DE19523317A1 - Brennstoffzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle mit einem Trockenelektrolyt, der Ionenleitfähigkeit hat. Die Erfindung wird beispielsweise bei einer Polymerfilm-Brenn­ stoffzelle angewandt.

Der Stand der Technik wird unter Bezugnahme auf eine Poly­ merfilm-Brennstoffzelle beschrieben, in der Wasserstoff als Brennstoff benutzt wird. Die Fig. 16 veranschaulicht das Prinzip einer herkömmlichen Polymerfilm-Brennstoffzelle. Gemäß der Darstellung in Fig. 16 enthält die herkömmliche Polymerfilm-Brennstoffzelle einen Polymerfilm 100, der Io­ nenleitfähigkeit zeigt und der als Trockenelektrolyt wirkt, eine auf eine der einander gegenüberliegenden Oberflächen des Polymerfilms 100 aufgeschichtete Brennstoffelektrode 102 und eine auf die andere Oberfläche des Polymerfilms 100 aufgeschichtete Sauerstoffelektrode 104. Diese Brennstoff­ zelle erzeugt Elektrizität nach folgendem Prinzip: Der Brennstoffelektrode 102 wird Wasserstoff zugeführt. Der Wasserstoff ist ein Brennstoff, der als aktives Negativ­ elektrodenmaterial wirkt. Der Sauerstoffelektrode 104 wird Sauerstoff zugeführt. Der Sauerstoff wirkt als aktives Po­ sitivelektrodenmaterial. An der Brennstoffelektrode 102 tritt eine Reaktion, z. B. H₂ → 2H⁺ + 2e⁻ auf. Die durch diese Reaktion entstehenden Wasserstoffionen H⁺ treten durch den Polymerfilm 100 hindurch und gelangen zu der Sau­ erstoffelektrode 104. Die durch die Reaktion entstehenden Elektronen e⁻ gelangen über einen Leiter 106 zu der Sauer­ stoffelektrode 104. Infolgedessen entsteht an der Sauer­ stoffelektrode 104 eine z. B. 2H⁺ + (1/2)O₂ + 2e⁻ → H₂O₂. Auf diese Weise wirkt diese Brennstoffzelle als Batteriezelle, da sie zum Erzeugen von elektrischem Strom die Elektronen e⁻ erzeugt.

Die herkömmliche Polymerfilm-Brennstoffzelle bildet unab­ hängige Zellen einer tatsächlichen Brennstoffzellenbatte­ rie, erzeugt aber eine niedrige Ausgangsspannung. Daher werden bei der tatsächlichen Anwendung zum Erzeugen einer hohen Ausgangsspannung Polymerfilm-Brennstoffzellen in einer großen Anzahl von beispielsweise ungefähr 500 aufge­ schichtet und elektrisch in Reihe geschaltet. Je mehr Poly­ merfilm-Brennstoffzellen jedoch aufgeschichtet werden, umso größer und schwerer wird die tatsächliche Brennstoffzellen­ batterie. Darüberhinaus werden gleichermaßen in der tat­ sächlichen Brennstoffzellenbatterie die Einrichtung zum Zu­ führen von Wasserstoff, die Einrichtung zum Zuführen von Sauerstoff, die Abdichtung usw. kompliziert. Folglich waren bisher keine Brennstoffzellenbatterien erhältlich, die hin­ sichtlich der Leistungsfähigkeit und dergleichen zufrieden­ stellend waren.

Die Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend be­ schriebenen Gegebenheiten entwickelt und es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle zu schaffen, die auf vor­ teilhafte Weise das Erzeugen einer hohen Ausgangsspannung durch Anwendung eines Systems ermöglicht, bei dem an einer der einander gegenüberliegenden Oberflächen eines blattför­ migen Trockenelektrolyts nebeneinander Brennstoffelektroden angeordnet sind, an der anderen Oberfläche derselben neben­ einander Sauerstoffelektroden angeordnet sind und die Brennstoffelektroden und die Sauerstoffelektroden elek­ trisch in Reihe geschaltet sind.

Ferner soll mit der Erfindung eine Brennstoffzellenbatterie geschaffen werden, die auf vorteilhafte Weise die erwünsch­ te Batterieleistung durch Anwenden eines Systems ermög­ licht, bei dem gleichartige Elektroden einander gegenüber­ gesetzt sind, nämlich die an der Fläche einer der Zellen angeordneten Sauerstoffelektroden den Sauerstoffelektroden einer benachbarten Zelle und die an der Fläche einer der Zellen angeordneten Brennstoffelektroden den Brennstoff­ elektroden einer benachbarten Zelle gegenübergesetzt sind, wodurch die Einrichtungen für das Zuführen von Sauerstoff und Brennstoff vereinfacht sind und eine fehlerhafte elek­ trische Verbindung zwischen verschiedenartigen Elektroden, die an benachbarten Zellen angeordnet sind, d. h. zwischen Sauerstoffelektroden und Brennstoffelektroden selbst dann verhindert wird, wenn ein zwischen benachbarten Zellen an­ gebrachtes Trennelement schadhaft ist.

Weiterhin soll mit der Erfindung eine Brennstoffzelle ge­ schaffen werden, in der auf vorteilhafte Weise der elektri­ sche Kontaktwiderstand zwischen einem Stromsammler und Sau­ erstoffelektroden und/oder Brennstoffelektroden durch An­ wendung eines Systems verringert ist, bei dem ein sich aus einem Kühlmittel ergebender Druck genutzt wird.

Bei verschiedenen nachstehend beschriebenen Ausführungsfor­ men der Erfindung wird ein blattförmiger Trockenelektrolyt mit einander gegenüberliegenden Oberflächen verwendet, der Ionenleitfähigkeit zeigt, wobei an einer der Oberflächen eine Vielzahl von Brennstoffelektroden und an der anderen Oberfläche eine Vielzahl von Sauerstoffelektroden ange­ bracht ist. Dies stellt eines von gemeinsamen Hauptmerkma­ len der Erfindung dar.

Bei einer ersten Ausführungsform ergibt die Erfindung eine Brennstoffzelle gemäß Patentanspruch 1.

Demnach sind erfindungsgemäß die Brennstoffelektroden, die an einer der einander gegenüberliegenden Oberflächen des Trockenelektrolyts angebracht sind, elektrisch mit den Sau­ erstoffelektroden in Reihe geschaltet, die an der anderen Oberfläche des Trockenelektrolyts angebracht sind. Demzu­ folge ist es möglich, auf einem einzelnen blattförmigen Trockenelektrolyt eine Vielzahl von Batteriezellen zu bil­ den. Die auf diese Weise gebildeten Batteriezellen sind miteinander elektrisch in Reihe geschaltet, wodurch die je­ weils an einem blattförmigen Trockenelektrolyt erzeugte Ausgangsspannung erhöht wird. Folglich kann diese Gestal­ tung vorteilhaft zum Bilden einer Brennstoffzelle angewandt werden, die für das Erzeugen einer hohen Ausgangsspannung geeignet ist. Obgleich diese Brennstoffzelle zur Abgabe einer hohen Ausgangsspannung gestaltet ist, ist sie auf zweckdienliche Weise klein bemessen und leicht.

Bei einer zweiten Ausführungsform ergibt die Erfindung eine Brennstoffzellenbatterie gemäß Patentanspruch 2.

Demnach sind bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Sauerstoffelektroden der benachbarten Zellen einander unter Einfassung des Sauerstoffzufuhrkanals zwischen diesen gegenübergesetzt und die Brennstoffelektroden der benach­ barten Zellen sind einander unter Einfassung des Brenn­ stoffzufuhrkanals zwischen diesen gegenübergesetzt. Demzu­ folge ermöglicht diese Anordnung auf vorteilhafte Weise eine Verringerung der Dicke der Brennstoffzellenbatterie und zugleich eine zuverlässige Ausbildung des Sauerstoffzu­ fuhrkanals und des Brennstoffzufuhrkanals in einer er­ wünschten Dicke. Daher können der Sauerstoffzufuhrkanal und der Brennstoffzufuhrkanal auf zweckdienliche Weise verein­ facht werden. Außerdem kann selbst dann, wenn ein zwischen benachbarten Zellen angebrachtes Trennelement schadhaft ist, eine fehlerhafte elektrische Verbindung zwischen ver­ schiedenartigen Elektroden, nämlich zwischen Sauerstoff­ elektroden und Brennstoffelektroden der benachbarten Zellen verhindert werden. Folglich ist es mit dieser Gestaltung möglich, auf zuverlässige Weise eine Brennstoffzellenbatte­ rie mit der erwünschten Leistungsfähigkeit zu erhalten.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ergibt eine Brennstoffzelle gemäß Patentanspruch 3.

In dieser Brennstoffzelle gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wird durch den Druck, der sich durch das in dem Kühlmitteldurchlaß fließende Kühlmittel ergibt, der Stromsammler gegen die Sauerstoffelektroden und/oder die Brennstoffelektroden gedrückt. Infolgedessen werden an den Grenzflächen zwischen dem Stromsammler und den Sauerstoff­ elektroden und/oder Brennstoffelektroden das enge Anliegen und die Kontaktierfähigkeit verstärkt. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise der elektrische Kontaktwiderstand ver­ ringert. Das heißt, diese Gestaltung stellt auf vorteil­ hafte Weise die Fähigkeit zum Sammeln des Stroms in dem Stromsammler sicher und ist für das Herstellen einer Brenn­ stoffzelle zweckdienlich, die für die Abgabe einer hohen Ausgangsspannung geeignet ist. Da darüberhinaus das Kühl­ mittel in dem Kühlmitteldurchlaß des Kühlelementes fließt, welches auf den Stromsammler aufgeschichtet ist, ist auf nutzvolle Weise die Kühlungsfähigkeit in der Brennstoff­ zelle verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brenn­ stoffzelle sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Polymerfilm, an dem in einer Brennstoffzelle gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung Brennstoffelektroden angebracht sind.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Polymerfilm, an dem in der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Sauerstoffelektroden angebracht sind.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Polymerfilmes, an dem in der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Brennstoffelektroden und die Sauerstoffelektroden ange­ bracht sind.

Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht von hauptsächlichen Teilen in der Brennstoffzellenbatterie ge­ mäß dem ersten Ausführungsbeispiel und veranschaulicht, wie die Brennstoffelektroden und die Sauerstoffelektroden elek­ trisch in Reihe geschaltet sind.

Fig. 5 ist ein Schaltbild zur Darstellung der elektrischen Reihenschaltung der Brennstoffelektroden und der Sauer­ stoffelektroden in der Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht, die hauptsäch­ liche Teile der Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 7 ist eine vergrößerte schematische Schnittansicht der hauptsächlichen Teile der Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 8 ist eine schematische Schnittansicht eines wesentli­ chen Teils eines Kühlmittelkreises in der Brennstoffzellen­ batterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 9 ist eine schematische Schnittansicht, die eine bau­ liche Gestaltung zeigt, welche für das Verbinden einer Stromsammelplatte mit einer Brennstoffelektrode oder einer Sauerstoffelektrode in der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geeignet ist.

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines Kühlmittel­ zuführkreises in der Brennstoffzellenbatterie gemäß dem er­ sten Ausführungsbeispiel.

Fig. 11 ist eine Seitenansicht einer Polymerfilm-Brenn­ stoffzellenbatterie gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 12 ist eine Vorderansicht der Polymerfilm-Brennstoff­ zellenbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 13 ist eine Seitenansicht eines Schraubelementes in der Polymerfilm-Brennstoffzellenbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 14 ist eine Vorderansicht des Schraubelementes.

Fig. 15 ist eine Schnittansicht, die eine hauptsächliche Gestaltung von Trennelementen in der Polymerfilm-Brenn­ stoffzellenbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt und die veranschaulicht, wie die Trennelemente mit­ tels der Schraubelemente verbunden sind.

Fig. 16 ist eine Darstellung einer herkömmlichen Polymer­ film-Brennstoffzelle und veranschaulicht das Funktionsprin­ zip nach dem Stand der Technik.

Die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Er­ findung sind Polymerfilm-Brennstoffzellen, in denen als Brennstoff Wasserstoff verwendet wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 wird nachstehend als er­ stes Ausführungsbeispiel eine Zelle 1 beschrieben, die eine Polymerfilm-Brennstoffzelle bildet. Die Zelle 1 enthält einen dünnen blattförmigen Polymerfilm 2, der als Trocken­ elektrolyt wirkt, welcher Wasserstoffionen H⁺ durchläßt. Der Polymerfilm 2 kann beispielsweise aus einem Kationen­ austauschharz bestehen (z. B. SPE (Solid Polymer Electro­ lyte)). Gemäß der Darstellung in Fig. 1 sind an einer der Oberflächen des blattförmigen Polymerfilmes 2, nämlich an der Oberfläche 2a nebeneinander fünf Brennstoffelektroden 3 angebracht. Die Brennstoffelektroden 3 wirken als Negativ­ elektroden. Den Brennstoffelektroden 3 wird ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff zugeführt, der als aktives Negativelektro­ denmaterial wirkt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 sind an der anderen Ober­ fläche des blattförmigen Polymerfilmes 2, nämlich an der Oberfläche 2b nebeneinander fünf Sauerstoffelektroden 4 an­ gebracht. Die Sauerstoffelektroden 4 wirken als Positiv­ elektroden. Den Sauerstoffelektroden 4 wird Luft zugeführt. Die Luft enthält Sauerstoff, der als aktives Positivelek­ trodenmaterial wirkt. Die Sauerstoffelektroden 4 und die Brennstoffelektroden 3 sind jeweils beispielsweise Elektro­ den auf Kohlebasis.

In Fig. 4 sind schematisch wesentliche Teile der Brenn­ stoffzellenbatterie dargestellt, deren geschichtete Zellen 1A, 1B und 1C auseinandergezogen dargestellt sind. Anderer­ seits zeigt die Fig. 6 schematisch die wesentlichen Teile der Brennstoffzellenbatterie, deren Zellen 1A, 1B usw. an­ einander geschichtet sind.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6 sind an einer der Seiten des Polymerfilmes 2 fünf Brennstoffelektroden-Stromsammel­ platten 5, nämlich 5A, 5B, 5C, 5D und 5E angeordnet und je­ weils an den fünf Brennstoffelektroden 3 angebracht, die nebeneinander an einer der Oberflächen der Zellen 1A ange­ ordnet sind. Ferner sind gemäß der Darstellung in Fig. 6 an der anderen Seite des Polymerfilmes 2 fünf Sauerstoffelek­ troden-Stromsammelplatten 6, nämlich 6A, 6B, 6C, 6D und 6E angeordnet, die jeweils auf die fünf Sauerstoffelektroden 4 aufgeschichtet sind, welche nebeneinander an der anderen Oberfläche der Zelle 1A angebracht sind. Die Brennstoff­ elektroden-Stromsammelplatten 5 und die Sauerstoffelektro­ den-Stromsammelplatten 6 sind rechteckförmig und bestehen aus Kupfer.

Das erste Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Zelle 1A die Brennstoffelektroden 3, die neben­ einander an einer der Oberflächen des Polymerfilmes 2 ange­ bracht sind, mit den Sauerstoffelektroden 4 elektrisch in Reihe geschaltet sind, die an der anderen Oberfläche des Polymerfilmes 2 nebeneinander angebracht sind. Gleicherma­ ßen sind in den anderen Zellen 1 die Brennstoffelektroden 3 mit den Sauerstoffelektroden 4 elektrisch in Reihe geschal­ tet.

Die Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht der hauptsächlichen Teile der Brennstoffzellenbatterie und veranschaulicht, wie die Brennstoffelektroden 3 mit den Sauerstoffelektroden 4 in Reihe geschaltet sind. Zuerst wird ausführlich die elektrische Verbindung in der Zelle 1A rechts in Fig. 4 beschrieben. In der Zelle 1A ist die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte 5A durch einen Lei­ ter 60a mit der Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatte 6B verbunden. Die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte 5B der Zelle 1A ist elektrisch durch einen Leiter 60b mit der Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatte 6C der Zelle 1A ver­ bunden. Die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte 5C der Zelle 1A ist elektrisch durch einen Leiter 60c mit der Sau­ erstoffelektroden-Stromsammelplatte 6D der Zelle 1A verbun­ den. Die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte 5D der Zel­ le 1A ist elektrisch durch einen Leiter 60d mit der Sauer­ stoffelektroden-Stromsammelplatte 6E der Zelle 1A verbun­ den. Auf diese Weise sind in der Zelle 1A die verschieden­ artigen Elektroden elektrisch zueinander in Reihe geschal­ tet.

Als zweites wird ausführlich die elektrische Verbindung in der Zelle 1B in der Mitte von Fig. 4 beschrieben. Eine Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte 5F der Zelle 1B ist elektrisch durch einen Leiter 61x mit der Sauerstoffelek­ troden-Stromsammelplatte 6A der Zelle 1A verbunden, die ne­ ben der Zelle 1B angeordnet ist. Eine Brennstoffelektroden- Stromsammelplatte 5G der Zelle 1B ist elektrisch durch einen Leiter 61a mit der Sauerstoffelektroden-Stromsammel­ platte 6F der Zelle 1B verbunden. Eine Brennstoffelektro­ den-Stromsammelplatte 5H der Zelle 1B ist elektrisch durch einen Leiter 61b mit einer Sauerstoffelektroden-Stromsam­ melplatte 6G der Zelle 1B verbunden. Eine Brennstoffelek­ troden-Stromsammelplatte 5H der Zelle 1B ist elektrisch durch einen Leiter 61c mit einer Sauerstoffelektroden- Stromsammelplatte 6H der Zelle 1B verbunden. Eine Brenn­ stoffelektroden-Stromsammelplatte 5J der Zelle 1B ist elek­ trisch durch einen Leiter 61d mit einer Sauerstoffelektro­ den-Stromsammelplatte 6I der Zelle 1B verbunden. Auf diese Weise sind in der Zelle 1B die voneinander verschiedenen Elektroden elektrisch miteinander in Reihe geschaltet.

Als drittes sind bei der elektrischen Verbindung in der Zelle 1C links in Fig. 4 Brennstoffelektroden-Stromsammel­ platten 5K, 5L, 5M und 5N der Zelle 1C jeweils elektrisch durch Leiter 62a, 62b, 62c und 62d mit Sauerstoffelektro­ den-Stromsammelplatten 6L, 6M, 6N und 6P der Zelle 1C ver­ bunden. Eine Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte 5P der Zelle 1C ist elektrisch durch einen Leiter 61y mit einer Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatte 6J der Zelle 1B ver­ bunden, die zu der Zelle 1C benachbart ist. Auf diese Weise sind in der Zelle 1C die verschiedenartigen Elektroden elektrisch miteinander in Reihe geschaltet.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist jeweils an einem Ende der Brennstoffelektroden-Stromsammelplatten 5 in deren Längsrichtung ein Vorsprung 5r ausgebildet. Gleichermaßen ist jeweils an einem Ende der Sauerstoffelektroden-Strom­ sammelplatten 6 in deren Längsrichtung ein Vorsprung 6r ausgebildet. Mittels dieser Vorsprünge 5r und 6r werden die Leiter bzw. Leiterdrähte an die Brennstoffelektroden-Strom­ sammelplatten 5 und die Sauerstoffelektroden-Stromsammel­ platten 6 angeschlossen.

Mittels dieser Verbindungen werden in jeder der Zellen 1 die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatten 5 für die Brennstoffelektroden 3, die an einer der Oberflächen des Polymerfilmes 2 angebracht sind, elektrisch mit den Sauer­ stoffelektroden-Stromsammelplatten 6 für die Sauerstoff­ elektroden 4 in Reihe geschaltet, die an der anderen Ober­ fläche des Polymerfilmes 2 angebracht sind.

Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel an einem einzigen blattförmigen Poly­ merfilm 2 fünf Batteriezellen ausgebildet. Damit ist es möglich, die je Polymerfilm 2 erzeugte Ausgangsspannung zu erhöhen. Folglich kann mit dieser Anordnung gemäß dem er­ sten Ausführungsbeispiel auf vorteilhafte Weise die Gesamt- Ausgangsspannung einer Polymerfilm-Brennzellenbatterie er­ höht werden.

Die Fig. 5 zeigt schematisch, wie bei dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel die elektrisch Verbindung hergestellt wird. In Fig. 5 ist eine negative Elektrode des ganzen ersten Ausführungsbeispiel mit P1 bezeichnet und durch eine der Brennstoffelektroden 3 und eine der Brennstoffelektroden- Stromsammelplatten 5 gebildet, welche als Ausgabeanschluß dient. Ferner ist in Fig. 5 die positive Elektrode des ge­ samten Ausführungsbeispiels mit P2 bezeichnet und durch eine der Sauerstoffelektroden 4 und eine der Sauerstoff­ elektroden-Stromsammelplatten 6 gebildet, die als Ausgabe­ anschluß dient.

Die Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel ist durch Aufschichtung einer Vielzahl der auf diese Weise gestalteten Zellen 1 in Richtung ihrer Dicke, nämlich in Richtungen X1 und X2 nach Fig. 5 aufgebaut. Die Anzahl der geschichteten Zellen 1 kann nach Belieben be­ stimmt werden. Beispielsweise können die Zellen 1 zehnfach oder hundertfach aneinander angeschichtet werden. Nach Fig. 5 sind zum leichteren Verständnis die Zellen 1 in einer be­ stimmten Anzahl miteinander schichtweise verbunden. Wenn auf diese Weise eine Vielzahl der Zellen 1 verbunden wird, kann eine Polymerfilm-Brennstoffzellenbatterie auf vorteil­ hafte Weise eine erhöhte Ausgangsspannung erzeugen, nämlich selbst bei verringerten Abmessungen eine hohe Ausgangsspan­ nung von beispielsweise Hunderten Volt oder darüber abge­ ben.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist gemäß der Darstel­ lung in Fig. 6 zwischen den Zellen 1 eine Vielzahl von Trennelementen 8 angebracht. Die Trennelemente 8 dienen zur Trennung zwischen den Brennstoffzellen 3 und den Sauer­ stoffzellen 4, die voneinander verschiedenartige Elektroden sind. Ferner sind durch die Trennelemente 8 Brennstoffzu­ fuhrkanäle 80 und Sauerstoffzufuhrkanäle 82 gebildet. Die Brennstoffzufuhrkanäle 80 stehen mit einer externen Brenn­ stoffzufuhrquelle, z. B. einer Wasserstoffgasquelle in Ver­ bindung. Die Sauerstoffzufuhrkanäle 82 stehen mit einer ex­ ternen Sauerstoffzufuhrquelle, z. B. der Außenluft in Ver­ bindung.

Nachstehend werden besondere Gestaltungen des ersten Aus­ führungsbeispiels beschrieben. Bei dem ersten Ausführungs­ beispiel sind gemäß Fig. 7 die Sauerstoffelektroden 4 von benachbarten Zellen 1 derart angeordnet, daß sie einander in bezug auf die Sauerstoffzufuhrkanäle 82 gegenüberstehen. Gleichermaßen sind gemäß der Darstellung in Fig. 7 die Brennstoffelektroden 3 von benachbarten Zellen 1 derart an­ geordnet, daß sie einander in bezug auf die Brennstoffzu­ fuhrkanäle 80 gegenüberstehen.

Anders ausgedrückt sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel in der Schichtungsrichtung der Zellen 1 beiderseits der Sauerstoffzufuhrkanäle 82 die gleichartigen Elektroden, namlich die Sauerstoffelektroden 4 angeordnet. Gleicherma­ ßen sind in der Schichtungsrichtung der Zellen 1 beider­ seits der Wasserstoffzufuhrkanäle 80 die gleichartigen Elektroden, nämlich die Brennstoffelektroden 3 angeordnet.

Durch diese Gestaltung, bei der die gleichartigen Elektro­ den einander gegenüber gesetzt sind, kann die Dicke der Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbei­ spiel verringert werden und es kann zugleich auf zuverläs­ sige Weise für die Sauerstoffzufuhrkanäle 82 eine geeignete Dicke vorgesehen werden. Daher ermöglichen es die dermaßen gestalteten Sauerstoffzufuhrkanäle 82 gemäß dem ersten Aus­ führungsbeispiel, die Gestaltung des Systems für das Zufüh­ ren von Sauerstoff oder Luft in die Brennstoffzelle zu ver­ einfachen. Gleichermaßen kann die Dicke bei dem ersten Aus­ führungsbeispiel verringert und zugleich eine geeignete Dicke für die Wasserstoffzufuhrkanäle 80 vorgesehen werden. Daher kann mit den dermaßen gestalteten Brennstoffzufuhrka­ nälen 80 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Gestal­ tung des Systems für das Zuführen von Brennstoff oder Was­ serstoff in die Brennstoffzelle vereinfacht werden. Außer­ dem kann mit dieser Gestaltung das durch die Reaktion an den Sauerstoffelektronen 4 entstehende Wasser auf prakti­ sche Weise abgeleitet werden, wodurch diese Brennstoffzel­ lenbatterie auf vorteilhafte Weise eine gewährleistete Bat­ terieleistung abgibt.

Andererseits sind in der bisher geschaffenen herkömmlichen Polymerfilm-Brennzellenbatterie, in der eine Vielzahl von Zellen in Schichten zusammengefaßt ist, in bezug auf die Trennelemente die verschiedenartigen Elektroden, nämlich die Sauerstoffelektroden und die Brennstoffelektroden der benachbarten Zellen einander gegenübergesetzt. Wenn bei dieser herkömmlichen Anordnung die Trennelemente durch Risse infolge von unvorhergesehenen Ereignissen geschädigt sind, kann eine fehlerhafte elektrische Verbindung zwischen den verschiedenartigen Elektroden, nämlich den Sauerstoff­ elektroden und den Brennstoffelektroden der benachbarten Zellen entstehen. Folglich kann die herkömmliche Polymer­ film-Brennzellenbatterie derart geschädigt sein, daß sie nicht auf zuverlässige Weise eine ausreichende Leistung ab­ gibt. Darüberhinaus müssen bei dieser herkömmlichen Anord­ nung, bei der die verschiedenartigen Elektroden einander in bezug auf die Trennelemente gegenübergesetzt sind, in den Trennelementen die Brennstoffzufuhrkanäle und die Sauer­ stoffkanäle ausgebildet sein. Demzufolge können sich bei einem Brechen der Trennelemente der Sauerstoff und der Was­ serstoff vermischen, die in den beiden Kanälen strömen. Da­ durch können der Sauerstoff und der Wasserstoff miteinander durch Verbrennung reagieren.

Wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist, sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel zum Vermeiden von möglichen Mängeln die Elektroden der gleichen Art, nämlich die Sauerstoffelektro­ den 4 der benachbarten Zellen 1 derart angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen, während die Sauerstoffzufuhrka­ näle 82 dazwischenliegen. Ferner sind die Elektroden der anderen Art, nämlich die Brennstoffelektroden 3 der benach­ barten Zellen 1 einander gegenübergesetzt, während dazwi­ schen die Brennstoffzufuhrkanäle 80 angeordnet sind. Infol­ gedessen ist es möglich, selbst bei einer Beschädigung der Trennelemente 8 die Gefahr einer fehlerhaften elektrischen Verbindung zwischen den verschiedenartigen Elektroden, d. h., zwischen den Sauerstoffelektroden 4 und den Brenn­ stoffelektroden 3 zu vermeiden. Auf diese Weise ermöglicht es diese Anordnung, daß eine Brennstoffzelle die geforderte Ausgangsspannung abgibt. Da ferner die gleichartigen Elek­ troden einander unter Einfügung der Trennelemente 8 gegen­ übergesetzt sind, ist es lediglich erforderlich, in den Trennelementen 8 entweder die Brennstoffzufuhrkanäle 82 oder die Sauerstoffzufuhrkanäle 80 auszubilden. Folglich ist selbst bei einer Beschädigung der Trennelementen 8 kein Vermischen von Wasserstoff und Sauerstoff zu befürchten. Somit besteht nur geringe Gefahr einer Verbrennungsreaktion von Wasserstoff und Sauerstoff.

Wie es im einzelnen aus Fig. 1 bis 3 zu ersehen ist, ist die Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für die Abgabe einer hohen Ausgangsspannung geeignet, da in jeder der Zellen 1 fünf Brennstoffelektroden 3 und fünf Wasserstoffelektroden 4 angebracht sind. Es muß jedoch nur ein Abdichtungsbereich vorgesehen werden, der sich gemäß der Darstellung durch einen in Fig. 1 und 2 mit N bezeich­ neten strichlierten Bereich lediglich um den Außenumfang des Polymerfilmes 2 herum erstreckt. Diese Abdichtungsbe­ reiche entsprechen denjenigen der herkömmlichen Polymer­ film-Brennstoffzelle. Auf diese Weise kann durch diese Ge­ staltung des ersten Ausführungsbeispiels eine Polymerfilm- Brennstoffzelle eine hohe Ausgangsspannung abgeben und es kann auf zweckdienliche Weise zugleich verhindert werden, daß das interne Abdichtungssystem kompliziert wird.

Weiterhin werden in der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf die Stromsammelplatten 5 und 6 für die Brennstoffelektroden und die Sauerstoffelektroden dünne Kunstharzblätter 83 aufgeschichtet. Die Kunstharzblätter 83 haben die primäre Funktion, Dimensionsabweichungen aus zu­ gleichen.

Außerdem ist gemäß der Darstellung in Fig. 9 in der Brenn­ stoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an den den Brennstoffelektroden 3 zugewandten Oberflächen der Brenn­ stoffelektroden-Stromsammelplatten 5 eine Vielzahl von Nu­ ten 52 und Vorsprüngen 53 ausgebildet. In die Nuten 52 wird über die Brennstoffzufuhrkanäle 80 der Wasserstoff einge­ leitet. Der Wasserstoff in den Nuten 52 wirkt als aktives Negativelektrodenmaterial.

Gleichermaßen ist in den den Sauerstoffelektroden 4 zuge­ wandten Oberflächen der Sauerstoffelektroden-Stromsammel­ platten 6 eine Vielzahl von Nuten 62 und Vorsprüngen 63 ausgebildet. In die Nuten 62 wird über die Sauerstoffzu­ fuhrkanäle 82 der Sauerstoff eingeleitet. Der Sauerstoff in den Nuten 62 wirkt als aktives Positivelektrodenmaterial. Es ist anzumerken, daß in Fig. 6 und 7 die Nuten 52 und 62 sowie die Vorsprünge 53 und 63 zur vereinfachten Darstel­ lung weggelassen sind.

Bei der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbei­ spiel werden der Polymerfilm 2, die Brennstoffelektroden 3, die Sauerstoffelektroden 4, die Brennstoffelektroden-Strom­ sammelplatten 5 und die Sauerstoffelektroden-Stromsammel­ platten 6 durch Druck wie durch Heißdruck zu einer Einheit zusammengepreßt, um dadurch eine der Zellen 1 zu bilden. Bei dem Pressen können die Vorsprünge 53 an den Brennstoff­ elektroden-Stromsammelplatten 5 leicht in die auf Kohle ba­ sierenden Brennstoffelektroden 3 eindringen. Infolgedessen ermöglicht es das Eindringen der Vorsprünge 53, auf zuver­ lässige Weise eine Kontaktfläche zwischen den Brennstoff­ elektroden-Stromsammelplatten 5 und den Brennstoffelektro­ den 3 zu bilden, den Kontakt zwischen diesen herzustellen und die Verbindung zwischen diesen zu einer Einheit zu er­ zielen, während zugleich zwischen diesen der elektrische Kontaktwidertand verringert wird. Insgesamt gesehen ergibt das Eindringen letztlich eine verbesserte Stromsammlung in den Brennstoffelektroden-Stromsammelplatten 5.

Gleichermaßen können bei dem Pressen die Vorsprünge 63 der Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatten 6 in die Kohle-Sau­ erstoffelektroden 4 eindringen. Folglich ermöglicht es das Eindringen der Vorsprünge 63, auf zuverlässige Weise eine Kontaktfläche zwischen den Sauerstoffelektroden-Stromsam­ melplatten 6 und den Sauerstoffelektroden 4 zu bilden, den Kontakt zwischen diesen herzustellen und die Verbindung derselben zu einer Einheit zu erzielen, während zugleich der elektrische Kontaktwiderstand zwischen diesen verrin­ gert wird. Insgesamt gesehen ergibt das Eindringen letzt­ lich eine verbesserte Fähigkeit zur Stromsammlung in den Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatten 6.

Weiterhin werden in der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf die Brennstoffelektroden-Stromsam­ melplatten 5 und die Sauerstoffelektroden-Stromsammelplat­ ten 6 Kühlelemente 85 gemäß der Darstellung in Fig. 10 auf­ geschichtet. Die Kühlelemente 85 stehen mit einem Einlaß­ rohr 86 und einem Auslaßrohr 87 in Verbindung, welche in die Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingebaut sind. Gemäß der Darstellung in Fig. 8 werden die Kühlelemente 85 durch Schichtung von zwei Kunstharzblättern gebildet, wobei dadurch zwischen den Kunstharzblättern ein Kühlmitteldurchlaß 85a geformt wird. Die Kühlelemente 85 werden an jeder der Zellen 1 angebracht. Es ist anzumerken, daß in Fig. 6 und 7 die Kühlelemente 85 durch gestrichelte Flächen dargestellt sind, aber die Kühlelemente tatsächlich als ein Durchlaß gemäß der Darstellung in Fig. 8 ausgebil­ det sind, so daß sie das Durchströmen von Wasser, nämlich eines als Kühlmittel wirkenden Fluids ermöglichen.

Wenn das Kühlmittel in den Kühlmitteldurchlaß 85a der Kühl­ elemente 85 eingespeist wird, wird der Druck in dem Kühl­ mitteldurchlaß 85a erhöht und die Brennstoffelektroden- Stromsammelplatten 5 werden zu den Brennstoffelektroden 5 und den Sauerstoffelektroden 4 hin gedrückt. Der Druck kann dabei nach Belieben, beispielsweise in einem Bereich von 1,5 bis 3 kg/cm² bestimmt werden. Die Drucksteigerung er­ gibt somit auf zuverlässige Weise den Kontakt zwischen den Brennstoffelektroden-Stromsammelplatten 5 und den Brenn­ stoffelektroden 3 sowie zwischen den Sauerstoffelektroden- Stromsammelplatten 6 und den Sauerstoffelektroden 4. Als Ergebnis ist eine Verringerung des elektrischen Kontaktwi­ derstandes zwischen den Brennstoffelektroden-Stromsammel­ platten 5 und den Brennstoffelektroden 3 sowie zwischen den Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatten 6 und den Sauer­ stoffelektroden 4 zu erwarten. Insgesamt gesehen kann mit dieser Gestaltung auf praktische Weise eine verbesserte Stromsammlung in den Brennstoffelektroden-Stromsammelplat­ ten 5 und den Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatten 6 si­ chergestellt werden.

Insbesondere ist anzumerken, daß die Kühlelemente 85 mit dem Kühlmitteldurchlaß 85a an jeder der Zellen 1 angebracht sind. Demzufolge sind für jede der Zellen 1 die Verringe­ rung des elektrischen Kontaktwiderstandes sowie auch die Verbesserung der Stromsammlung zu erwarten. Außerdem ist die Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel hinsichtlich der internen Kühlung verbessert, da die Kühlelemente 85 an jeder der Zellen 1 angebracht sind.

Als Abwandlungsform der Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können die Kühlelemente 85 al­ lein an den Brennstoffelektroden-Stromsammelplatten 5 ange­ bracht sein. Alternativ können die Kühlelemente 85 nur an den Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatten 6 angebracht sein.

In Fig. 11 und 12 ist eine Polymerfilm-Brennstoffzellenbat­ terie als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darge­ stellt. Bei dieser Brennstoffzellenbatterie ist eine Viel­ zahl von Trennelementen 8 und Zellen 1 in der Richtung ih­ rer Dicke geschichtet. Bei dem Zusammenbau wird die Brenn­ stoffzellenbatterie an ihrem Umfang durch eine Vielzahl von Befestigungsvorrichtungen 82 fest zusammengefaßt.

In Fig. 12 sind ein Rohrelement für das Zuführen von Sauer­ stoff, z. B. Luft mit 95m und ein Rohrelement für das Zufüh­ ren von Wasserstoff mit 95n bezeichnet, während in Fig. 11 ein Rohrelement für das Abführen von Wasserstoff mit 95p bezeichnet ist. Ferner sind eine Auslaßöffnung des Auslaß­ rohres 87 mit 86x und eine Einlaßöffnung des Einlaßrohres 86 mit 86y bezeichnet. Es ist anzumerken, daß zwar in den Figuren kein Rohr für das Ableiten von Sauerstoff darge­ stellt ist, dieses aber neben dem Rohrelement 95p für das Ableiten von Wasserstoff angeordnet ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 15 ist an einer Seite der Trennelemente 8, nämlich an einer Seite 8w eine Befesti­ gungsbohrung 88 ausgebildet, die durch die Trennelemente 8 in der Richtung ihrer Dicke hindurchgeht. Die Befestigungs­ bohrung 88 hat eine Bohrung 88a größeren Durchmessers, eine Bohrung 88b kleineren Durchmessers und eine konische Fläche 88c. Ein Schraubelement 93 gemäß Fig. 13 und 14 hat einen Teil 93a großen Durchmessers, einen Teil 93b kleinen Durch­ messers, eine konische Fläche 93c, eine mittige Anschluß­ bohrung 93f und einen vertikalen Schlitz 93e. Der Teil 93a großen Durchmessers entspricht der Bohrung 88a großen Durchmessers der Befestigungsbohrung 88 und enthält einen an der Breite abgeflachten Teilbereich 93ba, der es ermög­ licht, mittels eines Werkzeuges wie eines Schraubenschlüs­ sels das Schraubelement 93 zu drehen. Der vertikale Schlitz 93e ist an einer Stirnfläche 93d des Teils 93a mit dem gro­ ßen Durchmesser ausgebildet. Der Teil 93b mit dem kleinen Durchmesser entspricht der Bohrung 88b mit dem kleineren Durchmesser der Befestigungsbohrung 88. Die konische Fläche 93c entspricht der konischen Fläche 88c der Befestigungs­ bohrung 88. Die konische Fläche 93c bewirkt das Positionie­ ren des Schraubelementes 93 in der Schichtungsrichtung der Trennelemente 8. An der Innenumfangswand der mittigen An­ schlußbohrung 93f des Teils 93a mit dem großen Durchmesser ist ein Innengewinde 93i ausgebildet. An der Außenumfangs­ wand des Teils 93b mit dem kleinen Durchmesser ist ein Außengewinde 93k ausgebildet. Das Innengewinde 93i und das Außengewinde 93k können miteinander verschraubt werden. Wie aus Fig. 15 ersichtlich ist, sind die Trennelemente 8 in ihrer Schichtungsrichtung miteinander verbunden, wenn die Schraubelemente 93 in die Befestigungsbohrungen 88 der Trennelemente 8 eingesetzt sind und das Außengewinde 93k und das Innengewinde 93i der benachbarten Schraubelemente 93 miteinander verschraubt sind. Auf diese Weise ist die Polymerfilm-Brennstoffzellenbatterie gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel zusammengebaut.

Die Polymerfilm-Brennstoffzellenbatterie gemäß dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel kann folgendermaßen zerlegt werden: Wenn die Trennvorrichtungen 8 von einem Ende in deren Schichtungsrichtung in der Brennstoffzellen­ batterie her abgebaut werden, werden zuerst alle Befesti­ gungsvorrichtungen 92 gelöst und dann wird eine an dem Ende angebracht Andruckplatte 91x entfernt. Auf diese Weise kön­ nen die Trennelemente 8 nacheinander entfernt werden. Al­ ternativ werden bei dem Abbauen der Trennelemente 8 von dem anderen Ende dieser Brennstoffbatterie in der Schichtungs­ richtung her zuerst alle Befestigungsvorrichtungen 92 ge­ löst und dann wird eine an dem anderen Ende angebrachte An­ druckplatte 91y entfernt. Auf diese Weise können die Trenn­ elemente 8 nacheinander abgehoben werden.

Die Fig. 15 zeigt einen Teil der Schichtung der Trennele­ mente 8. In der Figur sind Trennelemente 8S, 8T und 8U so­ wie Schraubelemente 93S, 93T und 93U dargestellt. Hinsicht­ lich der Wartung und Kontrolle ist es erwünscht, daß die geschichteten Trennelemente 8 entweder in einer Richtung A1 oder in einer Richtung A2 nach Fig. 15 abgenommen werden können.

Bei der Polymerfilm-Brennstoffzellenbatterie gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die vorstehend genannte erwünschte Zerlegung ermöglicht. Der Abbauvorgang wird nachstehend un­ ter Bezugnahme auf die Fig. 15 folgendermaßen beschrieben: Das Trennelement 8S wird in der Richtung A1 gemäß der Figur abgenommen und das Schraubelement 93S wird freigelegt. Zum Drehen des Schraubelementes 93S in dessen Umfangsrichtung wird an den in der Breite abgeflachten Abschnitt 93ba des Schraubelementes 93S ein Werkzeug wie ein Schraubenschlüs­ sel angesetzt. Auf diese Weise wird das Schraubelement 93S von dem Schraubelement 93T gelöst, welches in die Befesti­ gungsbohrung 88 des Trennelementes 8T eingesetzt ist. Dann wird das Trennelement 8T in der Richtung A1 gemäß der Figur abgenommen und das Schraubelement 93T freigelegt. Auf die vorstehend genannte Weise wird das Schraubelement 93T in dessen Umfangsrichtung gedreht, um es von dem Schraubele­ ment 93U zu lösen. Somit können die Schraubelement 93S, 93T und 93U in dieser Aufeinanderfolge voneinander gelöst wer­ den und dementsprechend können die geschichteten Trennele­ mente 8 in der einen Richtung, nämlich in der Richtung A1 gemäß der Figur abgebaut werden.

Wenn die geschichteten Trennelement 8 in der zu der vorste­ hend genannten Richtung entgegengesetzten Richtung, nämlich in der Richtung A2 nach Fig. 15 abgenommen werden, wird ein Werkzeug wie ein Schraubendreher in den vertikalen Schlitz 93e des Schraubelementes 93U eingeführt und dieses in des­ sen Umfangsrichtung gedreht, wodurch das Schraubelement 93U von dem Schraubelement 93T gelöst wird. Dann wird das Trennelement 8U in der Richtung A2 nach Fig. 15 abgenommen. Im weiteren wird auf die gleiche Weise das Werkzeug wie der Schraubendreher oder dergleichen in den vertikalen Schlitz 93e des Schraubelementes 93T eingeführt und das Schraubele­ ment 93T in dessen Umfangsrichtung gedreht, wodurch das Schraubelement 93T von dem Schraubelement 93S gelöst wird. Dann wird das Trennelement 8T in der Richtung A2 abgenom­ men. Danach wird das Werkzeug wie der Schraubendreher oder dergleichen in den vertikalen Schlitz 93e des Schraubele­ mentes 93S eingeführt und das in die Befestigungsbohrung 88 des Trennelementes 8S eingesetzte Schraubelement 93S in dessen Umfangsrichtung gedreht, wodurch das Schraubelement 93S von einem (nicht dargestellten) Schraubelement gelöst wird. Dann wird das Trennelement 8S in der Richtung A2 nach Fig. 15 abgenommen. Auf diese Weise können die Schraubele­ menten 93U, 93T und 93S in dieser Aufeinanderfolge gelöst werden und dementsprechend die geschichteten Trennelemente 8 in der Gegenrichtung, nämlich in der Richtung A2 nach Fig. 15 entfernt werden.

Die vorstehend beschriebenen Gestaltungen ermöglichen es, die geschichteten Trennelemente 8 in deren Schichtungsrich­ tung von einem Ende der Polymerfilm-Brennstoffzellenbatte­ rie weg und auch in der zur Schichtungsrichtung entgegenge­ setzten Richtung von dem anderen Ende der Polymerfilm- Brennstoffzellenbatterie weg abzunehmen. Damit sind die Ge­ staltungen hinsichtlich der Wartung und Prüfung der Brenn­ stoffzellen nutzvoll.

In der Polymerfilm-Brennstoffzelle gemäß dem vorangehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sind an einer der Oberflächen des Polymerfilmes 2 nebeneinander fünf Brennstoffelektroden 3 und an der anderen Oberfläche des Polymerfilmes 2 nebeneinander fünf Sauerstoffelektroden 4 angebracht. Erfindungsgemäß sind jedoch die Anzahlen der Brennstoffelektroden 3 und der Sauerstoffelektroden 4 nicht auf die bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel vor­ gesehenen eingeschränkt. Vielmehr kann die Elektrodenanzahl nach Belieben in Abhängigkeit von den Arten der tatsächli­ chen Anwendung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellen be­ stimmt werden. Beispielsweise können drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Brennstoffelek­ troden 3 oder Sauerstoffelektroden 4 vorgesehen werden. An­ ders ausgedrückt können sie nebeneinander in einer Anzahl von zwei oder mehr angebracht werden. Die an dem Polymer­ film 2 angebrachten Brennstoffelektroden 3 und Sauerstoff­ elektroden 4 müssen jedoch elektrisch in Reihe geschaltet werden.

Ferner wird in der Polymerfilm-Brennstoffzelle gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel als Trockenelektro­ lyt der Polymerfilm 2 verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Gestaltung eingeschränkt. Der Trockenelek­ trolyt kann nach Belieben gewählt werden, d. h., es können Trockenelektrolyte, z. B. feste kristalline Salze wie Sil­ berjodid, Bleichlorid oder dergleichen verwendet werden, die üblicherweise in Brennstoffzellen verwendet werden und die aus anderen Materialien als Polymer bestehen.

Weiterhin wird in der Polymerfilm-Brennstoffzelle gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel als Brennstoff Was­ serstoff verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann der Brennstoff nach Belieben ge­ wählt werden. Für bestimmte Zwecke kann die Erfindung bei dem Herstellen einer Brennstoffzelle angewandt werden, in der als Brennstoff Kohlenmonoxid benutzt wird.

Für den Fachmann ist aus der vorstehenden Beschreibung der Polymerfilm-Brennstoffzelle bzw. Brennstoffzellenbatterie gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ersicht­ lich, daß mancherlei Abänderungen und Abwandlungen vorge­ nommen werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfin­ dung abzuweichen. Beispielsweise ergeben die vorstehend an­ geführten Lehren erfindungsgemäß folgende Ausführungsfor­ men:

Eine Brennstoffzellenbatterie, die eine Vielzahl von in der Richtung ihrer Dicke geschichteten Zellen, welche jeweils einen Trockenelektrolyt mit einander gegenüberliegenden Oberflächen, der Ionenleitfähigkeit hat, eine an einer der Oberflächen des Trockenelektrolyts angebrachte Brennstoff­ elektrode, der ein als aktives Negativelektrodenmaterial wirkender Brennstoff zugeführt wird, und ein an der anderen Oberfläche des Trockenelektrolyts angebrachte und elek­ trisch mit der Brennstoffelektrode verbundene Sauerstoff­ elektrode enthalten, der als aktives Positivelektrodenmate­ rial wirkender Sauerstoff zugeführt wird, einen Sauerstoff­ zufuhrkanal und einen Brennstoffzufuhrkanal aufweist, wobei die Sauerstoffelektroden von benachbarten Zellen einander in bezug auf den Sauerstoffzufuhrkanal gegenübergesetzt sind und die Brennstoffelektroden von benachbarten Zellen einander in Bezug auf den Brennstoffzufuhrkanal gegenüber­ gesetzt sind.

Eine andere Brennstoffzelle, die einen Trockenelektrolyt mit einander gegenüberliegenden Oberflächen, der Ionenleit­ fähigkeit zeigt, eine an einer der Oberflächen des Troc­ kenelektrolyts angebrachte Brennstoffelektrode, der ein als aktives Negativelektrodenmaterial wirkender Brennstoff zu­ geführt wird, eine an der anderen Oberfläche des Trocken­ elektrolyts angebrachte und elektrisch mit der Brennstoff­ elektrode verbundene Sauerstoffelektrode, der als aktives Positivelektrodenmaterial wirkender Sauerstoff zugeführt wird, einen Stromsammler, der einer der Oberflächen des Trockenelektrolyts gegenübergesetzt ist und auf die Brenn­ stoffelektrode und/oder die Sauerstoffelektrode aufge­ schichtet ist, und ein auf den Stromsammler aufgeschichte­ tes Kühlelement aufweist, welches einen Kühlmitteldurchlaß enthält, in dem ein Kühlmittel fließt, wobei durch den Druck, der sich aus dem in dem Kühlmitteldurchlaß fließen­ den Kühlmittel ergibt, der Stromsammler zu der Brennstoff­ elektrode und/oder der Sauerstoffelektrode hin gedrückt wird, wodurch der elektrische Kontaktwiderstand zwischen dem Stromsammler und der Brennstoffelektrode und/oder Sau­ erstoffelektrode verringert wird.

Es wird eine Brennstoffzelle angegeben, die einen blattför­ migen Trockenelektrolyt mit einander gegenüberliegenden Oberflächen, der Ionenleitfähigkeit zeigt, eine Vielzahl von auf einer der Oberflächen des Trockenelektrolyts neben­ einander angebrachten Brennstoffelektroden, denen ein als aktives Negativelektrodenmaterial wirkender Brennstoff zu­ geführt wird, und eine Vielzahl von an der anderen Oberflä­ che des Trockenelektrolyts nebeneinander angebrachten Sauer­ stoffelektroden enthält, denen als aktives Positivelektro­ denmaterial wirkender Sauerstoff zugeführt wird, wobei die Brennstoffelektroden elektrisch mit den Sauerstoffelektro­ den in Reihe geschaltet sind. Die Brennstoffzelle hat kleine Abmessungen und geringes Gewicht, kann jedoch eine hohe Ausgangsspannung abgeben, da in einer einzelnen Zelle eine Vielzahl von Brennstoffelektroden und Sauerstoffelek­ troden enthalten ist. Eine Vielzahl der Zellen kann derart geschichtet werden, daß gleichartige Elektroden von benach­ barten Zellen einander zugewandt sind. Die Zelle kann fer­ ner einen Stromsammler, ein Kühlelement oder ein Trennele­ ment enthalten, welches auf die Brennstoffelektroden und/oder die Sauerstoffelektroden aufgeschichtet ist.

Claims (19)

1. Brennstoffzelle, gekennzeichnet durch
einen blattförmigem Trockenelektrolyt (2) mit einander ge­ genüberliegenden Oberflächen, der Ionenleitfähigkeit hat, mindestens zwei nebeneinander an einer der Oberflächen des Trockenelektrolyts angebrachte Brennstoffelektroden (3) de­ nen ein als aktives Negativelektrodenmaterial wirkender Brennstoffzugeführt wird, und
mindestens zwei nebeneinander an der anderen Oberfläche des Trockenelektrolyts angebrachte Sauerstoffelektroden (4), denen als aktives Positivelektrodenmaterial wirkender Sau­ erstoff zugeführt wird,
wobei die an der einen Oberfläche des Trockenelektrolyts angebrachten Brennstoffelektroden elektrisch zu den an der anderen Oberfläche des Trockenelektrolyts angebrachten Sau­ erstoffelektroden in Reihe geschaltet sind.

2. Brennstoffzellenbatterie mit einer Vielzahl von Zellen, einem Sauerstoffzufuhrkanal und einem Brennstoffzufuhrka­ nal, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Zelle
einen blattförmigen Trockenelektrolyt (2) mit einander ge­ genüberliegenden Oberflächen, der Ionenleitfähigkeit hat, mindestens zwei nebeneinander an einer der Oberflächen des Trockenelektrolyts angebrachte Brennstoffelektroden (3), denen ein als aktives Negativelektrodenmaterial wirkender Brennstoffzugeführt wird, und
mindestens zwei nebeneinander an der anderen Oberfläche des Trockenelektrolyts angebrachte und elektrisch mit den Brennstoffelektroden verbundene Sauerstoffelektroden (4) enthält, denen als aktives Positivelektrodenmaterial wir­ kender Sauerstoff zugeführt wird,
wobei eine Zelle jeweils zwischen einer anderen, in einer Richtung benachbarten Zelle und einer weiteren, in der an­ deren Richtung benachbarten Zelle festgehalten ist,
die Sauerstoffelektroden der einen Zelle den Sauerstoff­ elektroden der anderen, in der einen Richtung benachbarten Zelle unter Zwischensetzung des Sauerstoffzufuhrkanals (82) gegenübergesetzt sind und
die Brennstoffelektroden der einen Zelle den Brennstoff­ elektroden der weiteren, in der anderen Richtung benachbar­ ten Zelle unter Zwischensetzung des Brennstoffzufuhrkanals (80) gegenübergesetzt sind.

3. Brennstoffzelle, gekennzeichnet durch
einen blattförmigen Trockenelektrolyt (2) mit einander ge­ genüberliegenden Oberflächen, der Ionenleitfähigkeit hat, mindestens zwei nebeneinander an einer der Oberflächen des Trockenelektrolyts angebrachte Brennstoffelektroden (3), denen ein als aktives Negativelektrodenmaterial wirkender Brennstoffzugeführt wird,
mindestens zwei nebeneinander an der anderen Oberfläche des Trockenelektrolyts angebrachte und elektrisch mit den Brennstoffelektroden verbundene Sauerstoffelektroden (4), denen als aktives Positivelektrodenmaterial wirkender Sau­ erstoff zugeführt wird,
einen an mindestens einer der Oberflächen des Trockenelek­ trolyts angeordneten und auf die Brennstoffelektroden und/oder die Sauerstoffelektroden aufgeschichteten Strom­ sammler (5, 6) und
ein auf den Stromsammler aufgeschichtetes Kühlelement (85) mit einem Kühlmitteldurchlaß (85a), in welchem ein Kühlmit­ tel fließt, wobei durch den Druck, der sich durch das in dem Kühlmitteldurchlaß fließende Kühlmittel ergibt, der Stromsammler gegen die Brennstoffelektroden und/oder Sauer­ stoffelektroden gedrückt wird.

4. Brennstoffzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (85) mehrere miteinander verbundene Kunstharzblätter aufweist und der Kühlmitteldurchlaß (85a) innerhalb der Kunstharzblätter ausgebildet ist.

5. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Zellen (1).

6. Brennstoffzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zellen (1) zwischen einer anderen der Zellen und einer weiteren der Zellen festgelegt ist, daß die Sau­ erstoffelektroden (4) der einen Zelle den Sauerstoffelek­ troden der anderen Zelle zugewandt sind und daß die Brenn­ stoffelektroden (3) der einen Zelle den Brennstoffelektro­ den der weiteren Zelle zugewandt sind.

7. Brennstoffzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Sauerstoffelektroden (4) der einen Zelle (1) und die Sauerstoffelektroden der anderen Zelle ein er­ stes Trennelement (8) eingefügt ist und zwischen die Brenn­ stoffelektroden (3) der einen Zelle und die Brennstoffelek­ troden der weiteren Zelle ein zweites Trennelement (8) ein­ gefügt ist.

8. Brennstoffzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Trennelement (8) einen darin ausgebildeten Sauerstoffzufuhrkanal (82) enthält, und das zweite Trenn­ element (8) einen darin ausgebildeten Brennstoffzufuhrkanal (80) enthält.

9. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf die Brennstoffelektroden (3) und/oder die Sauer­ stoffelektroden (4) aufgeschichteten Stromsammler (5, 6).

10. Brennstoffzelle nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Zellen (1).

11. Brennstoffzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stromsammler Brennstoffelektroden-Stromsammel­ platten (5), die mit den an der einen Oberfläche des Troc­ kenelektrolyts (2) angebrachten Brennstoffelektroden (3) in Kontakt gebracht sind, und Sauerstoffelektroden-Stromsam­ melplatten (6) aufweist, die mit den an der anderen Ober­ fläche des Trockenelektrolyts angebrachten Sauerstoffelek­ troden (4) in Kontakt gebracht sind.

12. Brennstoffzelle nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Leitern (60, 61, 62), welche elektrisch die Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatten (6) und die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatten (5) in Reihe ver­ binden, die an benachbarten Zellen angebracht sind.

13. Brennstoffzelle nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede der Brennstoffelektroden-Stromsam­ melplatten (5) einander gegenüberliegende Oberflächen hat, von denen die der Brennstoffelektrode (83) zugewandte Ober­ fläche eine Vielzahl von Vorsprüngen (53) und eine Vielzahl von zwischen den Vorsprüngen liegenden Nuten (52) hat, wo­ durch dann, wenn die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte und die Brennstoffelektrode gegeneinander gepreßt werden, die Vorsprünge in die Brennstoffelektrode eindringen, um die Brennstoffelektroden-Stromsammelplatte mit der Brenn­ stoffelektrode zu verbinden, wobei die Nuten mit einem Brennstoffzufuhrkanal (80) in Verbindung stehen.

14. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß jede der Sauerstoffelektroden- Stromsammelplatten (6) einander gegenüberliegende Oberflä­ chen hat, von denen die der Sauerstoffelektrode (4) zuge­ wandte Oberfläche eine Vielzahl von Vorsprüngen (63) und eine Vielzahl von zwischen den Vorsprüngen liegenden Nuten (62) hat, wodurch dann, wenn die Sauerstoffelektroden- Stromsammelplatte und die Sauerstoffelektrode gegeneinander gepreßt werden, die Vorsprüngen in die Sauerstoffelektrode eindringen, um die Sauerstoffelektroden-Stromsammelplatte mit der Sauerstoffelektrode zu verbinden, wobei die Nuten mit einem Sauerstoffzufuhrkanal (82) in Verbindung stehen.

15. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 9 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß auf den an den Brennstoffelektro­ den (3) und/oder den Sauerstoffelektroden (4) angebrachten Stromsammler (5, 6) ein Trennelement (8) aufgeschichtet ist.

16. Brennstoffzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß das Trennelement (8) einander gegenüberliegende Oberflächen, eine Befestigungsbohrung (85), die durch das Trennelement in einer Zellenschichtungsrichtung hindurch­ dringt, und ein Schraubelement (93) aufweist, das um die axiale Mitte der Befestigungsbohrung drehbar in die Befe­ stigungsbohrung eingesetzt ist,
daß die Befestigungsbohrung eine Bohrung (85a) größeren Durchmessers, die an einer der Oberflächen des Trennele­ ments offen ist, und eine koaxial zu der Bohrung größeren Durchmessers ausgebildete Bohrung (85b) kleineren Durchmes­ sers aufweist, die an der anderen Oberfläche des Trennele­ mentes offen ist und die einer Bohrung größeren Durchmes­ sers einer Befestigungsbohrung eines anderen benachbarten Trennelementes zugewandt ist, und
daß das Schraubelement einen in die Bohrung größeren Durch­ messers eingesetzten Teil (93a) größeren Durchmessers mit einer Gewindebohrung (93f) und einem für das Drehen mittels eines Werkzeugs an dem Außenumfang ausgebildeten Abschnitt (93ba) und einen in die Bohrung kleineren Durchmessers ein­ gesetzten Teil (93b) kleineren Durchmessers mit einem Außengewinde (93k) aufweist, welches lösbar in die Gewinde­ bohrung eines Schraubelementes eines anderen benachbarten Trennelementes eingeschraubt ist.

17. Brennstoffzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Teil (93a) größeren Durchmessers des Schraub­ elementes (93) eine axiale Stirnfläche und eine in der axialen Stirnfläche ausgebildete Eingriffausnehmung (93e) aufweist, die ein Werkzeug aufnimmt, mit dem der Teil grö­ ßeren Durchmessers des Schraubelementes um die axiale Mitte der Befestigungsbohrung (85) drehbar ist.

18. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der blattförmige Trockenelektro­ lyt (2) durch einen Polymerfilm gebildet ist, welcher Was­ serstoffionen durchläßt.

19. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelektroden (3) und die Sauerstoffelektroden (4) Kohleelektroden sind.