DE19948086A1

DE19948086A1 - Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE19948086A1
Application number: DE19948086A
Authority: DE
Inventors: Hideo Maeda; Kenro Mitsuda; Hisatoshi Fukumoto; Kazutoshi Kaneyuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: US6270917B1; JP3388710B2; DE19948086B4; JP2000268843A

Abstract

Die lange Seite eines Rechtecks einer ersten Trennplatte (1) ist in n gleiche Teile unterteilt, so daß die Teile nicht größer als das 2 1/2-fache der Länge der kurzen Seite und nicht kleiner als das 1-2 1/2-fache sind. Durchgangslöcher (35a, 35b), die einen Stapel durchsetzen, sind im wesentlichen in mittigen Bereichen einer Vielzahl von zweiten Vierecken ("aijd", "ibcj") gebildet, die als ein Resultat der Unterteilung in n gleiche Teile entstanden sind. Bolzen (36), die in einem Ende ein ringförmiges elastisches Element (37) haben, durchsetzen die Durchgangslöcher, und der Stapel wird dann festgezogen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Brennstoff zelle, die in einem Elektrofahrzeug und dergleichen verwend bar ist.

Eine Brennstoffzelle ist eine Einrichtung, bei der ein Paar von Elektroden über einen Elektrolyten miteinander in Kontakt sind, wobei der einen Elektrode ein Brennstoff und der ande ren Elektrode ein Oxidationsmittel zugeführt und wobei die Oxidation des Brennstoffs in der Brennstoffzelle elektroche misch durchgeführt wird, so daß chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.

Je nach der Art des Elektrolyten werden Brennstoffzellen in mehrere Arten eingeteilt, nämlich eine sogenannte Festpoly mer-Brennstoffzelle, bei der eine Festpolymer-Elektrolytmem bran als ein Elektrolyt verwendet wird, und eine Phosphor säure-Brennstoffzelle, bei der Phosphorsäure eingesetzt wird. Seit einiger Zeit richtet sich die Aufmerksamkeit auf eine Festpolymer-Brennstoffzelle, da diese eine hohe Leistung ab geben kann. Als Beispiel wird daher eine Festpolymer-Brenn stoffzelle beschrieben.

Wenn bei einer Festpolymer-Brennstoffzelle einer Anode Was serstoffgas und einer Kathode Sauerstoffgas zugeführt und ein Strom an eine externe Schaltung abgegeben wird, laufen die folgenden Reaktionen ab:

Anodenreaktion: H₂ → 2H+ + 2e- (1)

Kathodenreaktion: 2H+ + 2e- + (1/2) O₂ → H₂O (2).

In dieser Zeit wird Wasserstoff an der Anode in ein Proton umgewandelt und wandert dann gemeinsam mit Wasser an die Kathode. Der Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff an der Kathode, so daß Wasser erzeugt wird. Wenn eine solche Brenn stoffzelle in Betrieb genommen werden soll, muß die Brenn stoffzelle also einen Aufbau haben, bei dem eine ausreichende Versorgung mit den an der Reaktion teilnehmenden Gasen, die Abführung des erzeugten Wassers und die Abgabe des Stroms ermöglicht werden. Es sind verschiedene Arten solcher Konstruktionen vorgeschlagen worden.

Fig. 15 ist ein Schnitt durch eine Grundkonfiguration einer eine Brennstoffzelle bildenden Elementarzelle. In der Figur (15) bezeichnet 1 eine erste Trennplatte, die elektrisch leitfähig ist und in die nutenförmige oder rillenartige Oxi dationsmittel-Durchflußbahnen 10 eingraviert sind, 2 ist eine zweite Trennplatte, die elektrisch leitfähig ist und in die rillenartige Brennstoffdurchflußbahnen 11 eingraviert sind, 3 ist eine Kathode, 4 ist eine Anode, und 5 ist eine Elektro lytmembran, bei der beispielsweise ein protonenleitendes Festpolymer verwendet wird.

Wie oben beschrieben, sind verschiedene Konstruktionen für eine Trennplatte einer Brennstoffzelle mit einem solchen Querschnitt vorgeschlagen worden. Fig. 16 ist eine Draufsicht von oben auf eine Trennplatte, die ähnlich derjenigen ist, die beispielsweise in der JP-Patentschrift (Kokai) HEI3-205763 angegeben ist.

In der Figur (16) bezeichnet 10 eine Vielzahl von Oxidations mittel-Durchflußbahnen, die mäanderartig in einer Fläche der ersten Trennplatte 1 oder an der Seite der Fläche, die mit der Kathode 3 in Kontakt ist, ausgebildet sind, um der Kathode 3 ein gasförmiges Oxidationsmittel zuzuführen. Beispielsweise wird als Oxidationsmittel Sauerstoffgas oder Luft eingesetzt.

In Fig. 16 verlaufen die Oxidationsmittel-Durchflußbahnen 10 langgestreckt in Mäanderform, so daß sie eine große Länge haben, so daß der Gasdurchsatz erhöht wird, und sind flach ausgebildet, um die Ausbreitung von für die Reaktion erfor derlichen Gasen zu fördern. Infolgedessen wird in der Kathode 3 erzeugtes Wasser effizient abgeführt.

31 bezeichnet die Hauptfläche der ersten Trennplatte 1, 32 bezeichnet einen Elektrodenträgerbereich, der die Kathode 3 trägt, 24 ist eine Luftzuführöffnung, die in der ersten Trennplatte 1 ausgebildet ist und durch die Luft zugeführt wird, und 25 ist eine Luftabführöffnung, durch die Luft abge führt wird. Die zweite Trennplatte 2 hat ebenfalls, obwohl in der Figur nicht gezeigt, eine gleichartige Struktur und weist mäanderartige Brennstoffgas-Durchflußbahnen 11 anstelle der Oxidationsmittel-Durchflußbahnen 10 auf.

Jede Oxidationsmittel-Durchflußbahn 10 wird durch einen Raum konfiguriert, der durch die Rille der ersten Trennplatte 1 und die Kathode 3 gebildet ist, und jede Brennstoffgas-Durch flußbahn (auch als Brennstoffdurchflußbahn bezeichnet) 11 ist durch einen Raum konfiguriert, der von der Rille der zweiten Trennplatte 2 und der Anode 4 gebildet ist. Beispielsweise wird als Brennstoffgas Wasserstoffgas eingesetzt, das durch die Brennstoffdurchflußbahn 11 strömt.

Als nächstes wird der Betrieb beschrieben. Das Sauerstoffgas, das durch die Luftzuführöffnung 24 der ersten Trennplatte 1 zugeführt wird, wird der Kathode 3 durch die Vielzahl von Oxidationsmittel-Durchflußbahnen 10 zugeführt, die sich lang gestreckt parallel erstrecken. Dagegen wird das Wasserstoff gas (Brennstoffgas) der Anode 4 durch die Brennstoffgas- Durchflußbahnen 11 zugeführt. Dabei sind die Kathode 3 und die Anode 4 an der Außenseite über eine Last elektrisch mit einander verbunden. Daher läuft die Reaktion (2) auf der Seite der Kathode 3 ab, und nichtumgesetztes Gas und Wasser werden zu der Luftabführöffnung 25 durch die Oxidationsmit tel-Durchflußbahnen 10 abgeführt.

Andererseits läuft die Reaktion (1) auf der Seite der Anode 4 ab, und nichtumgesetztes Gas wird durch die Brennstoffgas- Durchflußbahnen 11 und eine Brennstoffabführöffnung (nicht gezeigt) abgeführt. Elektronen, die als Resultat dieser Reak tion erhalten werden, fließen durch die Elektroden 3 und 3, den Elektrodenträgerbereich 21 sowie die erste und die zweite Trennplatte 1 und 2.

Die Trennplatten und die Elektroden werden aufeinandergesta pelt und dann durch Aufbringen einer Last mit Druck in Kon takt gebracht. Damit die Brennstoffzelle wirkungsvoll funktioniert, muß die Reaktionsverteilung in der Fläche der einen Trennplatte möglichst gleichmäßig gemacht werden. Daher muß die Last, die auf die Zellfläche aufgebracht wird, vergleichmäßigt werden. Fig. 17 zeigt eine Technik, die in der US-PS 5 484 666 angegeben ist.

Dabei bezeichnet 100 einen Stapel von Einzelzellen, wie sie in Fig. 15 gezeigt sind, 35 sind Durchgangslöcher, die in dem Zellstapel 100 gebildet sind, 36 sind Bolzen, die durch die Durchgangslöcher 35 geführt sind, 37 bezeichnet Tellerfedern, die auf die Enden der Bolzen 36 aufgebracht sind, 39 bezeich net Endplatten, die an den Enden des Zellstapels 100 ange bracht sind, und 50 bezeichnet Hohlräume, die in den End platten 39 zur Aufnahme der Tellerfedern 37 ausgebildet sind.

In Fig. 17 sind viele (vier Stück in der Figur) Bolzen 36 in der Endfläche des Zellstapels 100 angeordnet, um die Last zu vergleichmäßigen. Die Ausbildung vieler Löcher in den Elek trodenflächen verkompliziert jedoch die Gasdurchflußbahnen und erhöht die Zahl von Gasabdichtbereichen, so daß Flächen verluste erhöht werden.

Jede der Vielzahl von Oxidationsmittel-Durchflußbahnen 10 und Brennstoffgas-Durchflußbahnen 11 ist als einzelne Durchfluß bahn vom Einlaß zum Auslaß ausgebildet bzw. hat keine Ver zweigungen, wie etwa einen Abzweig oder eine Verbindungs stelle. Wenn auch nur ein Bereich in der Mitte der Durchfluß bahn zugesetzt ist, wird daher das Gas in der gesamten Durch flußbahn oder im Gesamtbereich vom Einlaß zum Auslaß nicht frisch zugeführt, so daß die Funktion der gesamten Durchfluß bahn gestört ist. Infolgedessen fällt selbstverständlich die Energieerzeugungskapazität ab.

Jede Zelle ist so aufgebaut, daß sie jeweils unabhängig ein Brennstoffgas und ein Oxidationsmittelgas zugeführt erhält. Wenn die Funktion der Durchflußbahnen auch nur in einer der gestapelten Zellen teilweise herabgesetzt ist, so daß in der einen Zelle zu wenig Brennstoff vorhanden ist, läuft in der Elektrode eine Reaktion ab, die durch die nachstehende Formel gekennzeichnet ist:

C + 2H₂O → CO₂ + 4H+ + 4e- (3).

Infolgedessen korrodiert Kohlenstoff, der in Komponenten der Brennstoffzelle, wie etwa den Elektroden und den Trennplatten vorhanden ist, und die Elektroden und dergleichen werden stark beschädigt, so daß die Stromerzeugungskapazität der ge samten Brennstoffzelle sehr stark verringert wird.

Bei einer Brennstoffzelle nach dem Stand der Technik, wie sie vorstehend beschrieben ist, werden viele Bolzen verwendet, um den Flächendruck zu vergleichmäßigen. Daher wird die wirksame Fläche jeder Trennplatte verkleinert, so daß das Problem ent steht, daß der Stromerzeugungs-Wirkungsgrad sinkt.

Jede Zelle ist so aufgebaut, daß sie jeweils für sich ein Brennstoffgas und ein Oxidationsmittelgas zugeführt erhält. Wenn auch nur in einer Zelle zu wenig Brennstoffgas vorhanden ist, korrodiert der Kohlenstoff und führt zu dem Risiko, daß Zellen durch die Beschädigung unbrauchbar werden.

Jede der Oxidationsmittel-Durchflußbahnen und Brennstoffgas- Durchflußbahnen ist als einzelne Durchflußbahn vom Einlaß zum Auslaß ausgebildet und hat keine Verzweigungen, wie etwa einen Abzweig oder eine Verbindungsstelle. Wenn sich auch nur ein Bereich in der Mitte einer solchen Durchflußbahn zusetzt, wird der gesamten Durchflußbahn oder dem Gesamtbereich vom Einlaß zum Auslaß kein frisches Gas zugeführt, so daß das Problem entsteht, daß die Funktionsfähigkeit der gesamten Durchflußbahn gestört ist.

Die Erfindung soll die oben angesprochenen Probleme lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle anzu geben, bei der die Anzahl der Bolzen je Flächeneinheit ver ringert und der Flächendruck demnach gleichmäßig gehalten werden kann.

Dabei soll auch erreicht werden, daß eine Brennstoffzelle geschaffen wird, bei der auch dann, wenn eine Durchflußbahn irgendwo in der Mitte zugesetzt ist, nicht die Funktionsfä higkeit der gesamten Durchflußbahn gestört ist.

Weiterhin soll auch erreicht werden, daß eine Brennstoffzelle angegeben wird, bei der praktisch kein Brennstoffmangel in einer Einzelzelle auftritt und bei der selbst beim Auftreten eines Mangels Kohlenstoff in geringerem Maß als im Vergleich mit dem Stand der Technik korrodiert.

Die Brennstoffzelle gemäß der Erfindung weist folgendes auf:
eine rechteckige Einzelzelle, bei der eine rechteckige Elek trolytschicht zwischen einer Kathode und einer Anode einge schlossen ist, deren Gestalt im wesentlichen identisch mit der der Elektrolytschicht ist, wobei das Verhältnis der Länge einer langen Seite zu der Länge einer kurzen Seite der Elek trolytschicht 2^½ oder größer ist; einen Stapel, der folgen des aufweist: eine erste Trennplatte, die angrenzend an die Kathode angeordnet ist und Oxidationsmittel-Durchflußbahnen hat, durch die ein Oxidationsfluid zugeführt wird; und eine zweite Trennplatte, die angrenzend an die Anode angeordnet ist und Brennstoffdurchflußbahnen hat, durch die ein Brenn stoff-Fluid zugeführt wird; Durchgangslöcher, die jeweils im wesentlichen in zentralen Bereichen einer Vielzahl von zwei ten Vierecken gebildet sind, wobei die Durchgangslöcher den Stapel durchsetzen und die Vierecke als Ergebnis der Unter teilung einer langen Seite der Einzelzelle des Stapels in n gleiche Teile gebildet sind, wobei n so gewählt ist, daß die Teile nicht größer als das 2^½-fache einer Länge der kurzen Seite und nicht kleiner als das 1/2^½-fache sind; und Bolzen, die die Durchgangslöcher jeweils durchsetzen und ein ringför miges elastisches Element in wenigstens einem Ende haben und den Stapel mittels des ringförmigen elastischen Elementes festlegen.

Wenn die lange Seite der rechteckigen Einzelzelle des Stapels in n gleiche Teile unterteilt ist, ist n so gewählt, daß die Teile nicht größer als das 2^½-fache einer Länge der kurzen Seite und nicht kleiner als das 1/2^½-fache sind.

Der Außendurchmesser des ringförmigen elastischen Elements ist nicht größer als 90% einer kurzen Seite der zweiten Vierecke, die als Folge der Unterteilung erhalten sind, und nicht kleiner als 50% einer langen Seite der zweiten Vier ecke.

Das ringförmige elastische Element ist ein Element, bei dem Tellerfedern von zwei oder mehr Arten und mit unterschied lichen Außendurchmessern koaxial angebracht sind.

Das Verhältnis von Quotienten von Divisionen, wobei Federkon stanten der Tellerfedern, die unterschiedliche Außendurchmes ser haben, durch jeweilige Außendurchmesser dividiert sind, liegt in einem Bereich von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,2.

Der Durchmesser des Bolzens, der ein jeweiliges Durchgangs loch durchsetzt, ist kleiner als der Durchmesser einer Innen wand eines entsprechenden der Durchgangslöcher, so daß eine Gasverbindungsbahn, durch die Brennstoffdurchflußbahnen ver schiedener Trennplatten miteinander kommunizieren oder Oxidationsmittel-Durchflußbahnen verschiedener Trennplatten miteinander kommunizieren, zwischen der Innenwand und dem Bolzen ausgebildet ist.

Oxidationsmittel-Durchflußbahnen von ein und derselben Trenn platte stehen miteinander durch die Gasverbindungsbahn in Kommunikation, oder Brennstoffdurchflußbahnen von ein und derselben Trennplatte stehen miteinander durch die Gasverbin dungsbahn in Kommunikation.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine Ansicht der Konfiguration einer Trennplatte einer Brennstoffzelle einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Außenansicht eines Brennstoff zellenstapels, der unter Verwendung der Trennplatte von Fig. 1 zusammengebaut ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Brennstoffzelle gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Schema, das die Flächendruckverteilung der Brennstoffzelle von Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Änderungen des Verhältnisses lange Seite/kurze Seite und dem Betriebsverhalten der Zelle zeigt;

Fig. 6 eine Ansicht, die die Konfiguration einer Trenn platte einer Brennstoffzelle einer zweiten Ausfüh rungsform zeigt;

Fig. 7 eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 8 ein Schema, das die Flächendruckverteilung der Brennstoffzelle von Fig. 7 zeigt;

Fig. 9 ein Schema, das die Flächendruckverteilung in dem Fall zeigt, in dem ringförmige elastische Elemente einer Art verwendet wurden;

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Trennplatte einer Brenn stoffzelle einer vierten Ausführungsform;

Fig. 11 ein Schema, das Durchflußbahnen der Trennplatte in Fig. 10 zeigt;

Fig. 12 eine Schnittansicht der Brennstoffzelle gemäß Fig. 10;

Fig. 13A und 13B Diagramme, die das Betriebsverhalten der Brennstoffzelle von Fig. 10 zeigen;

Fig. 14 ein Diagramm, das das Betriebsverhalten der Brenn stoffzelle von Fig. 10 zeigt;

Fig. 15 eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle nach dem Stand der Technik;

Fig. 16 eine Draufsicht auf eine Trennplatte der Brenn stoffzelle nach dem Stand der Technik; und

Fig. 17 eine schematische Ansicht, die die Konfiguration der Brennstoffzelle nach dem Stand der Technik zeigt.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt die Konfiguration einer ersten Trennplatte 1 einer Brennstoffzelle der Ausführungsform 1. In den noch zu beschreibenden Figuren sind für identische oder äquivalente Komponenten wie beim Stand der Technik jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet. Eine genaue Beschreibung solcher Komponenten entfällt daher.

In Fig. 1 bezeichnet 31 die Hauptfläche einer Trennplatte, und 32 (der Bereich, der in der Figur mit den Symbolen "e", "f", "g" und "h" bezeichnet ist) ist ein Elektrodenträger bereich. Eine Vielzahl von Rillen (nicht gezeigt), die dann, wenn die Trennplatte in einer Einzelzelle gestapelt ist, als Gasdurchflußbahnen (auch als Oxidationsmittel-Durchflußbahnen bezeichnet) wirken, durch die als Oxidationsmittel dienende Luft strömt, sind in dem Elektrodenträgerbereich angeordnet.

24 bezeichnet eine Luftzuführöffnung, durch die als Oxidati onsmittel dienende Luft (auch als Oxidationsfluid bezeichnet) zugeführt wird, 25 ist eine Luftabführöffnung, 26 ist eine Brennstoffzuführöffnung, durch die ein Brennstoffgas (auch als ein Brennstofffluid bezeichnet) zugeführt wird, und 27 ist eine Brennstoffabführöffnung.

Die ebene Fläche der ersten Trennplatte 1 ist in Fig. 1 in dem Rechteck bzw. Viereck "abcd" eingeschlossen (beispiels weise 240 × 120 (die Maßeinheit ist mm, und diese Maßeinheit gilt auch für die folgenden Werte, die ohne Maßeinheit aufge führt sind)). Die effektive Elektrodenfläche (identisch mit dem Elektrodenträgerbereich 32) ist in dem Viereck "efgh" (beispielsweise 220 × 110) eingeschlossen.

Bei der Ausführungsform ist das Verhältnis der Länge einer langen Seite zu derjenigen einer kurzen Seite 2 : 1. Die Linie "k" unterteilt die langen Seiten "ab" und "dc" des Vierecks "abcd" in zwei gleiche Hälften. Durchgangslöcher 35a und 35b sind in den Mitten den Vierecke "aijd" und "ibcj" (jedes der Vierecke wird als ein zweites Viereck bezeichnet), die als Resultat der Unterteilung erhalten sind, ausgebildet.

Fig. 2 ist eine perspektivische Außenansicht eines Brenn stoffzellenstapels 40, wobei erste und zweite Trennplatten 1 und 2 verwendet sind und der durch Aneinanderstapeln von Ein zelzellen und dergleichen gebildet ist. In der Figur bezeich net 36 Bolzen, die die Durchgangslöcher 35a und 35b durchset zen. Die Bolzen sind beispielsweise durch Aufbringen einer Isolationsschicht auf Bolzen aus SUS hergestellt.

Auch dann, wenn im Gebrauch eine bestimmte Kraft auf das Ele ment einwirkt und die Bolzen mit den Trennplatten in Berüh rung gebracht werden, tritt kein elektrischer Kurzschluß auf. In jeder der Durchflußbahnen für die Fluide ist zwischen der Durchflußbahn und den Durchgangslöchern 35a und 35b eine Abdichtung vorgesehen, um zu verhindern, daß die Fluide in die Durchgangslöcher austreten. 39 bezeichnet Endplatten, die an den Enden des durch die gestapelten Trennplatten und der gleichen aufgebauten Stapels angebracht sind.

Jede Endplatte ist, was in der Figur nicht gezeigt ist, mit Öffnungen versehen, die mit der Luftzuführöffnung 24 und der Luftabführöffnung 25, durch die Luft geleitet werden soll, und mit der Brennstoffzuführöffnung 26 und der Brennstoffab führöffnung 27, durch die der Brennstoff geleitet werden soll, direkt verbunden sind.

Wie Fig. 3 zeigt, sind ringförmige elastische Elemente 37, die jeweils durch Aneinanderstapeln von drei Tellerfedern mit einem Außendurchmesser von 90, einem Innendurchmesser von 46 und einer Dicke von 3,5 gebildet sind, über Adapter 38 an Enden jedes der Bolzen 36 so angebracht, daß die Außendurch messerbereiche der ringförmigen elastischen Elemente jeweils an dem Bereich des Außenumfangs des Brennstoffzellenstapels 40 anliegen.

Die Enden befinden sich jeweils an den Seiten der Enden der Brennstoffzelle. Der Brennstoffzellenstapel 40 ist über die Endplatten 39 unter Verwendung von Muttern 41 befestigt. Vor stehend wird die Konfiguration beschrieben, bei der die erste Trennplatte 1 in zwei gleiche Teile unterteilt ist. Wenn die Trennplatte eine große lange Seite hat, wird die Platte in n gleiche Teile (n = eine ganze Zahl) unterteilt. Nachstehend wird eine Methode zur Wahl von n unter Bezugnahme auf Bei spiele beschrieben.

Beispiel 1

Wenn der Brennstoffzellenstapel 40 mit den vorstehenden Dimensionen so fest gezogen wurde, daß die ringförmigen elastischen Elemente 37 um 1,8 mm verformt wurden, erreichte die auf den Stapel wirkende Befestigungslast 1,15 t. Das heißt, auf den Stapel wurde ein mittlerer Flächendruck von 4 kg/cm² aufgebracht. Dabei wurde zwischen die erste Trenn platte 1 und die entsprechende Endplatte 39 vorübergehend ein Flächendruckfühler eingeführt, um die Lastverteilung zu mes sen.

Fig. 4 zeigt Resultate der Messung. In der Figur sind mit 99 Beschreibungslinien bezeichnet, die Positionen bezeichnen, an denen die Außendurchmesserbereiche der ringförmigen elasti schen Elemente 37 an der Endplatte anliegen. In Fig. 4 liegen die Flächendrücke an sämtlichen Meßstellen an der ersten Trennplatte 1 innerhalb des Bereichs von ±0,2 kg/cm². Der Fühler wurde von dem Stapel abgenommen, der Stapel wurde er neut zusammengebaut, und der Stapel wurde tatsächlich in Betrieb genommen.

Das Ergebnis war ein mittlerer Zellenwiderstandswert, multip liziert mit der Elektrodenfläche, von 65 mΩcm², oder dieser wurde auf einem Wert gehalten, der um 10% oder mehr kleiner als der Wert in dem Fall ist, in dem der Stapel nur im Um fangsbereich auf die gleiche Weise wie beim Stand der Technik befestigt war. Ferner war die Zellenleistung 0,68 V bei 500 mA/cm² unter den Wasserstoff/Luft- und atmosphärischen Bedingungen oder wurde um nahezu 20 mv verbessert.

Beispiel 2

Als nächstes wurden Einzelzellen mit Trennplatten jeweils einer von fünf Arten zum Stapel zusammengebaut, wobei die Länge der kurzen Seite gleich derjenigen von Beispiel 1 ist und nur die lange Seite unterschiedlich ist. Während der gleiche mittlere Flächendruck aufgebracht wurde, der auf den Brennstoffzellenstapel 40 (10-Zellen-Stapel) aufgebracht wurde, wurden die Flächendruckverteilung, der Zellenwider standswert und die Zellenleistung gemessen.

Die Meßergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 angege ben und in Form eines Diagramms in Fig. 5 gezeigt. Das Ver hältnis lange Seite/kurze Seite wird allmählich von 1 im Fall A auf 2 im Fall F vergrößert. Aus den Resultaten ist ersicht lich, daß keine große Änderung beobachtet wird, bis das Ver hältnis lange Seite/kurze Seite 1,4 erreicht, daß aber nach Überschreiten des Verhältnisses von 1,4 die Flächendruckver teilung, der Zellenwiderstandswert und die Zellenleistung deutlich verringert sind.

Diese Tendenz wurde auch in den Fällen beobachtet, in denen die als Referenz dienende kurze Seite eine unterschiedliche Länge hat (sie sind so konfiguriert, daß sie ein im wesentli chen identisches Verhältnis des Außendurchmessers der ring förmigen elastischen Elemente 37 und der Länge der kurzen Seite haben).

Tabelle 1

VERHÄLTNIS LANGE SEITE/KURZE SEITE, FLÄCHENDRUCKVERTEILUNG UND ZELLENWIDERSTANDSWERT (mittl. Flächendruck: 4 kgf/cm²)

In dem Fall, in dem das Verhältnis lange Seite/kurze Seite vor der Unterteilung kleiner als 2^½ ist, ist dann, wenn die lange Seite in zwei gleiche Teile unterteilt wird, das Ver hältnis lange Seite/kurze Seite nach der Unterteilung größer als vor der Unterteilung. Der Bereich der Längenbeziehung, in dem das Verhältnis lange Seite/kurze Seite des zweiten Vier ecks nach der Unterteilung 2^½ ist, fällt mit dem einer Begrenzung eines Bereichs zusammen, in dem die Zellenleistung auf einem hohen Niveau gehalten werden kann. Daher kann die Anzahl der Unterteilungen in Abhängigkeit von der Beurteilung bestimmt werden, ob das ursprüngliche Verhältnis lange Seite/ kurze Seite vor der Unterteilung 2^½ ist oder nicht.

Bei dieser Ausführungsform wurde der Außendurchmesser der ringförmigen elastischen Elemente 37 auf 90 mm eingestellt, was gleich 75% der kurzen Seite eines Rechtecks ist, das als Folge der Unterteilung der Trennplatte erhalten wird. Trenn platten mit unterschiedlichen Verhältnissen lange Seite/kurze Seite wurden unter Verwendung mehrerer Durchmesser überprüft.

Dabei konnte in dem Fall, in dem das Verhältnis lange Seite/ kurze Seite des zweiten Vierecks nach der Unterteilung bis zu 1,4 betrug, die Zellenleistung auf einem hohen Niveau gehal ten werden, wenn der Außendurchmesser der ringförmigen elastischen Elemente 37 im Bereich von 90% oder kleiner in bezug auf die kurze Seite und 50% oder größer in bezug auf die lange Seite war.

In dem Fall, in dem das Verhältnis lange Seite/kurze Seite 1 war, wurde eine hohe Leistung aufrechterhalten, wenn der Außendurchmesser im Bereich von 40 bis 90% des Vierecks (Quadrats) war. Wenn der Außendurchmesser im Bereich von 90% oder kleiner in bezug auf die kurze Seite und 50% oder größer in bezug auf die lange Seite war, wurde eine hohe Leistung bei jedem Verhältnis lange Seite/kurze Seite erreicht.

Vorstehend ist die Konfiguration beschrieben, bei der die lange Seite durch Unterteilen der Gesamtlänge der Trennplatte 1 in gleiche Teile erhalten wird. In einem Fall, in dem die Dimensionen der Räume, wie etwa der Luftzuführöffnung 24, relativ nicht sehr groß im Vergleich zu der Länge des Elek trodenträgerbereichs sind, wird ein im wesentlichen gleiches Ergebnis erzielt, auch wenn die lange Seite des Elektro denträgerbereichs in gleiche Teile unterteilt wird.

In diesem Fall kann auch dann, wenn das Verhältnis einer der Trennplatten und des Elektrodenträgerbereichs 2^½ überschrei tet, eine hohe Leistung insoweit erhalten werden, als das Verhältnis ungefähr 1,6 ist und das Verhältnis des anderen von der Trennplatte und dem Elektrodenträgerbereich nicht größer als 2^½ ist.

Ausführungsform 2

Fig. 6 zeigt die Konfiguration einer ersten Trennplatte 1 einer Brennstoffzelle gemäß Ausführungsform 2. Zur Erläu terung der Art und Weise der Wahl der Unterteilungsanzahl zeigt die Figur (6) den Fall, in dem das Seitenverhältnis besonders groß ist. In der Figur (6) ist die kurze Seite gleich derjenigen von Ausführungsform 1, die in Fig. 1 gezeigt ist, die lange Seite des Elektrodenträgerbereichs ("ef") ist 380 mm, und diejenige des Trennplattenbereichs ("ab") ist 460 mm. In den Bereichen sind die Verhältnisse lange Seite/kurze Seite 3,45 und 3,83.

In Fig. 6 wurden Durchgangslöcher 35a, 35b, 35c in den Mitten von Vierecken ausgebildet, die durch Unterteilen der langen Seiten "ab" und "cd" des Rechtecks "abcd" in drei gleiche Teile durch Linien "k" und "1" gebildet wurden. Auf die glei che Weise wie in Fig. 3 waren ringförmige elastische Elemente 37, die jeweils durch Aneinanderstapeln von drei Tellerfedern mit einem Außendurchmesser von 90, einem Innendurchmesser von 46 und einer Dicke von 3,5 gebildet waren, über Adapter 38 in jedem der Durchgangslöcher 35 so angeordnet, daß sie jeweils an Enden des Zellenstapels plaziert waren.

Nachdem der Brennstoffzellenstapel über Endplatten 39 unter Verwendung von Muttern 41 so festgezogen worden war, daß die ringförmigen elastischen Elemente 37 um 2,6 mm verformt wur den, war die Befestigungslast 2,2 t, und auf den Stapel wurde ein mittlerer Flächendruck von 4 kg/cm² aufgebracht. Die Ver teilung der Last war ± 0,2 kg/cm².

Im tatsächlichen Betrieb war ein mittlerer Zellenwiderstands wert, multipliziert mit der Elektrodenfläche, 67 mΩcm² oder wurde auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1 auf einem kleinen Wert gehalten. Ferner betrug die Zellenleistung unter den Wasserstoff/Luft- und atmosphärischen Bedingungen bis zu 0,68 V bei 500 mA/cm². Die zweite Trennplatte 2, die zwar in der Zeichnung nicht gezeigt ist, hat gleiche Dimensi onen und gleiche Gestalt.

Wenn das Rechteck "abcd" einer Trennplatte mit gleichen Dimensionen und gleicher Gestalt unterteilt wird, indem die langen Seiten "ab" und "dc" unterteilt werden, und wenn Durchgangslöcher 35 jeweils in den Mitten der resultierenden Vierecke gebildet werden, ist das Verhältnis lange Seite/ kurze Seite der Vierecke 1,04 (die Beziehung der langen und kurzen Seiten ist umgekehrt) oder hat einen bevorzugten Wert.

Daher wird eine ausgezeichnete Flächendruckverteilung erzielt, aber die Zellenleistung wird nicht wesentlich ver bessert. Das ist durch die Verringerung der effektiven Elek trodenfläche aufgrund der Bildung der Durchgangslöcher 35 bedingt. Bevorzugt wird die Anzahl der Durchgangslöcher 35 nicht auf einen Wert vergrößert, der einen erforderlichen Wert übersteigt.

Anders ausgedrückt, es werden bei der Konfiguration, bei der eine Unterteilung mit der kleinsten Unterteilungszahl er folgt, bei der das Verhältnis lange Seite/kurze Seite nicht größer als 2^½ ist, die Durchgangslöcher 35 in den Mitten von Vierecken ausgebildet, die als Ergebnis der Unterteilung erhalten werden, und dann wird der Zellenstapel festgezogen; dies ist eine wirkungsvolle Verbesserung der Leistung des Zellenstapels.

Ausführungsform 3

Die Struktur einer Brennstoffzelle gemäß Ausführungsform 3 wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert. Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer Befestigungskonstruktion für einen Brennstoffzellenstapel. Dabei ist nur eines von Quadraten (120 mm-Quadrat), die durch Unterteilen einer ersten Trenn platte 1 erhalten werden, gezeigt, und die übrigen Quadrate sind nicht gezeigt.

Ein ringförmiges elastisches Element 37a ist gebildet durch Aufeinanderstapeln von drei Tellerfedern mit einem Außen durchmesser von 112, einem Innendurchmesser von 57 und einer Dicke von 4,0, und ein ringförmiges elastisches Element 37b ist gebildet durch Aufeinanderstapeln von drei Tellerfedern mit einem Außendurchmesser von 50, einem Innendurchmesser von 25,4 und einer Dicke von 1,9.

Bei einer Verformung von 1 mm in dem ringförmigen elastischen Element 37a wird eine Last von 350 kg aufgebracht, und in dem ringförmigen elastischen Element 37b wird eine Last von 150 kg aufgebracht. Der Brennstoffzellenstapel wird unter Verwendung von Adaptern 38 und Muttern 41 über Endplatten 39 befestigt.

Wenn der Brennstoffzellenstapel so befestigt war, daß die ringförmigen elastischen Elemente 37 um 1,15 mm verformt wur den, dann wurde eine Befestigungslast von 580 kgf/cm² oder ein mittlerer Flächendruck von 4 kg/cm² auf den Stapel aufge bracht. Dabei wird der Flächendruck zwischen der Endplatte 39 und der ersten Trennplatte 1 in dem Bereich von ± 0,1 kg/cm² verteilt, wie Fig. 8 zeigt. Die Verteilung ist noch besser als in dem in Fig. 9 gezeigten Fall, in dem ringförmige elastische Elemente 37 von einer Art verwendet werden.

Im tatsächlichen Gebrauch betrug ein mittlerer Zellenwider standswert, multipliziert mit der Elektrodenfläche, 60 mΩcm² oder wurde auf einem Wert gehalten, der um 5% kleiner war. Auch die Zellenleistung unter den Wasserstoff/Luft- und atmo sphärischen Bedingungen war (in einem Bereich von 0,685 V bis 0,689 V) bei 500 mA/cm² oder war um mehrere mV oder mehr ver bessert.

Von Kombinationen der Außendurchmesser der ringförmigen elastischen Elemente 37 zeigten diejenigen, bei denen der Durchmesser des äußeren ringförmigen elastischen Elements 37a im Bereich von 95% der kurzen Seite der ersten Trennplatte 1 liegt und derjenige des inneren elastischen Elementes (37b) im Bereich von 30 bis 50% liegt, eine ganz besonders gute Druckverteilung. In Fig. 7 wurden die ringförmigen elasti schen Elemente 37a und 37b mit Durchmessern von zwei Arten verwendet.

Selbstverständlich kann in einem Fall, in dem der Stapel eine größere Fläche hat, die Anzahl der Arten erhöht werden. Wenn bei der Konfiguration von Fig. 7 die Federkonstante des aus gewählten unter den ringförmigen elastischen Elementen 37 durch den entsprechenden Außendurchmesser dividiert wird, ist der Quotient 3,1 bei gleichem Verformungswert, d. h. die auf die Umfangslängeneinheit aufgebrachte Last ist identisch. Die Flächendruckverteilung und die Zellenleistung wurden geprüft, während die ringförmigen elastischen Elemente 37 mit unter schiedlichen Federkonstanten auf verschiedene Weise kombi niert wurden.

Als Ergebnis wurde gefunden, daß eine ausgezeichnete Leistung erzielt werden kann, wenn ein Verhältnis von Quotienten, von denen jeder durch Division eines der elastischen Elemente mit der Federkonstanten des Elements erhalten ist, im Bereich von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,2 liegt. Eine genaue Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform entfällt.

Ausführungsform 4

Fig. 10 ist eine Draufsicht auf eine Trennplatte einer Brenn stoffzelle gemäß Ausführungsform 4. In der Figur bezeichnet 42 einen Zwischenverteiler (als Gasverbindungsbahn bezeich net). Der Zwischenverteiler 42 ist durch einen Zwischenraum gebildet, der zwischen einem Bolzen 36 und einem von Durch gangslöchern 35 gebildet wird, wenn der Bolzen in das Durch gangsloch eingeführt ist. Der Durchmesser des Bolzens ist kleiner als der Innendurchmesser des Durchgangslochs.

11a bezeichnet Brennstoffdurchflußbahnen. Zum besseren Ver ständnis der Route, entlang welcher sich die Brennstoff durchflußbahnen 11a erstrecken, ist in Fig. 11 ein Schema gezeigt, das diese Route verdeutlicht. Wie Fig. 11 zeigt, sind die Brennstoffdurchflußbahnen 11a mit dem Zwischenver teiler 42 so verbunden, daß verschiedene Durchflußbahnen in derselben Trennplatte zu einer Bahn zusammenlaufen.

Zur genauen Erläuterung der Struktur des Zwischenverteilers 42 zeigt Fig. 12 eine Schnittdarstellung des Zwischenvertei lers 42. Dabei bezeichnet 11a die Brennstoffdurchflußbahnen, und 11b bezeichnet Luftdurchflußbahnen. 36X bezeichnet ein Isoliermaterial, das den Bolzen 36 bedeckt. Sein Außendurch messer ist kleiner als der Innendurchmesser des Durchgangslochs 35, und somit ist der Zwischenverteiler 42 zwischen dem Isoliermaterial 36X und der Innenwand des Durch gangslochs 35 ausgebildet.

43 bezeichnet Gasdichtungen, die in Öffnungen der Luft durchflußbahnen 11b eingesetzt sind, die in das Durchgangs loch 35 münden, so daß verhindert wird, daß Luft aus den Luftdurchflußbahnen 11b in den Zwischenverteiler 42 strömt. Ein O-Dichtring 44 ist in einen Bereich eingesetzt, in dem der Bolzen 36 mit der Endplatte 39 in Berührung ist, so daß das Brennstoffgas in dem Zwischenverteiler 42 nicht nach außen strömen kann.

Als nächstes wird die Betriebsweise erläutert. Das Brenn stoffgas, das durch eine Brennstoffzuführöffnung 26 einge strömt ist, strömt in der Trennplatte 1 entlang den Brenn stoffdurchflußbahnen 11a und strömt dann durch eine Abführ öffnung 27 aus. Während dieses Vorgangs wird der Brennstoff durch die Reaktion beim Strömen in Richtung zu der Abstrom seite allmählich verbraucht. Beim Stand der Technik wird, wenn die Konzentration am Einlaß beispielsweise 75% ist, die Konzentration am Auslaß auf ca. 47% verringert (in einem Fall, in dem der Brennstoffausnutzungsgrad 70% ist).

Weiterhin ist der Brennstoffausnutzungsgrad in Abhängigkeit von den Trennplatten oder den Durchflußbahnen geringfügig veränderlich. Wenn die Konzentration in bezug auf die Strecke einer Durchflußbahn in Form eines Diagramms gezeigt wird, ist die Konzentration daher zu der Abstromseite hin fortschrei tend stärker verteilt, wie Fig. 13A zeigt.

Beide Fig. 13A und 13B zeigen die Konzentrationen in drei ersten Trennplatten 1 (oder die Konzentrationen in drei Durchflußbahnen). Bei der Konfiguration von Fig. 10 existiert der Zwischenverteiler 42 in einer Position, die sich etwa bei 2/3 der Gesamtlänge der Durchflußbahn, beginnend am Einlaß, befindet. Wie Fig. 13A zeigt, ist die Konzentration in der Position im Bereich von ca. 30 bis 50% verteilt.

Wenn, wie unter Bezugnahme auf das Beispiel nach dem Stand der Technik beschrieben, die durch jeden Stapel strömende Gasmenge verteilt wird (in diesem Fall wird selbstverständ lich auch die Konzentration verteilt), nimmt die Leistung der gesamten Zelle infolge der geringen Leistung einer Einzel zelle, in der die Durchflußmenge gering ist, ab. In Abhän gigkeit von den jeweiligen Situationen kann ein Wasser stoffmangel einen irreparablen Schaden verursachen.

Dagegen sind in dem Zwischenverteiler 42 die Durchflußbahnen jeder Trennplatte einmal gemeinsam miteinander verbunden, und daher wird das Brennstoffgas vermischt, so daß die Konzentra tion vergleichmäßigt wird. Wie Fig. 13B zeigt, ist daher die Konzentration in den Brennstoffdurchflußbahnen 11a auf einen Mittelwert vergleichmäßigt.

An der Abstromseite des Zwischenverteilers nimmt die Diffe renz in bezug auf die Konzentration allmählich wieder zu in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der Trennplatten. Das Brennstoffgas erreicht jedoch den Auslaß, bevor die Differenz zu groß wird, weil die verbleibende Länge gering ist.

Fig. 14 zeigt Ergebnisse einer Untersuchung, die über die Abhängigkeit der Zellenleistung (der mittleren Zellenspan nung) von dem Brennstoffausnutzungsgrad durchgeführt wurde, während gleichzeitig ein durch eine Zelle fließender Strom (eine Last) konstant eingestellt und die Brennstoffkonzen tration geändert wurde, um den Brennstoffausnutzungsgrad in der Zelle zu ändern.

In der Figur zeigt a den Fall, in dem der Zwischenverteiler 42 der Ausführungsform vorgesehen war, und b zeigt einen Fall, in dem der Zwischenverteiler 42 nicht angeordnet war. Im Fall b fiel die Leistung eines Teils der gestapelten Zel len abrupt in den Bereich des Brennstoffausnutzungsgrads von 70% oder mehr ab, so daß auch die mittlere Zellenleistung stark verringert wird.

Bei einem Brennstoffausnutzungsgrad von 80% oder mehr ist es praktisch unmöglich, die Zelle zu betreiben. Eine Brennstoff zelle, in der die Leistung einmal verringert wird, führt zu einem schwerwiegenden Fehler, der auch dann nicht behoben werden kann, wenn später eine ausreichende Brennstoffmenge zugeführt wird.

Andererseits wird in einem Fall a, in dem der Zwischenvertei ler 42 vorgesehen ist, bei einem Brennstoffausnutzungsgrad von nicht mehr als 60% die Leistung durch die Verminderung der Elektrodenfläche infolge des Zwischenverteilers 42 ge ringfügig kleiner, aber eine stabile, hohe Zellenspannung wird auch dann erhalten, wenn der Brennstoffausnutzungsgrad 80% überschreitet.

Vorstehend wurde die Konfiguration beschrieben, bei der die Brennstoffdurchflußbahnen jeder Trennplatte miteinander durch den Zwischenverteiler 42 kommunizieren. Ein anderer Zwischen verteiler, durch den die Luftdurchflußbahnen jeder Trenn platte miteinander kommunizieren, kann vorgesehen sein, um einen Mangel an Oxidationsmittel infolge eines Zusetzens einer Luftdurchflußbahn auszugleichen.

Wie oben beschrieben, wird bei der Brennstoffzelle der Erfin dung dann, wenn die lange Seite einer Trennplatte in n glei che Teile unterteilt ist, n so gewählt, daß die Dimensionen nicht größer als 2^½-mal und nicht kleiner als 1/2^½-mal die Länge der kurzen Seite sind Bolzen durchsetzen im wesent lichen zentrale Bereiche von zweiten Vierecken, die als ein Resultat der Unterteilung der langen Seite in n Teile gebil det sind, und die Trennplatte und eine Einzelzelle sind über ein ringförmiges elastisches Element befestigt.

Es ist daher möglich, eine Brennstoffzelle anzugeben, bei der der Flächendruck innerhalb eines konstanten Bereichs unter minimalem Flächenverlust gehalten werden kann und die ausge zeichnetes Betriebsverhalten zeigt.

Wenn eine kleinste ganze Zahl für n gewählt wird, kann die effektive Elektrodenfläche sichergestellt werden, während gleichzeitig die Anzahl der Bolzen minimiert wird. Infolge dessen ist es möglich, eine Brennstoffzelle mit sehr gutem Betriebsverhalten bereitzustellen.

Der Außendurchmesser des ringförmigen elastischen Elements ist nicht größer als 90% der kurzen Seite der zweiten Vier ecke, die als Folge der Unterteilung erhalten werden, und nicht kleiner als 50% der langen Seite der zweiten Vierecke. Es ist somit möglich, eine Brennstoffzelle anzugeben, bei der der Flächendruck innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten werden kann und die sehr gutes Betriebsverhalten zeigt.

In dem ringförmigen elastischen Element sind Tellerfedern von zwei oder mehr Arten und mit unterschiedlichen Außendurchmes sern koaxial aneinander angebracht. Es ist dadurch möglich, eine Brennstoffzelle anzugeben, bei der die Schwankung des Flächendrucks weiter vermindert ist und die sehr gutes Betriebsverhalten zeigt.

Wenn ein Verhältnis von Quotienten von Teilungen, wobei Federkonstanten der Tellerfedern, die koaxial angebracht sind und unterschiedliche Außendurchmesser haben, durch jeweilige Außendurchmesser dividiert werden, in einem Bereich von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,2 ist, ist es möglich, eine Brennstoffzelle zu erhalten, in der die Verteilung des Flächendrucks unterdrückt wird und die außerdem ein sehr gutes Betriebsverhalten zeigt.

Eine Gasverbindungsbahn, durch die die Brennstoffdurchfluß bahnen verschiedener Trennplatten miteinander kommunizieren oder die Luftdurchflußbahnen verschiedener Trennplatten mit einander kommunizieren, ist zwischen der Innenwand des in der Trennplatte gebildeten Durchgangslochs und dem Bolzen ausge bildet.

Daher kann die Konzentrationsdifferenz des Gases oder der Luft (des Oxidationsmittels), das/die durch die Durchflußbah nen verschiedener Trennplatten strömt, herabgesetzt werden, so daß das Auftreten eines Mangels an Brennstoffgas verhin dert wird. Infolgedessen kann das Betriebsverhalten der Brennstoffzelle verbessert werden.

Durch die Gasverbindungsbahn kommunizieren die Brennstoff durchflußbahnen derselben Trennplatte miteinander, oder die Luftdurchflußbahnen derselben Trennplatte kommunizieren mit einander. Daher kann die Konzentrationsdifferenz in dem Gas oder der Luft (dem Oxidationsmittel), das/die durch die ver schiedenen Durchflußbahnen der Trennplatte strömt, vermindert werden. Auch wenn eine Durchflußbahn zugesetzt ist, kann das Gas der Durchflußbahn an der Abstromseite aus der Gasverbin dungsbahn zugeführt werden. Dadurch kann das Betriebs verhalten der Brennstoffzelle verbessert werden.

Claims

1. Brennstoffzelle, gekennzeichnet durch

- eine rechteckige Einzelle, die eine Kathode (3) und eine Anode (4) mit einer zwischen der Kathode (3) und der Anode (4) angeordneten rechteckigen Elektrolyt schicht (5) aufweist, wobei die Kathode (3) und die Anode (4) im wesentlichen eine identische Gestalt wie die Elektrolytschicht haben und das Verhältnis der Länge einer langen Seite zu der Länge einer kurzen Seite der Elektrolytschicht nicht kleiner als 2^½ ist;
- einen Stapel (40), der folgendes aufweist: eine erste Trennplatte (1), die der Kathode (3) benachbart angeordnet ist und Oxidationsmittel-Durchflußbahnen hat, durch die ein Oxidationsfluid zugeführt wird; und eine zweite Trennplatte (2), die der Anode (4) benachbart an geordnet ist und Brennstoffdurchflußbahnen aufweist, durch die ein Brennstoff-Fluid zugeführt wird, wobei eine Vielzahl von Durchgangslöchern (35a, 35b) jeweils im wesentlichen in Mittelbereichen einer Vielzahl von zweiten Vierecken gebildet ist, wobei die Vielzahl von Durchgangslöchern den Stapel durchsetzt, wobei die Vielzahl von zweiten Vierecken als Resultat der Unterteilung einer langen Seite der Einzelzelle des Stapels in n gleiche Teile gebildet ist und n so gewählt ist, daß die Teile nicht größer als das 2^½-fache der Länge der kurzen Seite und nicht kleiner als das 1/2^½- fache sind; und
- eine Vielzahl von Bolzen (36), die die Vielzahl von Durchgangslöchern (35a, 35b) jeweils durchsetzen und zu mindest in dem einen Ende von jedem der Vielzahl von Bolzen (36) ein ringförmiges elastisches Element (37) aufweisen und den Stapel (40) über das ringförmige elastische Element (37) befestigen.

2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als n eine kleinste ganze Zahl gewählt wird, die der Bedingung genügt, daß dann, wenn die lange Seite der rechteckigen Einzelzelle des Stapels in n gleiche Teile unterteilt ist, die Teile nicht größer als das 2^½-fache der Länge der kurzen Seite und nicht kleiner als das 1/2^½-fache sind.

3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des ringförmigen elastischen Elements (37) nicht größer als 90% der kurzen Seite der zweiten Vierecke ist, die als Resultat der Unterteilung erhalten sind, und nicht kleiner als 50% der langen Seite der zweiten Vierecke ist.

4. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige elastische Element (37) ein Element ist, in dem Tellerfedern von zwei oder mehr Arten mit jeweils verschiedenen Außendurchmessern koaxial ange bracht sind.

5. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Quotienten von Divisionen, wobei Federkonstanten der Tellerfedern mit unterschiedlichen Außendurchmessern durch jeweilige Außendurchmesser divi diert werden, in einem Bereich von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,2 liegt.

6. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Bolzens (36), der ein jeweiliges Durchgangsloch der Durchgangslöcher (35) durchsetzt, kleiner als der Durchmesser der Innenwand des jeweiligen Durchgangslochs ist, so daß zwischen der Innenwand und dem Bolzen eine Gasverbindungsbahn (42) gebildet ist, durch die Brennstoffdurchflußbahnen verschiedener Trenn platten miteinander kommunizieren oder Oxidationsmittel- Durchflußbahnen verschiedener Trennplatten miteinander kommunizieren.

7. Brennstoffzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Oxidationsmittel-Durchflußbahnen von ein und dersel ben Trennplatte durch die Gasverbindungsbahn (42) mit einander kommunizieren oder Brennstoffdurchflußbahnen von ein und derselben Trennplatte durch die Gasverbin dungsbahn (42) miteinander kommunizieren.