur Gasströmungsrichtung P senkrechten Richtung Q eine Halbringform, und jedes Verbindungsloch 29 besitzt eine Halbkreisform. Unter Bezugnahme auf 17 kann die Proportion der Höhe h jedes ersten Vorsprungs 26 zur Breite n des ersten Vorsprungs 26 in der Gasströmungsrichtung P klein sein. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die zweiten Vorsprünge 27 stromaufwärts von den ersten Vorsprüngen 26. Die ersten Vorsprünge 26 liegen derart separat voneinander, dass der Wasserkanal 28 mäandert, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Innenumfangsfläche des Innenraums jedes ersten Vorsprungs 26 als eine bogenförmige Oberfläche geformt, wie in 17 veranschaulicht ist. Dementsprechend wird das in dem Gaskanal T2 erzeugte Wasser in den Innenraum des entsprechenden ersten Vorsprungs 26 eingeführt und zuverlässig zurückgehalten. Dies verbessert die Wasserrückhaltefähigkeit des ersten Vorsprungs 26. Insbesondere tendieren an der Oberfläche der zweiten Gasdiffusionsschicht 20 anhaftende Wassertröpfchen dazu, aufgrund der Oberflächenspannung eine Kugelform anzunehmen.
  • Dies macht es einfach für die Wassertröpfchen, in den halbzylindrischen Innenraum des entsprechenden ersten Vorsprungs 26 einzutreten. Die Bildung von Wassertröpfchen an der Oberfläche der zweiten Gasdiffusionsschicht 20 wird somit verhindert, und eine Unterversorgung mit dem Gas aufgrund der Tröpfchen wird vermieden. Der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung ist hierdurch verbessert. Ferner wird eine stellenweise Verschlechterung der zweiten Gasdiffusionsschicht 20 infolge des Anhaftens eines Wassertröpfchens verhindert. Die Lebensdauer der Diffusionsschicht 20 ist somit erhöht.
  • Gemäß der Darstellung in den 18 bis 20 können unterschiedlich geformte erste Vorsprünge verwendet werden. Insbesondere weist der Separator 23 halbzylindrische erste Vorsprünge 26 und flache tischartige erste Vorsprünge 261 auf, die separat voneinander angeordnet sind. Bei Betrachtung in der Richtung Q, die zu der vorgenannten Gasströmungsrichtung P senkrecht ist, besitzt jeder der ersten Vorsprünge 26 eine halbzylindrische Form. Da jeder der ersten Vorsprünge 261 eine flache tischartige Form besitzt, ist die Berührungsfläche zwischen dem ersten Vorsprung 261 und der zweiten Gasdiffusionsschicht 20 vergrößert. Gemäß der Darstellung in 20 sind bandartige flache Plattenabschnitte 25a, die weder die beiden Typen von ersten Vorsprüngen 26, 261 noch die zweiten Vorsprünge 27 umfassen, in Bezug auf die Gasströmungsrichtung P ausgebildet. Mit anderen Worten weist der Gaskanal T2 gerade bandartige Gaskanalabschnitte T2s auf, die von den bandartigen flachen Plattenabschnitten 25a gebildet werden. Der Gaskanal T2 weist zusätzlich zu den Gaskanalabschnitten T2s serpentinenförmige Gaskanalabschnitte T2d auf. Jeder der Gaskanalabschnitte T2d ist durch die entsprechenden ersten Vorsprünge 26 ausgebildet, die alternierend auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, sowie einen entsprechenden flachen Plattenabschnitt 25c, der von den entsprechenden flachen tischartigen ersten Vorsprüngen 261 in Bezug auf die Gasströmungsrichtung P ausgebildet wird. Der Wasserkanal 28 ist flach ausgebildet, ähnlich den Gaskanalabschnitten T2s, T2d auf der Rückseite der zwei Typen von Gaskanalabschnitten T2s, T2d.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Berührungsfläche mit der zweiten Gasdiffusionsschicht 20 im Vergleich mit einem Separator, der nur die separat voneinander angeordneten halbzylindrischen ersten Vorsprünge 26 aufweist, durch die flachen tischartigen ersten Vorsprünge 261 vergrößert. Dies verhindert ein Eingraben der ersten Vorsprünge 26 in die zweite Gasdiffusionsschicht 20 und verringert den Widerstand des Kanals bezüglich der erzeugten Leistung. Die Fähigkeit der mehreren halbzylindrischen ersten Vorsprünge 26, das erzeugte Wasser als Tröpfchen zurückzuhalten, ist ebenso erhöht, und der Effekt der in 16 veranschaulichten Konfiguration ist sicher gestellt. Ferner verringern die geraden bandartigen Gaskanalabschnitte T2s einen Druckverlust des Gases in dem Kanal und verringern dadurch einen Leistungsverlust in einer peripheren Vorrichtung zum Zuführen von Gas wie etwa einem Kompressor.
  • Gemäß der Darstellung in 22 kann ein stromabwärtiges Ende 21a (die stromabwärtige Öffnung des Wasserkanals 28) des Gaskanal-Ausbildungselementes 21 zum Abführungskanal M2 hin weitergeführt werden. Eine Nase 13e ist an der Wandoberfläche des Brennstoffgas-Auslassanschluss 13b des Rahmens 13 ausgebildet, die dem stromabwärtigen Ende 21a gegenüberliegt. Ferner ist eine Einschnürung 41 zum Verkleinern der Querschnittsfläche des Abführungskanal s M2 und Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffgases zwischen der Nase 13e und dem Ende 21a angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird das Wasser durch den Venturi-Effekt des Gases, das in der Einschnürung 41 mit einer hohen Geschwindigkeit strömt, auf angemessene Weise aus dem Wasserkanal 28 herausgezogen. Die Ableitung des Wassers wird daher auf weiterhin angemessene Weise durchgeführt.
  • Unter Bezugnahme auf 23 können Gaskanalabschnitte 21b in der flachen Platte 25 des Gaskanal-Ausbildungselementes 21 so ausgebildet sein, dass die in dem Separator 24 ausgebildeten Wasserableitungslöcher 35 als Gaskanalabschnitte fungieren. ferner können die Gaskanalabschnitte 21b und die Wasserableitungslöcher 35 jeweils als eine Einschnürung 38 fungieren. Auch bei dieser Ausführungsform wird das Wasser aufgrund des Venturi-Effektes des mit hoher Geschwindigkeit in den Einschnürungen 38 strömenden Gases auf angemessene Weise aus dem Wasserkanal 28 herausgezogen, und die Ableitung des Wassers ist weiter verbessert.
  • Bei den vorstehend beschriebenen modifizierten Ausführungsformen können die vorgenannten zwei Typen von Gaskanalabschnitten T2s, T2d durch Ändern des Layout eines Vorsprungs oder erhabenenen Abschnitts ausgebildet werden.
  • Bei der zweiten Ausführungsform ist der durchschnittliche Durchmesser der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 auf einen Wert (z.B. 5 bis 25 µm) eingestellt, der kleiner als die Tiefe (10 bis 50 µm) des Wasserkanals 28 ist. Auf diese Weise wird das Wasser durch den Kapillareffekt aus dem Wasserkanal 28 in die kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 abgeleitet. Als Alternative kann die Benetzbarkeit der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 auf einen höheren Wert als die Benetzbarkeit des Wasserkanals 28 eingestellt werden. Mit anderen Worten kann der Tröpfchenkontaktwinkel der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 auf einen Wert eingestellt werden, der größer als der Tröpfchenkontaktwinkel des Wasserkanals 28 ist. Als weitere Alternative kann die Wasseranlagerungsneigung der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 auf einen größeren Wert als die Wasseranlagerungsneigung des Wasserkanals 28 eingestellt werden. In diesen Fällen wird das Wasser, auch wenn der durchschnittliche Durchmesser der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 größer als die Tiefe des Wasserkanals 28 ist, auf angemessene Weise aus dem Wasserkanal 28 in die kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes 30 abgeleitet.
  • Bei der dritten Ausführungsform sind die Ansätze 31b in den flachen Oberflächenabschnitten 31a ausgebildet, die in dem ersten erhabenen Abschnitt 31 jedes Gaskanal-Ausbildungselementes 21, 22 ausgebildet sind. Die Ansätze 31b können jedoch weggelassen werden. Als Alternative können Ansätze ausgebildet sein, die auf die gleiche Weise wie die Ansätze 31 b in jedem Separator 23, 24 wirken.
  • Obgleich dies nicht veranschaulicht ist, kann der Wasserkanal 28 bei jeder der veranschaulichten Ausführungsformen nur auf der Anodenseite angeordnet sein. Diese Konfiguration verbessert den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle und erhöht die Lebensdauer des zweiten Gaskanal- Ausbildungselementes 22 auf der Anodenseite und die Lebensdauer der Elektroden-Katalysatorschicht 18 auf der Kathodenseite. Als Alternative kann der Wasserkanal 28 nur auf der Kathodenseite angeordnet sein. Diese Konfiguration verbessert den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle.
  • Bei der Brennstoffzelle jeder der veranschaulichten Ausführungsformen kann eine Vertiefung für Kühlmittel in jedem Separator 23, 24 der Leistungserzeugungszelle 12 ausgebildet sein.
  • Bei der Brennstoffzelle jeder der veranschaulichten Ausführungsformen können die Gasdiffusionsschichten 19, 20 weggelassen werden.
  • Bei der Brennstoffzelle, bei der der Wasserkanal 28 nur auf der Kathodenseite angeordnet ist, können das erste Gaskanal-Ausbildungselement 21 und der erste Separator 23 auf der Anodenseite einstückig miteinander ausgebildet sein. Als Alternative können der Rahmen 13 und der erste Separator 23 beispielsweise durch Schmieden als einstückiger Körper aus metallischem Material ausgebildet sein.
  • Bei einer Brennstoffzelle, bei der der Wasserkanal 28 nur auf der Anodenseite angeordnet ist, können das zweite Gaskanal-Ausbildungselement 22 und der zweite Separator 24 auf der Kathodenseite einstückig miteinander ausgebildet sein. Als Alternative können der Rahmen 14 und der zweite Separator 24 beispielsweise durch Schmieden als einstückiger Körper aus metallischem Material ausgebildet sein.
  • Bezugszeichenliste
    • D
    vorgegebene Abstände senkrecht zur Gasströmungsrichtung (Q)
    E
    vorgegebene Abstände in Gasströmungsrichtung (P)
    F
    Fluchtungssteigung
    h
    Höhe
    L1
    Fließrichtung 1
    L2
    Fließrichtung 2
    M1
    Einführungskanal für das Brennstoffgas
    M2
    Abführungskanal für das Brennstoffgas
    n
    Breite
    S1
    Brennstoffgas-Durchlassraum
    S2
    Oxidationsgas-Durchlassraum
    T1
    erster Gaskanal
    T2
    zweiter Gaskanal
    T2d
    serpentinenförmige Gaskanalabschnitte
    T2s
    gerade Gaskanalabschnitte
    P
    Gasströmungsrichtung
    Q
    senkrechte Richtung zu P
    R1
    Einführungskanal für das Oxidationsgas
    R2
    Abführungskanal für das Oxidationsgas
    W
    Wasser/ -tröpfchen
    12
    Leistungserzeugungszelle
    13
    erster Rahmen
    13a
    Brennstoffgas-Einlassanschluss des ersten Rahmens
    13b
    Brennstoffgas-Auslassanschluss des ersten Rahmens
    13c
    Oxidationsgas-Einlassanschluss des ersten Rahmens
    13d
    Oxidationsgas-Auslassanschluss des ersten Rahmens
    13e
    Nase
    131
    Seite des ersten Rahmens (13)
    132
    entgegengesetzte Seite des ersten Rahmens (13)
    133
    Seite des ersten Rahmens (13)
    134
    entgegengesetzte Seite des ersten Rahmens (13) zu 133
    14
    zweiter Rahmen
    14a
    Brennstoffgas-Einlassanschluss des zweiten Rahmens
    14b
    Brennstoffgas-Auslassanschluss des zweiten Rahmens
    14c
    Oxidationsgas-Einlassanschluss des zweiten Rahmens
    14d
    Oxidationsgas-Auslassanschluss des zweiten Rahmens
    15
    Elektrodenaufbau
    16
    Elektrolytmembran
    17
    anodenseitige Elektroden-Katalysatorschicht
    18
    kathodenseitige Elektroden-Katalysatorschicht
    19
    anodenseitige Gasdiffusionsschicht
    20
    kathodenseitige Gasdiffusionsschicht
    21
    anodenseitige Gaskanal-Ausbildungselement
    21a
    hexagonale Ringabschnitte
    21b
    Durchgangsöffnung
    22
    kathodenseitige Gaskanal-Ausbildungselement
    22a
    hexagonale Ringabschnitte
    22b
    Durchgangsöffnung
    23
    erster Separator
    23a
    Brennstoffgas-Einlassanschluss des ersten Separators
    23b
    Brennstoffgas-Auslassanschluss des ersten Separators
    23c
    Oxidationsgas-Einlassanschluss des ersten Separators
    23d
    Oxidationsgas-Auslassanschluss des ersten Separators
    23e
    zweite Vorsprünge des ersten Separators
    24
    zweiter Separator
    24a
    Brennstoffgas-Einlassanschluss des zweiten Separators
    24b
    Brennstoffgas-Auslassanschluss des zweiten Separators
    24c
    Oxidationsgas-Einlassanschluss des zweiten Separators
    24d
    Oxidationsgas-Auslassanschluss des zweiten Separators
    24e
    zweite Vorsprünge des zweiten Separators
    25
    flache Platte
    25a
    bandartiger flacher Plattenabschnitt
    25b
    Abschnitt der flachen Platte
    25c
    Abschnitt der flachen Platte
    26
    erste Vorsprünge der flachen Platte
    261
    flache tischartige erste Vorsprünge
    27
    zweite Vorsprünge der flachen Platte
    28
    Wasserkanal
    28a
    bandartiger Wasserkanalabschnitt
    28b
    Wasskanal-Bypass
    29
    Verbindungsloch
    30
    Wasserableitungs-Unterstützungselement
    31
    erste erhabene Abschnitte
    31a
    flacher Oberflächenabschnitt
    31b
    steifenartiger Ansatz
    32
    zweite erhabene Abschnitte
    32a
    flache Oberflächenabschnitte
    35
    Wasserableitungslöcher
    36
    Verbindungskanal
    37
    Wasserableitungsanschluss
    38
    Einschnürung
    41
    Einschnürung
    51
    Kohlenstoffpartikel
    52
    Katalysatorpartikel
    71
    luftelektrodenseitiger Kollektor
    71a
    unterer Abschnitt des Kollektors
    71b
    oberer Abschnitt des Kollektors
    71c
    gitterartige Öffnungen
    72
    brennstoffelektrodenseitiger Kollektor
    73
    Separatorgrundplatte
    74
    Festelektrolytmembran
    75
    luftelektrodenseitiger Diffusionsschicht
    81
    Gasdiffusionsschicht
    82
    Wasserableitungsschicht
    83
    Gaszuführkanal
    84
    Oberfläche der Wasserableitungsschicht (82)
    85
    Wasserableitungskanal

Claims (29)

  1. Brennstoffzelle, welche aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht (17), die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18), die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement (21), das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht (17) aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal (T1) zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist; ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement (22), das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht (18) aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal (T2) zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist; einen ersten Separator (23), der an dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) angeordnet ist; einen zweiten Separator (24), der auf eine Oberfläche des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) aufgelegt ist; einen Einführungskanal (M1) und einen Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas; und einen Einführungskanal (R1) und einen Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas; wobei die Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Gaskanal-Ausbildungselement (22) ausgestaltet ist durch eine flache Platte (25), eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte (25) ausgebildeten ersten Vorsprüngen (26) zum Ausbilden des zweiten Gaskanals (T2) und eine Mehrzahl von auf der flachen Platte (25) ausgebildeten zweiten Vorsprüngen (27) zum Ausbilden des Wasserkanals (28), und die ersten Vorsprünge (26) und die zweiten Vorsprünge (27) an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements (22) ausgebildet sind, ein Wasserkanal (28) zwischen einer Oberfläche der flachen Platte (25) des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) und einer dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) entsprechenden Rückseite des zweiten Separators (24) ausgebildet ist, der Wasserkanal (28) und der zweite Gaskanal (T2) an den gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements (22) geformt sind und durch ein Verbindungsloch (29) miteinander kommunizieren, das durch jeden der ersten Vorsprünge (26) hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) geformt sind, der Wasserkanal (28) eine Tiefe besitzt, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des zweiten Gaskanals (T2) eingestellt ist, und Wasser (W), das mittels Kapillarwirkung aus dem zweiten Gaskanal (T2) über die Verbindungslöcher (29) in den Wasserkanal (28) gezogen wird, durch den Druck aufgrund des in dem zweiten Gaskanal (T2) strömenden Oxidationsgases zum Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas hin abgeleitet wird.
  2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wasserkanal (28) durchgängig entlang der gesamten Länge von einem Ende des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) auf einer dem Einführungskanal (R1) für das Oxidationsgas entsprechenden Seite zu einem Ende des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) auf einer anderen, dem Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas entsprechenden Seite erstreckt.
  3. Brennstoffzelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem porösen Körper mit kontinuierlichen Poren gebildetes Wasserableitungs-Unterstützungselement (30) in einem Abschnitt des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) aufgenommen ist, in dem der Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas und der Wasserkanal (28) zusammengeführt sind, und eine der nachfolgenden Konfigurationen gewählt ist: eine Konfiguration, bei welcher der durchschnittliche Porendurchmesser der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes (30) auf einen kleineren Wert als die Tiefe des Wasserkanals (28) eingestellt ist; eine Konfiguration, bei der die Benetzbarkeit der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes (30) auf einen höheren Wert als die Benetzbarkeit des Wasserkanals (28) eingestellt ist; und eine Konfiguration, bei der die Wasseranlagerungsneigung der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes (30) auf einen größeren Wert als die Wasseranlagerungsneigung des Wasserkanals (28) eingestellt ist.
  4. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gaskanal-Ausbildungselement (22) gebildet ist durch die flache Platte (25), erste Vorsprünge (26), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind, um den zweiten Gaskanal (T2) auszubilden, und zweite Vorsprünge (27), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind, um den Wasserkanal (28) auszubilden, die ersten Vorsprünge (26) durch Stanzen und Aufspreizen auf die zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18) hin derart geformt sind, dass die ersten Vorsprünge (26) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, die zweiten Vorsprünge (27) auf den zweiten Separator (24) hin vorstehen und durch Extrudieren derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge (27) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, und die Verbindungslöcher (29) Löcher sind, die in der flachen Platte (25) durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge (26) ausgebildet sind.
  5. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) wie Brücken geformt sind, die Verbindungslöcher (29) jeweils derart ausgebildet sind, dass sie sich durch den entsprechenden ersten Vorsprung (26) in einer zu einer Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) erstrecken und Öffnungen an zwei Positionen aufweisen, bei denen es sich bei Betrachtung in der Gasströmungsrichtung (P) um ein linkes Ende und ein rechtes Ende des ersten Vorsprungs (26) handelt, jedes Paar der ersten Vorsprünge (26) in der zu der Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) benachbart zueinander liegen, und in dem Paar der ersten Vorsprünge (26) der erste, in der Gasströmungsrichtung (P) stromaufwärts befindliche Vorsprung (26) ein stromabwärtiges Ende aufweist, das zu einem stromaufwärtigen, in der Gasströmungsrichtung (P) stromabwärts befindlichen Ende des ersten Vorsprungs (26) benachbart ist, und die zweiten Vorsprünge (27) von einer stromabwärtigen Seite der Gasströmungsrichtung (P) aus benachbart zu den entsprechenden ersten Vorsprüngen (26) angeordnet sind.
  6. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) und die zweiten Vorsprünge (27) alternierend in der zu der Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) angeordnet sind und eine Mehrzahl von zeilenartigen Vorsprungsgruppen bilden, die Vorsprungsgruppen zueinander parallel und in der Gasströmungsrichtung (P) in vorgegebenen Abständen (D) voneinander beabstandet angeordnet sind, ein bandartiger flacher Plattenabschnitt (25a) zwischen jedem benachbarten Paar der Zeilen der Vorsprungsgruppen ausgebildet ist, wobei der Wasserkanal (28) zwischen den flachen Plattenabschnitten (25a) und dem zweiten Separator (22) ausgebildet ist, und die Verbindungslöcher (29) jeweils derart ausgebildet sind, dass sie in dem entsprechenden ersten Vorsprung (26) eine Öffnung aufweisen, die in der Gasströmungsrichtung (P) stromaufwärts weist.
  7. Brennstoffzelle, welche aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht (17), die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18), die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement (21), das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht (17) aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal (T1) zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist; ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement (22), das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht (18) aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal (T2) zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist; einen ersten Separator (23), der an dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) angeordnet ist; einen zweiten Separator (24), der auf eine Oberfläche des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) aufgelegt ist; einen Einführungskanal (M1) und einen Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas; und einen Einführungskanal (R1) und einen Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas; wobei die Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Gaskanal-Ausbildungselement (22) ausgestaltet ist durch eine flache Platte (25), eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte (25) ausgebildeten ersten Vorsprüngen (26) zum Ausbilden des zweiten Gaskanals (T2), ein Wasserkanal (28) zwischen einer Oberfläche der flachen Platte (25) des zweiten Gaskanal-Ausbildungselementes (22) und einer dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) entsprechenden Rückseite des zweiten Separators (24) ausgebildet ist, der Wasserkanal (28) und der zweite Gaskanal (T2) an den gegenüberliegenden Seiten des zweiten Gaskanal-Ausbildungselements (22) geformt sind und durch ein Verbindungsloch (29) miteinander kommunizieren, das durch jeden der ersten Vorsprünge (26) hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) geformt sind, der Wasserkanal (28) eine Tiefe besitzt, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des zweiten Gaskanals (T2) eingestellt ist, und Wasser (W), das mittels Kapillarwirkung aus dem zweiten Gaskanal (T2) über die Verbindungslöcher (29) in den Wasserkanal (28) gezogen wird, durch den Druck aufgrund des in dem zweiten Gaskanal (T2) strömenden Oxidationsgases zum Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas hin abgeleitet wird, die ersten Vorsprünge (26) durch Stanzen und Aufspreizen auf die zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18) hin derart ausgebildet sind, dass die ersten Vorsprünge (26) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, der zweite Separator (24) zweite Vorsprünge (24e) aufweist, die auf die flache Platte (25) hin vorstehen, um den Wasserkanal (28) zwischen dem zweiten Separator (24) und der flachen Platte (25) auszubilden, die zweiten Vorsprünge (24e) durch Extrudieren derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge (24e) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen an dem zweiten Separator (24) angeordnet sind, und die Verbindungslöcher (29) Löcher sind, die in der flachen Platte (25) durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge (26) ausgebildet sind.
  8. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) jeweils in einer halbzylindrischen Form derart ausgebildet sind, dass das entsprechende Verbindungsloch (29) bei Betrachtung in einer zu einer Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) eine Halbkreisform besitzt.
  9. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) zwei Typen umfassen, bei denen es sich um halbzylindrische Vorsprünge (26) und flache tischartige Vorsprünge (261) handelt, die zwei Typen von Vorsprüngen (26, 261) alternierend und separat voneinander angeordnet sind, eine Oberfläche jedes der flachen tischartigen Vorsprünge (261), die in Anlage gegen die zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18) gehalten sind, eine flache Oberfläche ist, und eine Oberfläche jedes der halbzylindrischen Vorsprünge (26), die in Anlage gegen die zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18) gehalten sind, eine bogenförmige Oberfläche ist.
  10. Brennstoffzelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gaskanal-Ausbildungselement (22) gebildet ist durch die flache Platte (25), erste erhabene Abschnitte (31), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des Wasserkanals (28) und des zweiten Gaskanals (T2) dienen, und zweite erhabene Abschnitte (32), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des zweiten Gaskanals (T2) dienen, die ersten erhabenen Abschnitte (31) durch Extrudieren auf die zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18) hin derart geformt sind, dass die ersten erhabenen Abschnitte (31) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, die zweiten Vorsprünge (27) durch Extrudieren auf den zweiten Separator (24) hin derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge (27) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, die ersten erhabenen Abschnitte (31) und die zweiten erhabenen Abschnitte (32) alternierend in vorgegebenen Steigungen in einer zu einer Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) ausgebildet sind und dadurch Gruppen von erhabenen Abschnitten (31, 32) bilden, die sich in der zu der Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) erstrecken, die Verbindungslöcher (29) jeweils durch das Stanzen und Aufspreizen des entsprechenden Paares der erhabenen Abschnitte (31, 32) ausgebildet sind, die in der Gasströmungsrichtung (P) zueinander benachbart sind, ein flacher Oberflächenabschnitt (31a, 32a) auf dem Oberteil jedes der ersten und zweiten erhabenen Abschnitte (31, 32) ausgebildet ist, und von den flachen Oberflächenabschnitten (31a, 32a) der flache Oberflächenabschnitt jedes dem zweiten Separator (24) entsprechenden ersten erhabenen Abschnitts (31) einen Ansatz aufweist, der an dem zweiten Separator (24) anliegt, um den Wasserkanal (28) zwischen dem flachen Oberflächenabschnitt und dem zweiten Separator (24) auszubilden.
  11. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) oder die ersten erhabenen Abschnitte (31) derart fluchtend angeordnet sind, dass der zweite Gaskanal (T2) zwei Typen umfasst, bei denen es sich um gerade Kanalabschnitte (T2s) und serpentinenförmige Kanalabschnitte (T2d) handelt.
  12. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserkanal (28) ähnlich dem besagten Wasserkanal (28) zwischen dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) und dem ersten Separator (24) ausgebildet ist, wobei das erste Gaskanal-Ausbildungselement (21) auf die gleiche Weise wie das zweite Gaskanal-Ausbildungselement (22) gebildet ist.
  13. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Wasserkanals (28) in dem Bereich von 10 bis 50 µm eingestellt ist, und der erste Gaskanal (T1) oder der zweite Gaskanal (T2) eine auf 30 bis 1000 µm eingestellte Tiefe besitzt.
  14. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine stromabwärtige Öffnung des Wasserkanals (28) bis zu einer Position weitergeführt ist, die einem Gasabführungskanal (M2, R2) entspricht, und eine Einschnürung (41) in dem der Öffnung entsprechenden Abschnitt des Abführungskanals (M2, R2) derart ausgebildet ist, dass sie die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases erhöht.
  15. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaskanal (T1, T2) in der flachen Platte (25) des Gaskanal-Ausbildungselementes (21, 22) und dem Separator (23, 24) derart ausgebildet ist, dass der Gaskanal (T1, T2) einer stromabwärtigen Seite des Wasserkanals (28) entspricht und sich durch die flache Platte (25) und den Separator (23, 24) erstreckt, wobei es sich bei dem Gaskanal (T1, T2) um eine Einschnürung zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases handelt.
  16. Brennstoffzelle, welche aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht (17), die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18), die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement (21), das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht (17) aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal (T1) zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist; ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement (22), das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht (18) aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal (T2) zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist; einen ersten Separator (23), der auf eine Oberfläche des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) aufgelegt ist; einen zweiten Separator (24), der an dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) angeordnet ist; einen Einführungskanal (M1) und einen Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas; und einen Einführungskanal (R1) und einen Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas, wobei die Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Gaskanal-Ausbildungselement (21) ausgestaltet ist durch eine flache Platte (25), eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte (25) ausgebildeten ersten Vorsprüngen (26) zum Ausbilden des ersten Gaskanals (T1) und eine Mehrzahl von auf der flachen Platte (25) ausgebildeten zweiten Vorsprüngen (27) zum Ausbilden des Wasserkanals (28), und die ersten Vorsprünge (26) und die zweiten Vorsprünge (27) an gegenüberliegenden Seiten des ersten Gaskanal-Ausbildungselements (21) ausgebildet sind, ein Wasserkanal (28) zwischen einer Oberfläche der flachen Platte (25) des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) und einer dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) entsprechenden Rückseite des ersten Separators (23) ausgebildet ist, der Wasserkanal (28) und der erste Gaskanal (T1) an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Gaskanal-Ausbildungselements (21) geformt sind und durch ein Verbindungsloch (29) miteinander kommunizieren, das durch jeden der ersten Vorsprünge (26) hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) geformt sind, der Wasserkanal (28) eine Tiefe besitzt, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des ersten Gaskanals (T1) eingestellt ist, und Wasser (W), das mittels Kapillarwirkung aus dem ersten Gaskanal (T1) über die Verbindungslöcher (29) in den Wasserkanal (28) gezogen wird, durch den Druck aufgrund des in dem ersten Gaskanal (T1) strömenden Brennstoffgases zum Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas hin abgeleitet wird.
  17. Brennstoffzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wasserkanal (28) durchgängig über den gesamten Bereich von einem Ende des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) auf der dem Einführungskanal (M1) für das Brennstoffgas entsprechenden Seite zu einem Ende des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) auf der dem Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas entsprechenden Seite erstreckt.
  18. Brennstoffzelle nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem porösen Körper mit kontinuierlichen Poren ausgebildetes Wasserableitungs-Unterstützungselement (30) in einem Abschnitt des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) aufgenommen ist, in dem der Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas und der Wasserkanal (28) zusammengeführt sind, und eine der folgenden Konfigurationen gewählt ist: eine Konfiguration, bei welcher der durchschnittliche Porendurchmesser der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes (30) auf einen kleineren Wert als die Tiefe des Wasserkanals (28) eingestellt ist; eine Konfiguration, bei der die Benetzbarkeit der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes (30) auf einen höheren Wert als die Benetzbarkeit des Wasserkanals (28) eingestellt ist; und eine Konfiguration, bei der die Wasseranlagerungsneigung der kontinuierlichen Poren des Wasserableitungs-Unterstützungselementes (30) auf einen größeren Wert als die Wasseranlagerungsneigung des Wasserkanals (28) eingestellt ist.
  19. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gaskanal-Ausbildungselement (21) gebildet ist durch die flache Platte (25), erste Vorsprünge (26), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind, um den ersten Gaskanal (T1) auszubilden, und zweite Vorsprünge (27), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind, um den Wasserkanal (28) auszubilden, die ersten Vorsprünge (26) durch Stanzen und Aufspreizen auf die erste Elektroden-Katalysatorschicht (17) hin derart ausgebildet sind, dass die ersten Vorsprünge (26) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, die zweiten Vorsprünge (27) auf den ersten Separator (23) hin vorstehen und durch Extrudieren derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge (27) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, und die Verbindungslöcher (29) Löcher sind, die in der flachen Platte (25) durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge (26) ausgebildet sind.
  20. Brennstoffzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) wie Brücken geformt sind, die Verbindungslöcher (28) jeweils derart ausgebildet sind, dass sie sich durch den entsprechenden ersten Vorsprung (26) in einer zu einer Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) erstrecken und Öffnungen an zwei Positionen aufweisen, bei denen es sich bei Betrachtung in der Gasströmungsrichtung (P) um ein linkes Ende und ein rechtes Ende des ersten Vorsprungs (26) handelt, jedes Paar der ersten Vorsprünge (26) in der zu der Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) zueinander benachbart ist, und in dem Paar der ersten Vorsprünge (26) der in der Gasströmungsrichtung (P) stromaufwärts befindliche erste Vorsprung (26) ein stromabwärtiges Ende aufweist, das zu einem in der Gasströmungsrichtung (P) stromabwärts befindlichen stromaufwärtigen Ende des ersten Vorsprungs (26) benachbart ist, und die zweiten Vorsprünge (27) von einer stromabwärtigen Seite der Gasströmungsrichtung (P) aus benachbart zu den entsprechenden ersten Vorsprüngen (26) angeordnet sind.
  21. Brennstoffzelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) und die zweiten Vorsprünge (27) alternierend in der zu der Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) angeordnet sind und eine Mehrzahl von zeilenartigen Vorsprungsgruppen bilden, die Vorsprungsgruppen parallel zueinander angeordnet und in vorgegebenen Abständen (E) in der Gasströmungsrichtung (P) beabstandet sind, ein bandartiger flacher Plattenabschnitt (25a) zwischen jedem benachbarten Paar der Zeilen der Vorsprungsgruppen ausgebildet ist, wobei der Wasserkanal (28) zwischen den flachen Plattenabschnitten (25a) und dem ersten Separator (23) ausgebildet ist, und die Verbindungslöcher (29) jeweils derart ausgebildet sind, dass sie eine Öffnung aufweisen, die in der Gasströmungsrichtung (P) in dem entsprechenden ersten Vorsprung (26) stromaufwärts weist.
  22. Brennstoffzelle, welche aufweist: eine erste Elektroden-Katalysatorschicht (17), die auf eine anodenseitige Oberfläche einer Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; eine zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18), die auf eine kathodenseitige Oberfläche der Elektrolytmembran (16) aufgelegt ist; ein erstes Gaskanal-Ausbildungselement (21), das auf eine Oberfläche der ersten Elektroden-Katalysatorschicht (17) aufgelegt ist und einen ersten Gaskanal (T1) zum Zuführen von Brennstoffgas aufweist; ein zweites Gaskanal-Ausbildungselement (22), das auf eine Oberfläche der zweiten Elektroden-Katalysatorschicht (18) aufgelegt ist und einen zweiten Gaskanal (T2) zum Zuführen von Oxidationsgas aufweist; einen ersten Separator (23), der auf eine Oberfläche des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) aufgelegt ist; einen zweiten Separator (24), der an dem zweiten Gaskanal-Ausbildungselement (22) angeordnet ist; einen Einführungskanal (M1) und einen Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas; und einen Einführungskanal (R1) und einen Abführungskanal (R2) für das Oxidationsgas, wobei die Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Gaskanal-Ausbildungselement (21) ausgestaltet ist durch eine flache Platte (25), eine Mehrzahl von einstückig auf der flachen Platte (25) ausgebildeten ersten Vorsprüngen (26) zum Ausbilden des ersten Gaskanals (T1), ein Wasserkanal (28) zwischen einer Oberfläche der flachen Platte (25) des ersten Gaskanal-Ausbildungselementes (21) und einer dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) entsprechenden Rückseite des ersten Separators (23) ausgebildet ist, der Wasserkanal (28) und der erste Gaskanal (T1) an den gegenüberliegenden Seiten des ersten Gaskanal-Ausbildungselements (21) geformt sind und durch ein Verbindungsloch (29) miteinander kommunizieren, das durch jeden der ersten Vorsprünge (26) hindurch ausgebildet ist, die durch Stanzen und Aufspreizen in dem ersten Gaskanal-Ausbildungselement (21) geformt sind, der Wasserkanal (28) eine Tiefe besitzt, die auf einen kleineren Wert als die Tiefe des ersten Gaskanals (T1) eingestellt ist, und Wasser (W), das mittels Kapillarwirkung aus dem ersten Gaskanal (T1) über die Verbindungslöcher (29) in den Wasserkanal (28) gezogen wird, durch den Druck aufgrund des in dem ersten Gaskanal (T1) strömenden Brennstoffgases zum Abführungskanal (M2) für das Brennstoffgas hin abgeleitet wird. die ersten Vorsprünge (26) durch Stanzen und Aufspreizen auf die erste Elektroden-Katalysatorschicht (17) hin derart geformt sind, dass die ersten Vorsprünge (26) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, der erste Separator zweite Vorsprünge aufweist, die durch Extrudieren derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge auf die flache Platte hin vorstehen und separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem ersten Separator angeordnet sind, und die Verbindungslöcher (29) Löcher sind, die in der flachen Platte (25) durch das Stanzen und Aufspreizen der ersten Vorsprünge (26) ausgebildet sind.
  23. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 19 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) jeweils in einer halbzylindrischen Form derart ausgebildet sind, dass das entsprechende Verbindungsloch (29) bei Betrachtung in einer zu einer Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) eine Halbkreisform besitzt.
  24. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) zwei Typen umfassen, bei denen es sich um halbzylindrische Vorsprünge (26) und flache, tischartige Vorsprünge (261) handelt, wobei die zwei Typen von Vorsprüngen (26, 261) alternierend und separat voneinander angeordnet sind, eine in Anlage gegen die zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18) gehaltene Oberfläche jedes der flachen, tischartigen Vorsprünge (261) eine flache Oberfläche ist, und eine Oberfläche jedes der in Anlage gegen die zweite Elektroden-Katalysatorschicht (18) gehaltenen halbzylindrischen Vorsprünge (26) eine bogenförmige Oberfläche ist.
  25. Brennstoffzelle gemäß den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gaskanal-Ausbildungselement (21) gebildet ist durch die flache Platte (25), erste erhabene Abschnitte (31), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des Wasserkanals (28) und des ersten Gaskanals (T1) dienen, und zweite erhabene Abschnitte (32), die auf der flachen Platte (25) ausgebildet sind und als die Vorsprünge zum Ausbilden des zweiten Gaskanals (T2) dienen, die ersten erhabenen Abschnitte (31) durch Extrudieren auf die erste Elektroden-Katalysatorschicht (17) hin derart geformt sind, dass die ersten erhabenen Abschnitte (31) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, die zweiten Vorsprünge (27) durch Extrudieren auf den ersten Separator (23) hin derart geformt sind, dass die zweiten Vorsprünge (27) separat voneinander in einer Mehrzahl von Positionen auf dem Material der flachen Platte (25) angeordnet sind, die ersten erhabenen Abschnitte (31) und die zweiten erhabenen Abschnitte (32) alternierend in vorgegebenen Steigungen in einer zu einer Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) ausgebildet sind, wodurch Gruppen von erhabenen Abschnitten gebildet werden, die sich in einer zur Gasströmungsrichtung (P) senkrechten Richtung (Q) erstrecken, die Verbindungslöcher (29) jeweils durch das Stanzen und Aufspreizen des entsprechenden Paares der erhabenen Abschnitte (31, 32) ausgebildet sind, die in der Gasströmungsrichtung (P) zueinander benachbart sind, ein flacher Oberflächenabschnitt (31a, 32a) auf dem Oberteil jedes der ersten und zweiten erhabenen Abschnitte (31, 32) ausgebildet ist, und von den flachen Oberflächenabschnitten (31a, 32a) der flache Oberflächenabschnitt jedes dem ersten Separator (23) entsprechenden ersten erhabenen Abschnitts (31) einen Ansatz aufweist, der gegen den ersten Separator (23) anliegt, um den Wasserkanal (28) zwischen dem flachen Oberflächenabschnitt und dem ersten Separator (23) auszubilden.
  26. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vorsprünge (26) oder die ersten erhabenen Abschnitte (31) derart fluchtend angeordnet sind, dass der zweite Gaskanal (T2) zwei Typen umfasst, bei denen es sich um gerade Kanalabschnitte (T2s) und serpentinenförmige Kanalabschnitte (T2d) handelt.
  27. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Wasserkanals (28) in dem Bereich von 10 bis 50 µm eingestellt ist, und die Tiefe des ersten Gaskanals (T1) auf 30 bis 1000 µm eingestellt ist.
  28. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine stromabwärtige Öffnung des Wasserkanals (28) bis zu einer Position weitergeführt ist, die einem Gasabführungskanal (M2, R2) entspricht, wobei die der Öffnung entsprechende Querschnittsfläche des Abführungskanals (M2, R2) auf einen derart kleinen Wert eingestellt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases zunimmt.
  29. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserableitungskanal (85) in der flachen Platte (25) des Gaskanal-Ausbildungselementes (21, 22) und dem Separator (23, 24) ausgebildet ist und sich in einer zu der flachen Platte (25) und dem Separator (23, 24) senkrechten Richtung erstreckt, wobei die Querschnittsfläche des Wasserableitungskanals (85) auf einen derart kleinen Wert eingestellt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases zunimmt.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5560728B2 (ja) * 2010-01-19 2014-07-30 トヨタ車体株式会社 燃料電池
JP5648293B2 (ja) * 2010-02-12 2015-01-07 トヨタ車体株式会社 燃料電池
JP5678276B2 (ja) * 2011-04-18 2015-02-25 トヨタ車体株式会社 燃料電池
EP2826092B1 (de) * 2012-03-15 2015-10-28 Nissan Motor Co., Ltd. Brennstoffzelle
EP2876715B1 (de) * 2012-07-17 2020-05-06 Toyota Shatai Kabushiki Kaisya Brennstoffzelle
JP6079304B2 (ja) * 2013-02-28 2017-02-15 トヨタ車体株式会社 燃料電池のガス流路形成体及び燃料電池
KR20150142797A (ko) * 2014-06-11 2015-12-23 현대자동차주식회사 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 셀
DE102015100704B3 (de) * 2015-01-19 2015-11-05 Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH Kathodenplatte eines Bipolarelements und Verfahren zum Betreiben einer solchen Kathodenplatte
DE102015226125A1 (de) * 2015-12-21 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellenvorrichtung
JP6696279B2 (ja) * 2016-04-12 2020-05-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
EP3240079B1 (de) * 2016-04-27 2018-12-19 Toyota Shatai Kabushiki Kaisha Gaskanalformungsplatte für brennstoffzelle und brennstoffzellenstapel
JP6440101B2 (ja) 2016-05-13 2018-12-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール
JP2019067695A (ja) * 2017-10-04 2019-04-25 トヨタ車体株式会社 燃料電池用ガス流路形成板および燃料電池スタック
JP6897471B2 (ja) * 2017-10-04 2021-06-30 トヨタ車体株式会社 燃料電池用ガス流路形成板および燃料電池スタック
DE102018202561A1 (de) 2018-02-20 2019-08-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Strömungsfeld einer Brennstoffzelle
JP7095549B2 (ja) * 2018-10-18 2022-07-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータ及びその製造方法、燃料電池用セパレータの製造装置
JP6867424B2 (ja) * 2019-02-19 2021-04-28 本田技研工業株式会社 燃料電池の製造方法、及び燃料電池
DE102019203373A1 (de) 2019-03-13 2020-09-17 Robert Bosch Gmbh Gasdiffusionslage für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle
CN111785987A (zh) * 2020-07-29 2020-10-16 杭州祥博传热科技股份有限公司 双极板用流场式散热装置
KR20220046199A (ko) 2020-10-07 2022-04-14 현대자동차주식회사 연료전지 셀
JP7310786B2 (ja) * 2020-11-20 2023-07-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
CN112928297A (zh) * 2021-01-25 2021-06-08 中国第一汽车股份有限公司 燃料电池流场板
DE102021210493A1 (de) 2021-09-21 2023-03-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzelleneinheit

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69022244T2 (de) 1989-11-24 1996-04-18 Int Fuel Cells Corp Stromkollektor für brennstoffzellen.
US6492045B1 (en) 2001-06-26 2002-12-10 Fuelcell Energy, Inc. Corrugated current collector for direct internal reforming fuel cells
JP2005158670A (ja) 2003-10-27 2005-06-16 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US20050214626A1 (en) 2004-03-23 2005-09-29 Nissan Motor Co., Ltd. Solid polymer fuel cell
JP2007027055A (ja) 2005-07-21 2007-02-01 Equos Research Co Ltd 燃料電池及び燃料電池システム
JP2007087768A (ja) 2005-09-22 2007-04-05 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池用セパレータ
JP2007294339A (ja) 2006-04-27 2007-11-08 Toyota Motor Corp 燃料電池、および、燃料電池システム
WO2008050215A1 (en) 2006-10-25 2008-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas diffusion layer in a fuel cell

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4396689A (en) * 1981-06-01 1983-08-02 Exxon Research And Engineering Co. Separator-spacer for electrochemical systems
US4649091A (en) * 1982-06-23 1987-03-10 United Technologies Corporation Fuel cell battery with improved membrane cooling
JPH0810600B2 (ja) * 1986-09-30 1996-01-31 株式会社日立製作所 積層形燃料電池用セパレータ
JP3487884B2 (ja) * 1993-11-30 2004-01-19 株式会社東芝 溶融炭酸塩型積層型燃料電池
JPH08138692A (ja) 1994-11-04 1996-05-31 Toyota Motor Corp 燃料電池
JPH08138701A (ja) * 1994-11-15 1996-05-31 Toshiba Corp 溶融炭酸塩型燃料電池
DE19735854C2 (de) * 1997-08-19 2002-08-01 Daimler Chrysler Ag Stromkollektor für eine Brennstoffzelle und Verfahren zu seiner Herstellung
US5998058A (en) 1998-04-29 1999-12-07 International Fuel Cells Corporation Porous support layer for an electrochemical cell
TWI247873B (en) 2002-08-21 2006-01-21 Samsung Electronics Co Ltd Flat heat transferring device and method of fabricating the same
JP2006269160A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池
JP4445934B2 (ja) 2006-02-10 2010-04-07 トヨタ車体株式会社 燃料電池用ガス拡散層の成形方法
JP4876802B2 (ja) 2006-09-07 2012-02-15 トヨタ車体株式会社 網目状貫通孔成形装置
US7871733B2 (en) * 2006-12-04 2011-01-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cells having a water guide element
JP5023742B2 (ja) 2007-03-07 2012-09-12 トヨタ車体株式会社 固体高分子型燃料電池
JP5077537B2 (ja) 2007-05-16 2012-11-21 トヨタ車体株式会社 燃料電池用セパレータおよび同燃料電池用セパレータを構成するガス拡散部材の成形方法
JP4924829B2 (ja) 2007-07-10 2012-04-25 トヨタ車体株式会社 燃料電池用セパレータ
JP2009064688A (ja) 2007-09-07 2009-03-26 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池用セパレータおよび同セパレータを構成するコレクタの成形方法
JP5109622B2 (ja) 2007-11-28 2012-12-26 トヨタ車体株式会社 燃料電池用ガス拡散層の成形装置および成形方法
JP4375480B2 (ja) * 2007-12-25 2009-12-02 アイシン精機株式会社 固体高分子型燃料電池
JP5239406B2 (ja) 2008-03-05 2013-07-17 トヨタ車体株式会社 燃料電池用ガス拡散層の成形装置および成形方法
JP5169722B2 (ja) 2008-10-20 2013-03-27 トヨタ車体株式会社 燃料電池の発電セルに用いるガス流路形成部材及びその製造方法並びに成形装置
JP5298758B2 (ja) 2008-10-20 2013-09-25 トヨタ車体株式会社 燃料電池の発電セルに用いるガス流路形成部材及びその製造方法
JP5429467B2 (ja) 2008-08-27 2014-02-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2010135268A (ja) 2008-12-08 2010-06-17 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池の発電セル
JP2011048980A (ja) 2009-08-26 2011-03-10 Toyota Motor Corp 燃料電池のガス流路メタルプレート
JP5560728B2 (ja) 2010-01-19 2014-07-30 トヨタ車体株式会社 燃料電池
JP5648293B2 (ja) 2010-02-12 2015-01-07 トヨタ車体株式会社 燃料電池
JP5678276B2 (ja) 2011-04-18 2015-02-25 トヨタ車体株式会社 燃料電池

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69022244T2 (de) 1989-11-24 1996-04-18 Int Fuel Cells Corp Stromkollektor für brennstoffzellen.
US6492045B1 (en) 2001-06-26 2002-12-10 Fuelcell Energy, Inc. Corrugated current collector for direct internal reforming fuel cells
JP2005158670A (ja) 2003-10-27 2005-06-16 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US20050214626A1 (en) 2004-03-23 2005-09-29 Nissan Motor Co., Ltd. Solid polymer fuel cell
JP2007027055A (ja) 2005-07-21 2007-02-01 Equos Research Co Ltd 燃料電池及び燃料電池システム
JP2007087768A (ja) 2005-09-22 2007-04-05 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池用セパレータ
JP2007294339A (ja) 2006-04-27 2007-11-08 Toyota Motor Corp 燃料電池、および、燃料電池システム
WO2008050215A1 (en) 2006-10-25 2008-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Gas diffusion layer in a fuel cell

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US9160020B2 (en) 2015-10-13
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WO2010113252A1 (ja) 2010-10-07
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WO2010113534A1 (ja) 2010-10-07
CN102598379B (zh) 2015-08-05

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