DE19636903C1 - Fuel-cell module - Google Patents

Fuel-cell module

Info

Publication number
DE19636903C1
DE19636903C1 DE19636903A DE19636903A DE19636903C1 DE 19636903 C1 DE19636903 C1 DE 19636903C1 DE 19636903 A DE19636903 A DE 19636903A DE 19636903 A DE19636903 A DE 19636903A DE 19636903 C1 DE19636903 C1 DE 19636903C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell module
housing
module according
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19636903A
Other languages
German (de)
Inventor
Volker Dr Ing Peinecke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority to DE19636903A priority Critical patent/DE19636903C1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19636903C1 publication Critical patent/DE19636903C1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2418Grouping by arranging unit cells in a plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • H01M8/0208Alloys
    • H01M8/021Alloys based on iron
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The fuel cell module has at least two individual cells arranged in a plane inside a rectangular housing consisting of anode and cathode sides with a gas inlet and outlet (4,5;8,9) for the combustion gases. The housing parts (10,11) are connected together at a sealed joint. The cells are electrically connected in series and the anode and cathode spaces in each housing are arranged in series wrt. gas flow. Gas distributors in the anode and cathode chambers of the individual cells are connected via gas channels (6,7) which open into edge channels (19) for modules with more than one row of cells.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenmodul.The invention relates to a fuel cell module.

Brennstoffzellen sind üblicherweise modular aufgebaut. Das bedeutet, daß viele Einzelzellen zu Zellenstapeln hinterein­ ander angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden.Fuel cells are usually of modular design. The means that many individual cells are stacked in a row arranged differently and electrically connected in series.

Mit modernen Brennstoffzellen sind relativ hohe Ströme bei relativ kleinen Spannungen zu erreichen. Betriebsstromdich­ ten von 0,5 bis etwa 3 A/cm² werden z. B. mit Membranbrenn­ stoffzellen im Wasserstoff/Sauerstoff-Betrieb heute leicht erreicht. Bei modernen Zellkonstruktionen betragen die akti­ ven Flächen der Membran/Elektroden-Einheiten über 100 cm², so daß mit Betriebsströmen von mindestens 50-300 A umgegan­ gen werden muß. Diese hohen Ströme sind technisch relativ schlecht nutzbar, eher sind hohe Spannungen erwünscht. Die Spannungen der Einzelzellen liegen aber bei allen Zelltypen nur zwischen 0,5 und 1,0 V. Um hohe Gesamtspannungen zu erreichen, werden daher viele Einzelzellen in Reihe geschal­ tet. Durch jede Einzelzelle fließt dann der gleiche Strom.With modern fuel cells, relatively high currents are involved to achieve relatively low voltages. Operating current from 0.5 to about 3 A / cm², e.g. B. with membrane burner Fabric cells in hydrogen / oxygen operation are easy today reached. In modern cell designs, the acti ven areas of the membrane / electrode units over 100 cm², so that with operating currents of at least 50-300 A coped must be gen. These high currents are technically relative poorly usable, rather high voltages are desirable. The However, the tensions of the individual cells lie in all cell types only between 0.5 and 1.0 V. To achieve high total voltages reach, many individual cells are therefore shuttered in series tet. The same current then flows through each individual cell.

Zwischen jeweils zwei Einzelzellen wird eine bipolare Platte angeordnet, die die Einzelzellen elektrisch miteinander ver­ bindet. Eine solche Anordnung ist z. B. aus der DE 195 15 457 C1 bekannt.A bipolar plate is placed between two individual cells arranged that ver the individual cells electrically together binds. Such an arrangement is e.g. B. from DE 195 15 457 C1 known.

Die Einzelzellen oder zumindest Gruppen von Einzelzellen werden brennstofftechnisch parallel angeordnet und durch große Gas- bzw. Flüssigkeitszuführungsleitungen und davon abzweigende Kanäle z. B. mit den Brenngasen Wasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft versorgt. Die Gas- und Produktwas­ serabführung geschieht ebenfalls über großdimensionierte Abführungsleitungen. Derartige Brennstoffzellenmodule sind beispielsweise aus der DE 43 08 780 C1 oder der EP 0 328 812 A1 bekannt. The single cells or at least groups of single cells are arranged in parallel in terms of fuel technology and by large gas or liquid supply lines and the like branching channels z. B. with the fuel gases hydrogen and Oxygen or air supplied. The gas and product was Drainage also takes place via large dimensions Drain lines. Such fuel cell modules are for example from DE 43 08 780 C1 or EP 0 328 812 A1 is known.  

Hierbei sind viele runde oder eckige Einzelzellen aufeinan­ dergesetzt. Bei diesem recht komplizierten Aufbau kann die entstehende Abwärme nur sehr schlecht durch Wärmeleitung oder freie Konvektion aus dem Inneren der Brennstoffzelle nach außen transportiert werden. Die bipolaren Platten wer­ den deshalb mindestens teilweise als Kühlelemente genutzt, die dann jeweils die bipolaren Platten ersetzen. Sie sind zu diesem Zweck hohl ausgeführt und von einem Kühlmedium durch­ flossen, z. B. von Wasser oder Luft. Der Einbau von Kühlele­ menten vergrößert den technischen Aufwand jedoch erheblich.There are many round or square single cells on top of each other set. With this rather complicated structure, the generated heat is very poor due to heat conduction or free convection from inside the fuel cell be transported outside. The bipolar plates who therefore at least partially used as cooling elements, which then replace the bipolar plates. You are too hollow for this purpose and by a cooling medium fins, e.g. B. of water or air. The installation of Kühlele However, the technical effort increases considerably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoff­ zellenmodul mit mehreren Einzelzellen anzugeben, das kon­ struktiv einfach aufgebaut und dessen Eigenkühlung verbes­ sert ist.The invention has for its object a fuel cell module with several individual cells to indicate the con structurally simple and its self-cooling improves sert is.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Anordnung von mindestens zwei innerhalb eines quaderförmigen Gehäuses in einer Ebene angeordnete Einzelzellen, wobei das Gehäuse aus einem anoden- und einem kathodenseitigen, jeweils mit einem Gasein- und -auslaß für die Brenngase versehenen Gehäuseteil besteht, die Gehäuseteile dichtend miteinander verbunden sind, die Einzelzellen elektrisch in Reihe geschaltet und die in jedem Gehäuseteil gebildeten Anoden- oder Kathodenräume gastechnisch jeweils mindestens in einer Reihe hintereinander angeordnet sind, indem in den Anoden- und Kathodenräumen der Einzelzellen angeordnete Gasverteiler über Gaskanäle jeweils miteinander verbunden sind, die bei Brennstoffzellenmodulen mit mehr als einer Einzelzellenreihe in randseitige Gehäusekanäle münden.According to the invention, the object is achieved by an arrangement of at least two within a cuboid housing single cells arranged in one plane, the housing of an anode and a cathode, each with a gas inlet and outlet for the fuel gases Housing part exists, the housing parts sealing together are connected, the individual cells electrically in series switched and the anode or formed in each housing part In terms of gas technology, at least one cathode compartment each Row are arranged one behind the other by in the anode and Gas distributors arranged in the cathode spaces of the individual cells are connected to each other via gas channels, which at Fuel cell modules with more than one single cell row open into housing channels on the edge.

Der Gasdurchlauf in der jeweiligen Reihe verläuft dann bevorzugt nur in deren Richtung, ehe er über einen randsei­ tigen Gaskanal zur nächsten Reihe übergeleitet wird. Denkbar ist auch ein zick-zack-förmiger Verlauf mit teilweise rand­ seitigen und teilweise innenliegenden Verbindungskanälen zwischen den Reihen. The gas flow in the respective row then runs preferably only in their direction, before it crosses an edge gas channel to the next row. Conceivable is also a zigzag shape with a partial border side and partially internal connection channels between the rows.  

Sämtliche Anodenräume bzw. Kathodenräume werden durch die gastechnische Hintereinanderanordnung mit demselben Gasstrom versorgt.All anode spaces or cathode spaces are covered by the Gas series arrangement with the same gas flow provided.

In bevorzugter Weise werden die Gasverteiler durch Gasverteilernuten gebildet, die in die Gehäuseteile eingear­ beitet sind und die die Gase an den Membran/Elektroden- Einheiten vorbeiführen bzw. zum nächsten Gehäusekanal leiten.The gas distributors are preferably through Gas distribution grooves formed, which are incorporated into the housing parts are processed and which the gases on the membrane / electrode Guide units past or to the next housing channel conduct.

Die Gehäuseteile weisen eine unkomplizierte Form auf und können technologisch einfach, z. B. aus Kunststoff herge­ stellt werden. Sie können z. B. spritzgegossen werden.The housing parts have an uncomplicated shape and can be technologically simple, e.g. B. made of plastic be put. You can e.g. B. be injection molded.

Die Zellen werden elektrisch in Reihe geschaltet, indem durch elektrische Brücken die Anode einer Zelle mit der Kathode der nächsten Zelle verbunden wird. Die einzelnen Membran/Elektroden-Einheiten werden hierzu jeweils beidsei­ tig mit Stromableitern kontaktiert, die durch das Aufeinanderdrücken der Gehäuseteile beidseitig an die Mem­ bran/Elektroden-Einheit angepreßt werden. Hiermit wird ein guter elektrischer Kontakt erreicht. Die Stromableiter, die z. B. aus porösem Graphit, Edelstahl oder Titan bestehen können, werden an die Stromableiterkontakte, die im Gehäuse fest angeordnet sein können, angedrückt. Diese Stromablei­ terkontakte sind z. B. durch Drähte oder Metallfolien entwe­ der mit einem Außenkontakt oder über Kontaktpunkte in den Gehäuseteilen mit dem Stromableiterkontakt der nächsten Zelle verbunden.The cells are electrically connected in series by the anode of a cell with the Cathode of the next cell is connected. The single ones For this purpose, membrane / electrode units are used on both sides tig contacted with current arresters that through the Press the housing parts together on both sides of the mem bran / electrode unit are pressed. Hereby a good electrical contact achieved. The current arrester that e.g. B. made of porous graphite, stainless steel or titanium can be connected to the current collector contacts in the housing can be fixed, pressed. This current lead terkontakte are z. B. by wires or metal foils the one with an external contact or via contact points in the Housing parts with the current conductor contact of the next Cell connected.

In bevorzugter Weise kann die Verbindung der Stromleiterkon­ takte so ausgeführt sein, daß sie jeweils mit in den Gehäu­ seteilen fest angeordneten Kontaktplatten verbunden sind, die beim Verbinden der beiden Gehäuseteile aufeinander auf­ setzen und so eine Verbindung zwischen jeweils zwei Einzel­ zellen herbeiführen. Die Drähte, die Stromableiterkontakte und die Kontaktpunkte können in den Gehäuseteilen mit vergossen sein.In a preferred manner, the connection of the current conductors clocks should be designed so that they are included in the housing partially fixed contact plates are connected, that when connecting the two housing parts to each other put and so a connection between two single induce cells. The wires, the current conductor contacts and the contact points can in the housing parts with  be shed.

Die einzelnen Membran/Elektroden-Einheiten sind jeweils mit den zwei Stromableitern zwischen das untere und das obere Gehäuseteil eingelegt und z. B. durch eine im unteren Gehäu­ seteil eingelegte umlaufende Dichtung gegen das untere Gehäuseteil abgedichtet.The individual membrane / electrode units are included the two current arresters between the lower and the upper Housing part inserted and z. B. by a in the lower case Partially inserted all-round seal against the lower one Sealed housing part.

Die entstehende Abwärme wird über die Stromableiter an die Gehäuseteile abgegeben und von dort durch Wärmeleitung nach außen transportiert. Dort kann die Wärme entweder an ein vorbeifließendes Kühlmedium oder durch Konvektion an die Luft abgegeben werden.The waste heat is transferred to the Housing parts released and from there by heat conduction transported outside. There the heat can either be on coolant flowing past or by convection to the Air are released.

Will man viele Einzelzellen hintereinander anordnen, so kann man lange einreihige Quader herstellen, wobei die Gase dann aus der letzten Einzelzelle in geeigneter Form abgeführt werden müssen.If you want to arrange many individual cells in a row, you can you produce long single-row cuboids, the gases then discharged from the last single cell in a suitable form Need to become.

In bevorzugter Weise kann das Brennstoffzellenmodul aber auch so aufgebaut sein, daß die Einzelzellen in mindestens zwei Reihen angeordnet sind und das Gehäuse randseitig mit die Reihen der Einzelzellen verbindenden Gehäusekanälen ver­ sehen ist. Auf diese Weise können der Gaseinlaß und der Gas­ auslaß auf dieselbe Seite gelegt werden, indem die Gase nach Durchlaufen einiger Zellen umgelenkt werden und genauso viele Zellen bis zum Auslaß durchlaufen.However, the fuel cell module can preferably also be constructed so that the individual cells in at least two rows are arranged and the housing on the edge ver the rows of housing cells connecting individual cells see is. In this way, the gas inlet and the gas outlet to be placed on the same side by the gases after Go through some cells and be redirected as well go through many cells to the outlet.

Insbesondere eignen sich die Brennstoffzellenmodule dann für Kleinverbraucher mit geringer Leistung, für die oft eine erhebliche Spannungshöhe, aber nur ein geringer Strom gefor­ dert wird.The fuel cell modules are then particularly suitable for Small consumers with low performance, for whom often one considerable voltage level, but only a small current required is changed.

Die erfindungsgemäßen Brennstoffzellenmodule lassen sich durch Stapelung auch zu großen Einheiten zusammenschalten, wobei durch eine entsprechende elektrische Verschaltung der Gesamtanordnung entweder die Spannung oder der Strom oder auch beides erhöht werden kann. Sehr große Einheiten müssen durch entsprechende Anordnung, z. B. durch Belassung von Zwischenräumen zwischen den Brennstoffzellen oder durch Zwischenlegen von Kühlplatten gekühlt werden.The fuel cell modules according to the invention can be interconnect to large units by stacking, with a corresponding electrical connection of the Overall arrangement either the voltage or the current or both can also be increased. Very large units must  by appropriate arrangement, e.g. B. by leaving Gaps between the fuel cells or through Intermediate cooling plates are cooled.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnun­ gen zeigenThe invention is illustrated below with the aid of an embodiment be explained in more detail. In the associated drawings gen show

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung von zwei Einzelzel­ len innerhalb eines Gehäuses in einer schemati­ schen Schnittdarstellung, Fig. 1 shows the arrangement according to the invention of two Einzelzel len within a housing in a schemati's sectional view,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Gehäuseteil und Fig. 2 shows a cross section through a housing part and

Fig. 3 schematisch die erfindungsgemäße Anordnung von vier Einzelzellen in Draufsicht. Fig. 3 shows schematically the arrangement of four individual cells according to the invention in plan view.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung von zwei in einer Reihe liegenden Einzelzellen. Die Einzelzellen beste­ hen aus einer Anode 1 und einer Kathode 2, die mit einer Membran voneinander getrennt sind und mit dieser eine Membran/Elektroden-Einheit 3 bilden. Die Anodenräume werden über den Gaseinlaß 4 und den zugehörigen zylindrischen Gaskanal 6 mit Wasserstoff, die Kathodenräume über einen Gaseinlaß 5 und den zugehörigen Gaskanal 7 mit Sauerstoff versorgt, wobei beide Einzelzellen miteinander ebenfalls über Gaskanäle 6 und 7 verbunden sind. Die Gas- und Produktwasserabführung geschieht über die Gasauslässe 8 und 9. Fig. 1 shows the inventive arrangement of two in a row lying single cells. The individual cells consist of an anode 1 and a cathode 2 , which are separated from one another by a membrane and form a membrane / electrode unit 3 with the latter. The anode compartments are supplied with hydrogen via the gas inlet 4 and the associated cylindrical gas duct 6 , the cathode compartments with oxygen via a gas inlet 5 and the associated gas duct 7 , both individual cells likewise being connected to one another via gas ducts 6 and 7 . The gas and product water discharge takes place via the gas outlets 8 and 9 .

Die Gaseinlässe 4 und 5, die Gaskanäle 6 und 7 sowie die Gasauslässe 8 und 9 sind jeweils in ein oberes Gehäuseteil 10 und ein unteres Gehäuseteil 11 eingearbeitet. Ebenfalls in die Gehäuseteile 10 und 11 eingearbeitet sind Gasvertei­ lernuten 12, die für die Gasverteilung in den Anoden- und Kathodenräumen sorgen, wie auch aus der Darstellung gemäß Fig. 2 deutlich wird, die einen Schnitt durch das Gehäuse­ teil 11 zwischen der Dichtung 13 und der Kante der Ausneh­ mung mit den Gasverteilernuten 12 zeigt.The gas inlets 4 and 5 , the gas channels 6 and 7 and the gas outlets 8 and 9 are each incorporated in an upper housing part 10 and a lower housing part 11 . Also incorporated in the housing parts 10 and 11 are Gasvertei lernuten 12 , which ensure the gas distribution in the anode and cathode spaces, as is also clear from the illustration in FIG. 2, a section through the housing part 11 between the seal 13 and the edge of the recess with the gas distributor grooves 12 shows.

Nach dem Einlegen beider Einzelzellen in das untere Gehäuse­ teil 11 wird das obere Gehäuseteil 10 aufgesetzt und mit dem unteren Gehäuseteil 11 fest verbunden, wobei die Anoden- und Kathodenräume gegenseitig durch eine im unteren Gehäuseteil 11 einseitig umlaufende Dichtung 13 abgedichtet werden, indem die Dichtung 13 auf den unbeschichteten Außenteil der Membran aufsetzt.After inserting both individual cells in the lower housing part 11 , the upper housing part 10 is placed and firmly connected to the lower housing part 11 , the anode and cathode spaces being mutually sealed by a circumferential seal 13 in the lower housing part 11 by the seal 13 attaches to the uncoated outer part of the membrane.

Durch das Verbinden der Gehäuseteile 10 und 11 werden gleichzeitig jeweils zwei Stromableiter 14 von jeder Seite auf die Membran/Elektroden-Einheit 3 gepreßt, wobei ein guter elektrischer Kontakt zu den Membran/Elektroden-Einhei­ ten 3 hergestellt wird. Auf der Außenseite der Stromableiter 14 wird außerdem die Verbindung zu Stromableiterkontakten 15 bewirkt, die in den Gehäuseteilen 10 und 11 fest angeordnet sind. Die Stromableiterkontakte 15 sind durch die hier ange­ deuteten Drähte 16 entweder mit den Außenkontakten 17 (Plus- bzw. Minuspol) oder über die Kontaktplatte 18 mit dem Strom­ leiterkontakt 15 der nächsten Zelle verbunden, so daß jeweils eine Anode einer Einzelzelle mit der Kathode der nächsten Einzelzellen verbunden und die Einzelzellen insge­ samt in Reihe geschaltet sind. Die Kontaktplatten 18 setzen beim Verbinden der Gehäuseteile 10 und 11 aufeinander auf.By connecting the housing parts 10 and 11 , two current conductors 14 are pressed from each side onto the membrane / electrode unit 3 at the same time, a good electrical contact with the membrane / electrode units 3 being produced. On the outside of the current collector 14 , the connection to current conductor contacts 15 is also effected, which are fixedly arranged in the housing parts 10 and 11 . The current conductor contacts 15 are connected through the wires 16 indicated here either to the external contacts 17 (positive or negative pole) or via the contact plate 18 to the current contact 15 of the next cell, so that one anode of a single cell with the cathode of the next Single cells connected and the individual cells are connected in series. The contact plates 18 rest on one another when the housing parts 10 and 11 are connected .

Die Gehäuseteile 10 und 11 bestehen aus einem nichtleitenden Kunststoff. Die Drähte 16, die Stromleiterkontakte 15 und die Kontaktplatte 18 können in den Gehäuseteilen 10 und 11 vergossen sein.The housing parts 10 and 11 consist of a non-conductive plastic. The wires 16 , the current conductor contacts 15 and the contact plate 18 can be cast in the housing parts 10 and 11 .

Die entstehende Abwärme wird über die Stromableiter 14 an die Gehäuseteile 10 und 11 abgegeben und von diesen durch Konvektion an die Umgebungsluft abgeführt. Zusätzlich kann das Gehäuse ggf. von einem Luftstrom angeblasen werden.The waste heat generated is released via the current arrester 14 to the housing parts 10 and 11 and is dissipated by these to the ambient air by convection. In addition, the housing can be blown by an air stream if necessary.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäß aufgebauten Quader einer Brennstoffzelle mit zwei Reihen von jeweils zwei Einzelzel­ len. Gaseinlaß 5 und Gasauslaß 9 des hier gezeigten unteren Gehäuseteils 11 liegen auf derselben Seite. Das Brenngas muß zu diesem Zweck mittels eines Gehäusekanals 19 nach dem Durchlaufen der unteren beiden Einzelzellen umgelenkt werden, um dann die restlichen beiden Einzelzellen durchlau­ fen zu können. Elektrisch sind die vier Einzelzellen durch die hier angedeutete Verschaltung, die dann teilweise in dem hier nicht gezeigten oberen Gehäuseteil 10 liegt, in Reihe geschaltet. Die Dichtung 13 in Form eines O-Rings ist hier ebenfalls nur für eine Einzelzelle angedeutet. Fig. 3 shows a cuboid of a fuel cell constructed according to the invention with two rows of two individual cells. Gas inlet 5 and gas outlet 9 of the lower housing part 11 shown here are on the same side. For this purpose, the fuel gas has to be deflected by means of a housing channel 19 after it has passed through the lower two individual cells, so that the remaining two individual cells can then be run through. The four individual cells are electrically connected in series by the connection indicated here, which is then partly in the upper housing part 10 , which is not shown here. The seal 13 in the form of an O-ring is also only indicated here for a single cell.

Insgesamt entsteht so ein Quader mit quadratischer Basis­ fläche, der sich durch Stapelung zu größeren Einheiten zusammenstellen läßt, wobei durch eine entsprechende Ver­ schaltung der Gesamteinheit entweder die Spannung oder der Strom oder auch beides erhöht werden kann. Bei sehr großen Einheiten können ggf. Kühleinheiten integriert werden, z. B. in Form von Kühlquadern.Overall, this creates a cuboid with a square base area that is stacked up to form larger units  can be put together, with a corresponding Ver switching the whole unit either the voltage or the Electricity or both can be increased. With very large ones Units can optionally be integrated cooling units, e.g. B. in the form of cooling cuboids.

Claims (11)

1. Brennstoffzellenmodul, gekennzeichnet durch minde­ stens zwei innerhalb eines quaderförmigen Gehäuses in einer Ebene angeordnete Einzelzellen, wobei das Gehäuse aus einem anoden- und einem kathodenseitigen, jeweils mit einem Gasein- und -auslaß (4, 5; 8, 9) für die Brenngase verse­ henen Gehäuseteil (10, 11) besteht, die Gehäuseteile (10, 11) dichtend miteinander verbunden sind, die Einzelzellen elektrisch in Reihe geschaltet und die in jedem Gehäuseteil (10, 11) gebildeten Anoden- oder Kathodenräume gastechnisch jeweils in mindestens einer Reihe hintereinander angeordnet sind, indem in den Anoden- und Kathodenräumen der Einzelzel­ len angeordnete Gasverteiler über Gaskanäle (6, 7) jeweils miteinander verbunden sind, die bei Brennstoffzellenmodulen mit mehr als einer Einzelzellenreihe in randseitige Gehäu­ sekanäle (19) münden.1. Fuel cell module, characterized by at least two single cells arranged within a cuboid housing in one plane, the housing comprising an anode and a cathode side, each with a gas inlet and outlet ( 4 , 5 ; 8 , 9 ) for the fuel gases verse hen housing part ( 10 , 11 ), the housing parts ( 10 , 11 ) are sealingly connected to each other, the individual cells are electrically connected in series and the anode or cathode spaces formed in each housing part ( 10 , 11 ) gas-wise in each case in at least one row are arranged by in the anode and cathode spaces of the individual cells arranged gas distributors via gas channels ( 6 , 7 ) are each connected to one another, which in fuel cell modules with more than one row of cells open into edge-side housing channels ( 19 ). 2. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteiler durch Gasverteilernuten (12) gebildet sind.2. Fuel cell module according to claim 1, characterized in that the gas distributors are formed by gas distributor grooves ( 12 ). 3. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (10, 11) aus Kunststoff bestehen. 3. Fuel cell module according to claim 1 or 2, characterized in that the housing parts ( 10 , 11 ) consist of plastic. 4. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (10, 11) spritzgegossen sind.4. Fuel cell module according to claim 3, characterized in that the housing parts ( 10 , 11 ) are injection molded. 5. Brennstoffzellenmodul nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- und Kathodenräume durch Membran/Elektroden-Einheiten (3) vonein­ ander getrennt sind, die beidseitig mit Stromableitern (14) kontaktiert sind.5. Fuel cell module according to one of the preceding claims, characterized in that the anode and cathode spaces are separated from one another by membrane / electrode units ( 3 ) which are contacted on both sides with current conductors ( 14 ). 6. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiter (14) auf in den Gehäuseteilen (10, 11) fest angeordnete Stromableiterkon­ takte (15) aufsetzen, die untereinander oder mit einem Außenkontakt (17) verbunden sind.6. Fuel cell module according to claim 5, characterized in that the current arrester ( 14 ) in the housing parts ( 10 , 11 ) fixedly arranged Stromabliterkon put ( 15 ), which are connected to each other or to an external contact ( 17 ). 7. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiterkontakte (15) jeweils mit in den Gehäuseteilen (10, 11) fest angeordneten Kontakt­ platten (18) verbunden sind, die beim Verbinden der Gehäuse­ teile (10, 11) aufeinander aufsetzen.7. A fuel cell module according to claim 6, characterized in that the current conductor contacts ( 15 ) are each connected to fixedly arranged contact plates ( 18 ) in the housing parts ( 10 , 11 ), which parts ( 10 , 11 ) are placed one on top of the other when the housing is connected. 8. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiter <14) aus Graphit bestehen.8. Fuel cell module according to one of claims 5 to 7, characterized in that the current arrester < 14 ) consist of graphite. 9. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiter (14) aus Titan bestehen.9. Fuel cell module according to one of claims 5 to 7, characterized in that the current arrester ( 14 ) consist of titanium. 10. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiter (14) aus Edelstahl bestehen.10. Fuel cell module according to one of claims 5 to 7, characterized in that the current arrester ( 14 ) consist of stainless steel. 11. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiter (14) eine poröse Struktur aufweisen.11. Fuel cell module according to one of claims 5 to 10, characterized in that the current arrester ( 14 ) have a porous structure.
DE19636903A 1996-09-11 1996-09-11 Fuel-cell module Expired - Fee Related DE19636903C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19636903A DE19636903C1 (en) 1996-09-11 1996-09-11 Fuel-cell module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19636903A DE19636903C1 (en) 1996-09-11 1996-09-11 Fuel-cell module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19636903C1 true DE19636903C1 (en) 1998-01-02

Family

ID=7805256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19636903A Expired - Fee Related DE19636903C1 (en) 1996-09-11 1996-09-11 Fuel-cell module

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19636903C1 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19749003A1 (en) * 1997-11-06 1999-05-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Low temp. fuel cell with plastic end plates
WO1999052165A1 (en) * 1998-04-03 1999-10-14 Plug Power, Inc. Fuel cell fluid flow plate having conductivity and increased non-conductive material
WO1999060644A1 (en) * 1998-05-20 1999-11-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Fuel cell system
DE19908989A1 (en) * 1999-03-03 2000-09-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Fuel cell with modular, flexible gas distribution structures
WO2000069011A2 (en) * 1999-05-11 2000-11-16 Sfc Smart Fuel Cell Gmbh Fuel cell system and fuel cell therefor
WO2001075997A1 (en) * 2000-03-31 2001-10-11 Ingersoll-Rand Energy Systems Corporation Fuel cell flow distributor design for improving durability and performance
WO2002071526A2 (en) * 2001-03-06 2002-09-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Solid polymer electrolyte fuel cell assembly with gas passages in serial communication, and method of supplying reaction gas in fuel cell
WO2003010847A2 (en) * 2001-07-24 2003-02-06 Rolls-Royce Plc A solid oxide fuel cell stack
DE10151601A1 (en) * 2001-10-15 2003-04-30 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Gas distribution element, especially for fuel cell system, has integral measurement board with segments via which local current distribution can be measured, current tapping elements
DE102004008060A1 (en) * 2004-02-19 2005-09-08 Volkswagen Ag Fuel cell electrode device for generating electrical current has a main body containing a means of electrical contact separate from the main body
DE10039024B4 (en) * 2000-08-10 2007-07-12 Forschungszentrum Jülich GmbH Fuel cell stack with internal gas connections
DE102006048860A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Fuel cell module and its use
DE102015226123A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh fuel cell device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0328812A1 (en) * 1988-02-16 1989-08-23 Westinghouse Electric Corporation Electrochemical generators of rectangular design having corner heating
DE4308780C1 (en) * 1993-03-19 1994-11-17 Daimler Benz Ag Arrangement for connecting stacks of high-temperature fuel cells
DE19515457C1 (en) * 1995-04-27 1996-07-25 Mtu Friedrichshafen Gmbh High temp. fuel cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0328812A1 (en) * 1988-02-16 1989-08-23 Westinghouse Electric Corporation Electrochemical generators of rectangular design having corner heating
DE4308780C1 (en) * 1993-03-19 1994-11-17 Daimler Benz Ag Arrangement for connecting stacks of high-temperature fuel cells
DE19515457C1 (en) * 1995-04-27 1996-07-25 Mtu Friedrichshafen Gmbh High temp. fuel cell

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19749003A1 (en) * 1997-11-06 1999-05-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Low temp. fuel cell with plastic end plates
WO1999052165A1 (en) * 1998-04-03 1999-10-14 Plug Power, Inc. Fuel cell fluid flow plate having conductivity and increased non-conductive material
WO1999060644A1 (en) * 1998-05-20 1999-11-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Fuel cell system
DE19908989A1 (en) * 1999-03-03 2000-09-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Fuel cell with modular, flexible gas distribution structures
DE19908989C2 (en) * 1999-03-03 2001-07-05 Forschungszentrum Juelich Gmbh Fuel cell with modular, flexible gas distribution structures
EP1333517A2 (en) * 1999-05-11 2003-08-06 SFC Smart Fuel Cell AG Fuel cell assembly and fuel cell system thereof
WO2000069011A2 (en) * 1999-05-11 2000-11-16 Sfc Smart Fuel Cell Gmbh Fuel cell system and fuel cell therefor
WO2000069011A3 (en) * 1999-05-11 2001-10-11 Sfc Smart Fuel Cell Gmbh Fuel cell system and fuel cell therefor
EP1333517A3 (en) * 1999-05-11 2006-12-13 SFC Smart Fuel Cell AG Fuel cell assembly and fuel cell system thereof
WO2001075997A1 (en) * 2000-03-31 2001-10-11 Ingersoll-Rand Energy Systems Corporation Fuel cell flow distributor design for improving durability and performance
DE10039024B4 (en) * 2000-08-10 2007-07-12 Forschungszentrum Jülich GmbH Fuel cell stack with internal gas connections
WO2002071526A2 (en) * 2001-03-06 2002-09-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Solid polymer electrolyte fuel cell assembly with gas passages in serial communication, and method of supplying reaction gas in fuel cell
WO2002071526A3 (en) * 2001-03-06 2003-09-04 Honda Motor Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell assembly with gas passages in serial communication, and method of supplying reaction gas in fuel cell
WO2003010847A3 (en) * 2001-07-24 2003-12-18 Rolls Royce Plc A solid oxide fuel cell stack
US7422820B2 (en) 2001-07-24 2008-09-09 Rolls-Royce Plc Solid oxide fuel cell stack
WO2003010847A2 (en) * 2001-07-24 2003-02-06 Rolls-Royce Plc A solid oxide fuel cell stack
DE10151601A1 (en) * 2001-10-15 2003-04-30 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Gas distribution element, especially for fuel cell system, has integral measurement board with segments via which local current distribution can be measured, current tapping elements
DE10151601B4 (en) * 2001-10-15 2005-03-10 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Gas distribution element, contact plate and fuel cell stack
DE102004008060A1 (en) * 2004-02-19 2005-09-08 Volkswagen Ag Fuel cell electrode device for generating electrical current has a main body containing a means of electrical contact separate from the main body
DE102006048860A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Fuel cell module and its use
DE102006048860B4 (en) * 2006-10-16 2010-06-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Fuel cell module and its use
DE102015226123A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh fuel cell device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10041532B4 (en) Fuel cell stack and fuel cell system
DE3853006T2 (en) Process for improving the temperature distribution in a fuel cell.
DE19636903C1 (en) Fuel-cell module
DE4443945C1 (en) PEM fuel cell
DE112005001970B4 (en) The separator plate
DE10040792C2 (en) Polymer electrolyte membrane fuel cell system with cooling medium distribution space and collecting space and with cooling by fluid media
DE1421630B1 (en) Flat porous carbon electrode for fuel elements
EP1751817A1 (en) High temperature solid electrolyte fuel cell and fuel cell installation built with said fuel cell
DE10109654A1 (en) Fuel cell
EP1830426A1 (en) Bipolar plate, in particular for the fuel cell pack of a vehicle
DE10318402B4 (en) Fuel cell with insulated coolant distributor
EP3476000B1 (en) Device for energy conversion, in particular fuel cell or electrolyzer
EP2156495B1 (en) Repeater unit for a fuel cell stack
DE112009005315B4 (en) fuel cell stack
DE10009828A1 (en) Intermediate piece for solid oxide fuel cells
EP1314216B1 (en) Fuel cell stack with internal gas connections
DE102017218029B4 (en) Fuel cell
EP1755187A2 (en) Bipolar plate or electrode plate for a fuel cell or an electrolyser and manufacturing process
WO1994022179A1 (en) Arrangement for connecting stacks of high temperature fuel cells
EP1433215A2 (en) Fuel-cell stack
EP1481439A2 (en) Method and device for stacking fuel cells
EP1310009B1 (en) Fuel cell stack
DE102012201066A1 (en) Electric energy storage
DE19649456A1 (en) High temp. fuel cell
DE102017105464A1 (en) Current collector plates with fluid flow field for fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130403