DE19804880A1 - Brennstoffzelle mit flüssigem Oxidationsmittel - Google Patents

Brennstoffzelle mit flüssigem Oxidationsmittel

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Thorsten Kels
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb einer Brennstoffzelle.
Eine Brennstoffzelle weist eine Kathode, eine Anode und einen zwischen Anode und Kathode liegenden Elektrolyten auf. Der Kathode wird ein Oxidationsmittel, z. B. Luft und der Anode wird ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff, zugeführt.
Es ist allgemein bekannt, eine Brennstoffzelle mit Gasen als Oxidationsmittel sowie mit Gasen oder Flüssigkeiten als Brennstoff bei erhöhten Drücken bis ca. 3,5.105 PA zu betreiben.
Verschiedene Brennstoffzellentypen sind bekannt, so beispielsweise die PEM-Brennstoffzelle aus der Druckschrift DE 195 31 852 C1. Diese weist eine Polymer-Elektrolyt-Membran, zum Beispiel bestehend aus Nafion®, auf.
Die Betriebstemperatur einer PEM-Brennstoffzelle liegt bei ca. 60-260° C. An der Anode einer PEM-Brenn­ stoffzelle bilden sich in Anwesenheit des Brennstoffs mittels eines Katalysators Protonen. Die Protonen passieren den Elektrolyten und verbinden sich auf der Kathodenseite mit dem vom Oxidationsmittel stammenden Sauerstoff zu Wasser. Elektronen werden dabei freigesetzt und elektrische Energie erzeugt.
Durch Steigerung des Druckes im Anodenraum kann die Leistung der Brennstoffzelle gesteigert werden. Ein hohes Druckgefälle zwischen Anode und Kathode belastet jedoch den Elektrolyten mechanisch, so daß der Elektrolyt beschädigt oder zerstört werden kann.
Um die vorgenannte Beschädigung oder Zerstörung zu vermeiden, ist das Oxidationsmittel ebenfalls auf den Druck der Anodenseite zu verdichten. Ein erhöhter Druck auf der Kathodenseite begünstigt ferner die Transport- und elektrochemischen Vorgänge in der porösen Kathodenschicht.
Um den Druck auf der Kathodenseite geeignet zu erhöhen, muß jedoch Komprimierungsarbeit verrichtet werden. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems sinkt entsprechend.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das einen leistungsfähigeren Betrieb der Brennstoffzelle im Vergleich zum vorgenannten Stand der Technik ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Problemlösung umfaßt die Erzeugung eines Überdrucks auf der Kathodenseite durch Zuführung einer sauerstoffhaltigen Flüssigkeit in den Raum, in dem sich die Kathode befindet.
Durch die Verwendung eines Oxidationsmittels, welches in einer Trägerflüssigkeit gelöst oder chemisch gebunden vorliegt, kann der Überdruck mit vergleichsweise geringer Pumpleistung erzeugt werden, da Flüssigkeiten im Gegensatz zu Gasen nahezu inkompressibel sind.
Somit wird der Wirkungsgrad des Gesamtsystems gesteigert.
Beispiel für eine Flüssigkeit, die der Kathode zugeführt wird, ist eine Wasserstoffperoxid-Lösung in Wasser mit hinreichend hoher Konzentration. Das Wasserstoffperoxid fungiert als Oxidationsmittel. Die Flüssigkeit bewirkt, daß mit geringer Pumpleistung ein kathodenseitiger Überdruck erzeugt werden kann.
Grundsätzlich sind O2-haltige Flüssigkeiten geeignet, die für den Betrieb der Brennstoffzelle hinreichend viel Sauerstoff enthalten.
Der Überdruck ist so zu wählen, daß auf der Anoden- und der Kathodenseite ein vergleichbar hoher Druck herrscht. Beschädigungen der Membran können so vermieden werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, bei der auf der Anoden- und der Kathodenseite ein Überdruck erzeugt wird und zur Erzeugung des kathodenseitigen Überdruckes der Kathode ein flüssiges Oxidationsmittel oder eine Flüssigkeit mit in der Flüssigkeit befindlichem Oxidationsmittel zugeleitet wird.
2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem als Flüssigkeit, die der Kathode zugeleitet wird, eine wäßrige Wasserstoffperoxid-Lösung eingesetzt wird.
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