DE19945713A1

DE19945713A1 - Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran (HTM)-Brennstoffzelle, HTM-Brennstoffzellenanlage, Verfahren zum Betreiben einer HTM-Brennstoffzelle und/oder einer HTM-Brennstoffzellenanlage

Info

Publication number: DE19945713A1
Application number: DE19945713A
Authority: DE
Inventors: Joachim Grose; Manfred Baldauf; Armin Datz; Rittmar Von Helmolt; Manfred Poppinger; Meike Reizig; Joerg-Roman Konieczny; Rolf Brueck
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH; Siemens AG
Current assignee: Siemens AG; Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2001-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochtemepratur-Polymer-Elektrolyt-Membran-(HTM)Brennstoffzelle, eine Anlage mit HTM-Brennstoffzellen und ein Verfahren zum Betreiben einer HTM-Brennstoffzelle und/oder HTM-Brennstoffzellenanlage. Die Erfindung geht vom Prinzip der bekannten PEM-Brennstoffzelle aus und überwindet deren wesentlichen Nachteil, die Abhängigkeit vom Wassergehalt durch die Wahl eines neuen Elektrolyten und die Veränderung der Betriebsbedingungen insbesondere der Temperatur und des Drucks.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperatur-Polymer- Elektrolyt-Membran-(HTM)-Brennstoffzelle, eine Anlage mit HTM-Brennstoffzellen und ein Verfahren zum Betreiben einer HTM-Brennstoffzelle und/oder HTM-Brennstoffzellenanlage.

Bekannt ist aus dem Buch von K. Ledjeff "Brennstoffzellen" (C. F. Müller Verlag 1995) die Polymer-Elektrolyt-Membran- (PEM)Brennstoffzelle, die als Membranelektrolyten ein Basis polymer hat, an dem [-SO₃H]-Gruppen hängen. Die elektrolyti sche Leitung findet dabei über hydratisierte Protonen statt. Diese Membran braucht entsprechend flüssiges Wasser, d. h. un ter Normaldruck Betriebstemperaturen unter 100°C, um die Pro tonenleitfähigkeit zu gewährleisten.

Nachteilig an der PEM-Brennstoffzelle ist unter anderem deren Empfindlichkeit gegenüber CO-enthaltendem Prozeßgas, sowie ihre Abhängigkeit von der in der Zelle vorhandenen Wassermen ge, was unter anderem dazu führt, daß die Prozeßgase extern befeuchtet werden müssen, damit die Membran nicht austrock net.

Aus der WO 96/13872 ist eine Membran bekannt, deren Protonen leitfähigkeit nicht auf Temperaturen unterhalb des Siede punkts von Wasser beschränkt ist. Aus der EP 0787 368 B1 ist eine Membran bekannt, auf deren Oberfläche feinverteilte, ka talytisch wirksame Metallteilchen aufgebracht sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennstoff zelle und/oder eine Brennstoffzellenanlage zur Verfügung zu stellen, die konzeptionell der PEM-Brennstoffzelle gleicht, die aber ihre wesentlichen Nachteile wie ihre Abhängigkeit vom Wassergehalt in der Zelle überwindet. Zudem ist es Aufga be der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben ei ner solchen Brennstoffzelle und/oder einer solchen Brenn stoffzellenanlage zur Verfügung zu stellen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Hochtempera tur-Polymer-Elektrolyt-Membran(HTM)-Brennstoffzelle, die im wesentlichen unabhängig vom Wassergehalt in der Zelle arbei tet.

Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Be trieb einer HTM Brennstoffzelle und/oder einer HTM- Brennstoffzellenanlage, das bei einem Betriebsdruck des HTM- Brennstoffzellenstacks im Bereich von 0,3 bis 5 bar absolut und/oder einer Betriebstemperatur im Bereich von 80°C bis 300°C geführt wird.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung eine HTM- Brennstoffzellenanlage mit zumindest einer HTM- Brennstoffzelleneinheit, die bei einem Betriebsdruck von 0,3 bis 5 bar absolut und/oder bei einer Betriebstemperatur von 80°C bis 300°C betreibbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der Betriebsdruck im HTM-Brennstoffzellenstack beträgt 0,3 bis 5 bar, bevorzugt 0,5 bis 3,5 bar absolut, besonders be vorzugt 0,8 bar bis 2 bar absolut.

Die Betriebstemperatur im HTM-Brennstoffzellenstack liegt un ter dem im Stack herrschenden Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel dem herrschenden Betriebsdruck, oberhalb des Siede punkts von Wasser und unterhalb der Zersetzungs- und/oder Schmelztemperatur der Konstruktionsteile der Brennstoffzelle und beträgt beispielsweise zwischen 80°C und 300°C, vorzugs weise zwischen 100°C und 220°C.

Mit "im wesentlichen unabhängig vom Wassergehalt" ist hier gemeint, daß die Zelle während des normalen Betriebszustandes weder befeuchtet noch getrocknet werden muß. Es heißt jedoch auch, daß während des Starts oder während des Betriebs Situa tionen entstehen können, in denen Wasser (z. B. in flüssigem Zustand wegen der Gefahr des Ausspülens des Elektrolyten) zu Leistungseinbußen führen kann. Die HTM-Brennstoffzelle arbei tet im wesentlichen unabhängig vom Wassergehalt, weil sie ei nen eigendissoziierenden Elektrolyten und/oder eine konstruk tive Vorrichtung hat, in der ausgespülter Elektrolyt zwi schengespeichert wird, so daß kein Nachdosieren des durch Produktwasser ausgespülten Elektrolyten erforderlich ist.

Es gibt eine Reihe von Situationen, für die ein Abfall der Temperatur in der Zelle und damit eine Ansammlung von flüssi gem Produktwasser in der Zelle denkbar ist, z. B. eine Drosse lung der Leistung mit einem Nachlauf der Kühlung oder das Kaltstarten der Anlage an sich.

Eine HTM-(Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran)- Brennstoffzelle, auch HTM-Brennstoffzelleneinheit genannt, umfaßt folgende Bestandteile

- eine Membran und/oder Matrix,
- - die einen eigendissoziierenden und/oder autoprotolyti schen Elektrolyten chemisch und/oder physikalisch gebun den enthält
- zwei Elektroden, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Membran und/oder Matrix befinden
- angrenzend an mindestens eine Elektrode eine Reaktionskam mer, die durch jeweils eine Polplatte und/oder eine ent sprechende Randkonstruktion gegen die Umgebung abgeschlos sen ist, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, durch die Prozeßgas in die Reaktionskammer ein- und ausgebracht wer den kann,
- wobei die Konstruktionsteile der HTM-Brennstoffzelle so beschaffen sind, daß sie erniedrigten Druck bis zu ca. 0,3 bar und Temperaturen bis zu 300°C langfristig aushalten.

Eine Elektrode umfaßt eine aktive Katalysatorschicht, die ei nen metallischen Katalysator wie Platin oder eine Legierung aus Metallen der Platinguppe enthält und zudem zur Verbesse rung der Porosität und/oder der Gaspermeabilität bestimmte feste Träger wie z. B. Kohlegewebe und/oder Füllstoffe wie Rußpartikel haben kann.

Nach einer Ausführungsform ist der feste Träger zur Verbesse rung der Porosität der Elektrode aus Siliciumcarbid.

Nach einer weiteren Ausführungsform hat die Elektrode keinen festen Träger sondern die aktive Katalysatorschicht schließt direkt an die Membran an und/oder ist in die äußere Schicht der Membran eingearbeitet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Katalysatorpaste rußhaltig ist, so daß in den Elektrokataly sator durch die Struktur der Bipolatplatte Gasleitungsstruk turen eingeprägt werden. Eine weitere Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist durch die Verwendung einer Membran, auf deren Oberfläche feinverteilte katalytisch wirksame Metall teilchen aufgebracht sind, möglich.

Nach einer Ausgestaltung ist die Membran mehrschichtig aufge baut, wodurch der Elektrolyt, wie zum Beispiel Phosphorsäure, besser in der Membran, zwischen den Schichten gehalten werden kann. Beispielsweise ist eine Sperrschicht im Randbereich der Membran eingearbeitet.

Nach einer vorteilhaften Ausführung der HTM-Brennstoffzelle ist der Elektrolyt eine Broenstedtsäure, beispielsweise Phos phorsäure und/oder eine andere eigendissoziierende Verbin dung.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM-Brennstoff zelle liegen die Prozeßgase in der HTM-Brennstoff zelleneinheit und das Produktwasser gasförmig vor.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der HTM- Brennstoffzelle sind die Vorrichtungen, durch die Prozeßgas in die Reaktionskammer ein- und ausgebracht werden kann so angeordnet, daß das Prozeßgas angrenzender Reaktionskammern, im Gegen- oder Kreuzstrom fließen kann und/oder alternierend mal von der einen und mal von der anderen Seite in die Reak tionskammer eingebracht werden kann. Auf diese Weise kann der Temperaturgradient innerhalb der Brennstoffzelle möglichst gering gehalten werden und eventuelle CO- Katalysatorvergiftungen am Gaseinlaß einer Zelle können durch den Wechsel des Gaseinlasses ausgeglichen werden. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das Kühlmedium zu einem und/oder zu bei den Prozeßgasströmen im Gegen- und/oder Kreuzstrom fließt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in die HTM- Brennstoffzelle ein Trocknungsmittel wie zum Beispiel Kiesel gel, Blaugel, Calciumchlorid und/oder jede andere hygroskopi sche Substanz integriert, in dem die Luftfeuchtigkeit während und nach erfolgtem Abstellen der HTM-Brennstoffzellenanlage speicherbar ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in einem HTM- Brennstoffzellenstack ein Kühlsystem enthalten. Dieses Kühl system kann sowohl einstufig als auch zweistufig, aus einem Primär- und einem Sekundärkühlkreislauf aufgebaut sein, wobei im sekundären Kühlkreislauf das erwärmte Kühlmedium des Pri märkühlkreislaufs gekühlt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM-Brennstoffzel lenanlage ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit der zumindest ein Prozeßgas, also Oxidans und/oder Brennstoff, vor dem Ein laß in den Stack vorgewärmt und/oder gefiltert wird. Bevor zugt wird das Oxidans vorgewärmt. Das Prozeßgas wird bei spielsweise auf eine Temperatur zwischen 80°C und 130°C, vor zugsweise zwischen 100°C und 110°C vorgewärmt. Zum Vorwärmen kann die Abwärme eines Reformers und/oder eine sonstige Ab wärme, wie z. B. die des HTM-Brennstoffzellenstacks, dienen. Gedacht ist dabei beispielsweise an eine Teilrückführung der Kathodenabluft zur Vorwärmung, die lambda-(für die Direkt- Methanol-Brennstoffzelle) und/oder temperaturgeregelt erfol gen kann.

Zur Vermeidung von Verunreinigungen der Zelle oder Beschädi gungen durch das Eintreten von Fremdkörpern wird die Luft be vorzugt vor dem Eintritt in die Zelle gefiltert. Dabei wird zwischen Prozeßluft (Oxidans) und Kühlluft unterschieden. Für die Prozeßluft ist ein Feinfilter bevorzugt, weil der Quer schnitt des Verteilungskanals für die Prozeßgase bevorzugt gering gehalten wird. Bevorzugt wird ein Grobfilter mit einem Feinfilter, z. B. einem elektrostatischen Filter, kombiniert. Diese Kombination hat im Vergleich mit anderen Feinfiltern den Vorteil des geringeren Druckverlustes.

Für das Kühlmittel wird ein Grobfilter eingesetzt, der in er ster Linie dazu dient, Partikel, die die Zelle und/oder den Kühler beschädigen und/oder einen Kanal verstopfen, auszufil tern.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM Brennstoffzel lenanlage hat zumindest eine darin enthaltene HTM- Brennstoffzelleneinheit und/oder zumindest ein darin enthal tener HTM-Brennstoffzellenstack ein Trocknungsmittel und/oder eine Trocknungsvorrichtung integriert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM- Brennstoffzellenanlage ist eine stackspannungsabhängige Lei stungsregelung vorgesehen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM- Brennstoffzellenanlage ist ein Gebläse vorhanden, so daß vor dem Starten der Anlage die HTM-Brennstoffzelleneinheit(en) und/oder das Kühlsystem durch- und/oder trockengeblasen wer den können. Die Leistungsversorgung des Gebläses kann extern durch einen gesonderten Energiespeicher, wie z. B. eine Anlage oder einen Akku, und/oder durch den Stack selbst und schließ lich über eine Schwungmasse erfolgen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM-Brennstoffzel lenanlage ist zumindest eine Vorrichtung zur Prozeßgasaufbe reitung, insbesondere zur Brennstoffaufbereitung vorgesehen, so daß das Anodengas, das in die HTM-Brennstoffzel-leneinheit der Anlage eingeleitet wird, gereinigt ist. Diese Vorrichtung kann beispielsweise eine wasserstoffdurchlässige Sperrmembran sein, mit der das Anodengas einer HTM-Brennstoffzellenanlage mit Reformer insbesondere bei Temperaturen unterhalb 120°C von CO gereinigt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM Brennstoffzel lenanlage ist zum Schutz vor Einfrieren des Stacks und/oder zur Erhaltung der Betriebstemperatur zur Verbesserung des An fahrverhaltens eine Isolation des kompletten Stacks oder ei nes Teils des Stacks oder eines sonstigen Moduls und/oder ei ner Leitung der Anlage vorgesehen. Bei der Isolation eines Teils des Stacks kann der restliche Stack z. B. durch die Ab wärme dieses Teils aufgeheizt werden.

Bei der Isolation handelt es sich um eine Niedertemperaturi solation vornehmlich gegen Konvektion und Wärmeleitung, vor zugsweise eine Luftspalt- oder Vakuumisolation. Auch die Nut zung eines Latentwärmespeichermaterials ist bevorzugt, bei spielsweise untergebracht in einem doppelwandigen Gehäuse ei nes Stacks. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Zu führöffnung für Prozeß- und/oder Kühlmedium verschlossen wer den kann, beispielsweise über elektrisch betätigbare Klappen und/oder Thermostatventile.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM-Brennstoffzel lenanlage und des Betriebsverfahrens ist eine dynamische Tem peraturregelung vorgesehen, wobei zumindest ein Mittel zur Temperaturmessung in zumindest einem Stack der Brennstoffzel lenanlage und/oder in zumindest einer Brennstoffzelleneinheit vorgesehen ist. Eine damit verbundene Steuer- und/oder Rege lungseinrichtung reguliert die abgegebene Leistung der Küh lung und/oder der Heizung nach dem Vergleich des im Stack und/oder in der Brennstoffzelleneinheit gemessenen tatsächli chen Temperaturwertes mit einem vorgegebenen Temperaturwert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der HTM- Brennstoffzellenanlage und des Betriebsverfahrens ist eine modulare Medienaufbereitung vorgesehen, so daß die einzelnen Aggregate oder Module der Anlage wie z. B. HTM- Brennstoffzellenstack, Reformer, Gebläse und Ventilator je weils im optimalen Wirkungsbereich gefahren werden können. Die einzelnen Aggregate der Anlage können demnach in mehreren Modulen vorliegen, so daß beispielsweise bei Teillastbetrieb eines HTM-Brennstoffzellenstacks ein Reformermodul bei Vol last betrieben wird, wobei jeder der Apparate dann im optima len Wirkungsbereich läuft.

Bei der Anlage mit Reformer kann ein Wasserstoff- Zwischenspeicher, wie ein Palladiumschwamm, ein Druckbehälter und/oder ein Hydridspeicher vorgesehen sein.

Nach einer Ausgestaltung der Anlage ist eine Gasreinigungsan lage vorgesehen, in der die Abgase vor dem Verlassen der An lage gereinigt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Prozeßgas, bevor es in den HTM-Brennstoffzellenstack ein geleitet wird, vorgewärmt. Zur Vorwärmung kann beispielsweise die Abwärme des Stacks oder eines sonstigen Aggregats der HTM-Brennstoffzellenanlage dienen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird beim Starten erwärmtes Kühlmedium zumindest in den Primärkühlkreislauf eingeleitet, so daß während des Startens der Kühlkreislauf als Heizung dient. Beispielsweise wird das Kühlmedium des Primärkühl kreislaufs mit einer Temperatur zwischen 80°C und 130°C, vor zugsweise zwischen 100 und 110°C zugeführt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Prozeßgase und/oder das Kühlmedium im Gegen- und/oder Kreuzstrom geführt, so daß die Ausbildung eines Temperatur gradienten innerhalb des HTM-Brennstoffzellenstacks unter drückt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird beim Abschalten der Zelle mit Prozeß- und/oder Inertgas die Zelle und/oder das Kühlsystem durch- und/oder trockengebla sen, so daß beim Starten die Zelle möglichst wasserfrei und das Kühlsystem möglichst leer ist. Dies führt insbesondere deshalb zu einer Wirkungsgradverbesserung, weil beim Start die Zelle zunächst noch Temperaturen unter 100°C hat und vor handenes flüssiges Wasser einen physikalisch gebundenen Elek trolyten ausspült und das Kühlsystem ohne Kühlmedium wesent lich schneller erwärmbar ist. Außerdem kann das während der Ruhephase extern gelagerte Kühlmedium während des Startens und/oder vor dem Starten extern, beispielsweise elektrisch und/oder durch Abwärmenutzung, aufgeheizt und als Wärmemedium oder als Latentwärmespeicher in das Kühlsystem eingelassen werden. Bevorzugt wird das extern gelagerte Kühlmedium tempe raturgeregelt in den Stack eingelassen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt die HTM-Brennstoffzellenanlage über zwei Kühlkreisläufe, ei nen primären Hochtemperaturkühlkreislauf und einen sekundä renm Niedertemperaturkühlkreislauf, wobei mit dem primären Hochtemperatur-Kühlkreislauf der Stack gekühlt wird und das erwärmte Kühlmedium des Primärkühlkreislaufs seinerseits im Sekundärkühlkreislauf gekühlt wird.

Das Kühlmedium des Primärkühlkreislaufs ist ein synthetisches und/oder natürliches Öl im weitesten Sinn, das den Anforde rungen wie Dampfdruck unter Normaldruck im gewählten Betrieb stemperaturbereich gering und chemische Inertheit, erfüllt. Das Öl ist bevorzugt ein elektrisch nicht leitendes Medium mit einem hohen Siedepunkt. Die Verbindung zwischen Primär- und Sekundärkühlkreislauf erfolgt beispielsweise über einen Wärmetauscher. Das Kühlmedium des sekundären Kühlkreislaufs kann beispielsweise Wasser und/oder ein Alkohol sein.

Die Kühlmittelmenge bei der Hochtemperatur-Polymer- Brennstoffzelle läßt sich beispielsweise wie folgt berechnen:
Für gasförmiges Kühlmedium, beispielsweise Kühlluft:

V_Kühlluft [m³/h] = (Leistung [kW] × 3600)/
(cp_Luft × delta T × Dichte_Luft)

Für flüssiges Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser

V_Kühlwasser [l/h] = (Leistung [kW] × 3600 × 1000)/
(cp_Luft × delta T × Dichte_Wasser)

abzüglich der Verdampfungsenthalpie des Wassers und abzüglich der Reaktionsluft.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die HTM-Brennstoffzellenanlage und/oder zumindest der oder die in der Anlage enthaltenen HTM-Brennstoffzellenstacks wäh rend der Ruhephase des Systems bei einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes des Elektrolyten gehalten, so daß das Starten im wesentlichen, d. h. nach erfolgter Prozeßgaseinlei tung und Anlegen einer Spannung, autotherm erfolgen kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die HTM-Brennstoffzelle während der Ruhephase durch Erwärmen getrocknet, so daß z. B. im Kurzzeitbetrieb, wenn Ruhe- und/oder Belastungsphase kurz sind, die Stacktemperatur im Stand-by-Betrieb im wesentlichen oberhalb des Gefrierpunktes des Elektrolyten gehalten wird. Dies kann beispielsweise durch Einstellung einer Erhaltungslast während der Ruhephase erreicht werden.

Als Brennstoffzellenanlage wird das gesamte Brennstoffzellen system bezeichnet, das zumindest einen Stack mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit, die entsprechenden Prozeßgas zuführungs- und -ableitungskanäle, die Endplatten, das Kühl system mit Kühlflüssigkeit und die gesamte Brennstoffzellen stack-Peripherie (Reformer, Verdichter, Gebläse, Heizung zur Prozeßgasvorwärmung, etc.) umfaßt.

Eine Brennstoffzelleneinheit umfaßt zumindest eine Membran und/oder Matrix mit einem chemisch und/oder physikalisch ge bundenen Elektrolyten, zwei Elektroden, die sich auf gegen überliegenden Seiten der Membran und/oder Matrix befinden, angrenzend an zumindest eine Elektrode eine Reaktionskammer, die durch jeweils eine Polplatte und/oder eine entsprechende Randkonstruktion gegen die Umgebung abgeschlossen ist, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, durch die Prozeßgas in die Re aktionskammer ein- und ausgebracht werden kann.

Als Stack wird der Stapel aus zumindest einer Brennstoffzel leneinheit mit den dazugehörigen Leitungen und zumindest ei nem Teil des Kühlsystems bezeichnet.

Mit "langfristig aushalten" ist gemeint, daß die Konstrukti onsteile für die genannten Betriebsbedingungen (Druck und Temperatur) geschaffen sind.

Als Prozeßgas wird das Gas-Flüssigkeitsgemisch bezeichnet, das durch die Brennstoffzelleneinheiten geführt wird und in dem zumindest Reaktionsgas (Brennstoff/Oxidans), Inertgas und Produktwasser vorliegen.

Als Kurzzeitbetrieb wird beispielsweise bei der Anwendung der Anlage als Antriebseinheit eines Fahrzeugs, eine Einkaufs fahrt bezeichnet, bei der regelmäßig für wenige Minuten das Fahrzeug abgeschaltet und dann neu gestartet werden muß.

Die Erfindung geht vom Prinzip der bekannten PEM- Brennstoffzelle aus und überwindet deren wesentliche Nachtei le durch die Wahl eines neuen Elektrolyten und die Verände rung der Betriebsbedingungen insbesondere der Temperatur und des Drucks. Wie die herkömmliche PEM-Brennstoffzelle ist die HTM-Brennstoffzelle sowohl für stationäre als auch für mobile Brennstoffzellenanlagen geeignet.

Claims

1. Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran(HTM)- Brennstoffzelle, die im wesentlichen unabhängig von dem Was sergehalt in der Zelle arbeitet.

2. HTM-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, die ein Trocknungs mittel enthält.

3. HTM-Brennstoffzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Elektrode mit einem festen Träger aus Siliciumcarbid umfaßt.

4. HTM-Brennstoffzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Elektrode aus einer direkt auf die Membran aufgebrach ten aktiven Katalysatorschicht besteht.

5. HTM-Brennstoffzellenanlage mit zumindest einer HTM- Brennstoffzelleneinheit, die bei einem Betriebsdruck von bis zu 0,3 bar Unterdruck und/oder einer Temperatur oberhalb des Siedepunkts von Wasser und unterhalb der Zersetzungs- und/oder Schmelztemperatur der Konstruktionsteile betreibbar ist.

6. HTM-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 5, die bei einem Betriebsdruck von 0,3 bis 5 bar absolut und/oder bei einer Betriebstemperatur von 80°C bis 300°C betreibbar ist.

7. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei der eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit der zumindest ein Prozeßgas und/oder Kühlmittel vor dem Einlaß in die Anla ge vorgewärmt und/oder gefiltert wird.

8. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, die ein Gebläse umfaßt.

9. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der zumindest eine Vorrichtung zur Prozeßgasaufberei tung vorgesehen ist.

10. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der zumindest eine Vorrichtung zur Temperaturmessung und/oder -regelung vorgesehen ist.

11. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 10, die einen Latentwärmespeicher, eine thermische Isolation, eine lokale Heizung und/oder eine sonstige Vorrichtung zur Erhaltung einer vorgebbaren Temperatur während der Ruhephase des Systems umfaßt.

12. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei der eine modulare Medienaufbereitung vorgesehen ist.

13. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei der ein Reformer enthalten ist, der mit einem Wasser stoffzwischenspeicher verbunden ist.

14. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 13, bei der eine Gasreinigungsanlage vorgesehen ist.

15. HTM-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 14, bei der zumindest eine Zuführöffnung einer Prozeßgas- und/oder Kühlmittelzuführleitung verschließbar ist.

16. Verfahren zum Betrieb einer HTM-Brennstoffzelle und/oder einer HTM-Brennstoffzellenanlage, das bei einem Betriebsdruck eines HTM-Brennstoffzellenstacks der Brennstoffzellenanlage im Bereich von 0,3 bis 5 bar absolut und/oder einer Betriebs temperatur im HTM-Brennstoffzellenstack im Bereich von 80°C bis 300°C geführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Prozeßgas, bevor es in den HTM-Brennstoffzellenstack eingeleitet wird, vorge wärmt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem das Kühlmedium während der Ruhephase aus dem Kühlsystem aus gelassen und vor und/oder während des Startens des Brenn stoffzellenstacks, ggf vorgewärmt und/oder temperaturgere gelt, wieder eingelassen wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Prozeßgase und/oder das Kühlmedium im Gegen- und/oder im Kreuzstrom geführt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem beim Abschalten die Zelle und/oder das Kühlsystem trocken- und/oder durchgeblasen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei dem die Kühlung des Stacks über zwei Kühlsysteme, einen Primär- und einen Sekundärkühlkreislauf läuft.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem die HTM-Brennstoffzellenanlage und/oder zumindest der oder die in der Anlage enthaltenen HTM-Brennstoffzellenstacks während der Ruhephase des Systems bei einer Temperatur oberhalb des Ge frierpunktes des Elektrolyten gehalten werden, so daß das Starten autotherm erfolgen kann.