DE19953404A1 - Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Brennstoffzellenstapel mit DOLLAR A - mindestens einer Membran-Elektroden-Einheit aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Elektrolytmembran, DOLLAR A - mindestens einer anodenseitigen Gasverteilerstruktur mit einem Anodengaseintrittsbereich, einem Anodengasaustrittsbereich sowie Kanälen zur Führung des Anodengases vom Anodengaseintrittsbereich zum Anodengasaustrittsbereich, wobei das Anodengas Wasserstoff enthält, DOLLAR A - mindestens einer kathodenseitigen Gasverteilerstruktur mit einem Kathodengaseintrittsbereich, einem Kathodengasaustrittsbereich sowie Kanälen zur Führung des Kathodengases vom Kathodengaseintrittsbereich zum Kathodengasaustrittsbereich, wobei das Kathodengas Sauerstoff und Wasserdampf enthält, DOLLAR A - einer Kühlmediumverteilerstruktur mit einem Kühlmediumseintrittsbereich, einem Kühlmediumsaustrittsbereich sowie Kanälen zur Führung des Kühlmediums vom Kühlmediumseintrittsbereich zum Kühlmediumsaustrittsbereich. DOLLAR A Erfindungsgemäß überdecken sich Kühlmediumseintrittsbereich und Kathodengasaustrittsbereich zumindest teilweise, so dass in diesem Bereich der Überdeckung eine Auskondensation des Wasserdampfes im Kathodenabgas erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Brennstoffzellenstapel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Brennstoffzellenstapel gemäß dem Stand der Technik umfassen mindestens eine, üblicherweise jedoch eine Mehrzahl von einzelnen Brennstoffzellen, die neben oder übereinander gestapelt sind. Eine Einzelzelle besteht aus der sogenannten Mem­ bran-Elektoden-Einheit, abgekürzt als MEA bezeichnet, aus Anode, Kathode und einer dazwischen angeordneten, protonenleitenden Elektrolytmembran. Anodenseitig ist eine Gasverteilerstruktur mit Kanälen zur Führung des wasserstoffhaltigen Anodengases vorhanden. Kathodenseitig ist eine weitere Gasverteilerstruktur mit Kanälen zur Führung des Kathodengases vorhanden. Es enthält insbesondere Sauerstoff sowie Wasser, das zum Teil bei der elektrochemischen Reaktion an der Kathode entsteht. Die Gasverteilerstrukturen sind üblicherweise als Kanalstruktur auf der Oberfläche einer z. B. metallischen, Platte realisiert. Die anodenseitige Gasver­ teilerstruktur einer Einzelzelle sowie die kathodenseitige Gasverteilerstruktur der benachbarten Zelle werden üblicherweise auf den beiden Flachseiten derselben Platte ausgeführt. Man spricht dann von einer bipolaren Platte.

Zur Temperierung der Brennstoffzelle sind innerhalb des Stapels Kühlkammern vorhanden, die von einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium durchströmt werden. Diese können an beliebigen Stellen innerhalb des Stapels und innerhalb einer Einzelzelle angeordnet sein. Zum Beispiel kann jeder Einzelzelle eine Kühl­ kammer zugeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass mehrere Einzelzellen einer Kühlkammer zugeordnet sind.

In Fig. 1 ist ein Brennstoffzellenstapel mit konvektiver Flüssigwasserkühlung entspre­ chend dem Stand der Technik dargestellt. Zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels wird ein flüssiges Kühlmedium, insbesondere Wasser, durch die innerhalb des Stapels angeordnete Kühlkammern geleitet. Nach Verlassen des Stapels wird das erwärmte Kühlwasser zur Abfuhr der aufgenommenen Wärme in einen Kühler geführt. Diese bekannten Brennstoffzellenstapel werden bevorzugt mit einer geringen Temperaturdifferenz des Kühlwassers zwischen Eintritt und Austritt von ca. 10°C betrieben, um den Kühler zur Abfuhr der Brennstoffzellen-Abwärme möglichst kompakt zu halten.

Da diese Brennstoffzellenstapel zur Erzielung sinnvoller Wirkungsgrade darüber hinaus vorzugsweise bei Temperaturen größer als 60°C betrieben wird, kann mit den bekannten Ausführungen der Kathodenwasserdampf nur in sehr geringem Umfang innerhalb des Brennstoffzellenstapels kondensiert werden. Deshalb ist außerhalb des Brennstoffzellenstapels ein zusätzlicher Wärmetauscher angeordnet, mit dem der im Kathodengas vorhandene Wasserdampf kondensiert wird. Dies dient z. B. dem Zweck, die Wasserbilanz über das gesamte Brennstoffzellensystem aufrechtzuerhalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, mit dem ein wesentlicher Teil des im Kathodengas vorhandenen Wasser­ dampfs bereits innerhalb des Stapels kondensiert werden kann, so dass eine Kondensation im nachgeschalteten Kondensator wesentlich vermindert werden kann oder sogar ganz überflüssig wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sowie ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsge­ mäßen Brennstoffzellenstapels sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Erfindungsgemäß überdeckt sich der Bereich, in dem das Kühlmedium in den Brennstoffzellenstapel eintritt und der Bereich, in dem das Kathodengas aus dem Brennstoffzellenstapel austritt, zumindest teilweise, so dass in diesem Bereich der Überdeckung eine Auskondensation des Wasserdampfs im Kathodenabgas erfolgen kann. Somit wird eine Auskondensation des Wasserdampfs innerhalb des Stapels erreicht, so dass auf einen separaten Kondensator zur Kondensation verzichtet werden kann, oder dieser wesentlich kleiner als bei den bekannten Systemen dimensioniert werden kann.

Wesentlich für das Verständnis der Erfindung ist die Tatsache, dass der wesentliche Stoffumsatz der elektrochemischen Brennstoffzellen-Reaktion grundsätzlich im Eintrittsbereich des Kathodengases auftritt. Durch die erfindungsgemäße Über­ deckung von Kühlmediumeintrittsbereich und Kathodengasaustrittsbereich werden einerseits im Bereich der Überdeckung niedrige Taupunkte erreicht (typischerweise unterhalb von 40°C), die zu der gewünschten starken Kondensation des Wasser­ dampfs im Kathodengas führen. Andererseits findet im Eintrittsbereich des Katho­ dengases, also dort, wo der wesentliche Umsatz der Brennstoffzellen-Reaktion stattfindet, nur noch eine geringe Wärmeaufnahme des Kühlmediums statt.

Somit kann die gewünschte Kondensation des Wasserdampfs im wesentlichen ohne Wirkungsgradverlust der Brennstoffzelle erreicht werden. Man erhält im Vergleich zu den beschriebenen Brennstoffzellenstapeln gemäß dem Stand der Technik, die mit geringen Temperaturdifferenzen betrieben werden, nahezu die gleiche Zellspannung.

Vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Brennstoffzelle mit einem gasförmigen Kühlmedium betrieben, das gegenüber den üblicherweise eingesetzten Kühlmedien wie z. B. Wasser oder Glykol eine wesentlich niedrigere Wärmekapazität aufweist. Werden höhere Temperaturdifferenzen angestrebt, so ist mit Kühlmedien, die eine hohe Wärmekapazität aufweisen, eine definierte Einstellung der Temperaturdifferenz homogen über jede Zelle des Brennstoffzellenstapels nicht ohne unverhältnismäßig hohen Regelaufwand möglich, da hierzu nur ein sehr geringer und somit schlecht regulierbarer Kühlmittelfluss benötigt wird. Wählt man dagegen ein Kühlmittel mit geringerer Wärmekapazität, so ist zur Aufrechterhaltung der gleichen Temperatur­ differenz ein höherer Kühlmittelfluss notwendig, der sich wesentlich einfacher regulieren lässt.

Zur Optimierung der zellinternen Kondensation des Produktwassers ist ferner eine Anpassung des Wärmeaustausches zwischen dem Kathodengas und dem Kühlme­ dium an die verschiedenen Betriebszustände der Brennstoffzelle möglich. Diese Anpassung kann durch örtlich beschränkte Maßnahmen im Bereich der Über­ deckung von Kühlmitteleintrittsbereich und Kathodengasaustrittsbereich oder kom­ plementär hierzu im übrigen Bereich der Zelle erfolgen. Diese Maßnahmen können z. B. in einer Anpassung der Geometrie hinsichtlich der Kanäle liegen. Hierbei kann insbesondere der Kanalquerschnitt, Kanalzahl pro Fläche oder die Anordnung der Kanäle räumlich variiert werden. Weitere mögliche Geometrieanpassungen betreffen die Beeinflussung der Kontaktfläche durch Rippen, Stege, Rillen oder Nadeln o. ä. in den Strömungskanälen.

Eine weitere mögliche Maßnahme besteht in dem gezielten räumlichen Einsatz von Materialien mit speziellen Wärmeleiteigenschaften. Zum Beispiel kann im Bereich der Kondensation im Eintrittsbereich des Kühlmediums ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit vorhanden sein und/oder im übrigen Bereich der Zelle ein Mate­ rial mit schlechter Wärmeleitfähigkeit. Die Materialien können sowohl in Schichtform auf die Oberfläche der Kanäle aufgebracht werden, als auch in das Trägermaterial selbst eingebracht werden.

Mit einer oder einer Kombination der genannten Maßnahmen kann beispielsweise lokal im Bereich der Kondensation im Eintrittsbereich des Kühlmediums für einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen Kathodengas und Kühlmedium gesorgt werden und damit die pro Zeit kondensierte Wassermenge gesteigert werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes Brennstoffzellensystem, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert;

Fig. 2-4 jeweils Ausführungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels;

Fig. 5 die Spannungs-Stromdichte-Kennlinien eines erfindungsgemäßen Brenn­ stoffzellenstapels im Vergleich zu einem bekannten Brennstoffzellenstapel;

Fig. 6 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels mit lokal angepasster Kanalgeometrie im Bereich der Kondensation;

Fig. 7 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels mit lokal angepasstem Einsatz wärmeleitender/wärmeisolierender Materialien.

Fig. 8 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels mit getrennter Führung von Kathodengas und Kühlmedium;

Fig. 9 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels, bei dem ein Teil des Kühlmediums nach Durchströmen der Kühlmediumverteiler­ struktur die kathodenseitige Gasverteilerstruktur als Kathodengas durch­ strömt.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels in schematischer Darstellung. Dargestellt ist eine Platte, z. B. aus Metall, auf deren Oberfläche eine kathodenseitige Gasverteilerstruktur für das Kathodengas eingear­ beitet ist. Die Gasverteilerstruktur ist hier nur schematisch eingezeichnet. Sie besteht aus einem oder mehreren serpentinenförmigen oder meanderförmigen Kanälen, wie sie dem Fachmann an sich bekannt sind. Das Kathodengas tritt über eine Durchbre­ chung in die Zelle ein, durchläuft den oder die Strömungskanäle und tritt an der diagonal gegenüberliegenden Durchbrechung wieder aus der Zelle aus.

Die Begriffe "Eintrittsbereich" und "Austrittsbereich" eines Fluids im Sinne der vorliegenden Erfindung sind so zu verstehen, dass damit nicht nur der unmittelbare Bereich der Durchbrechungen gemeint ist, sondern zusätzlich deren nähere Umge­ bung, und zwar gemessen entlang der Fluidströmung. In diesem Bereich ist ein Stoffumsatz aufgrund der elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion sehr gering oder praktisch nicht mehr vorhanden. Im dargestellten Beispiel gehört z. B. der Abschnitt des Strömungskanals vom letzten Richtungswechsel bis zur Durchbre­ chung mit zum Kathodengasaustrittsbereich.

Wie man aus der Zeichnung erkennen kann, tritt das Kühlmedium in dieser Ausfüh­ rung im wesentlichen über die gesamte Kantenlänge der Platte in die Zelle ein und strömt im Querstrom zu dem Kathodengas (das Kühlmedium strömt auf einer Verteilerstruktur auf der Rückseite der dargestellten Platte). Kühlmediumeintritts­ bereich und Kathodengasaustrittsbereich überdecken sich in wesentlichen Teilen. Dieser Bereich der Überdeckung, in dem die Kondensation stattfindet, ist umrandet. Als Kühlmedium wird in dieser Ausführung die Umgebungsluft verwendet.

Ebenfalls eingezeichnet sind typische Temperaturen für Kathodengas und Kühlmedi­ um am Ein- und Austritt. Man erkennt, dass die Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Austritt bei beiden Fluiden - verglichen mit den bekannten Brennstoffzellen - relativ hoch sind. Die Temperaturunterschiede liegen jeweils im Bereich von 30 bis 45°C. Am Austritt des Kathodengases werden Taupunkte von unterhalb 40°C erreicht. Dadurch wird ein separater Kondensator zur Kondensation des Wassers im Kathodengas eingespart.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung zeigt Fig. 3. Er unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Ausführung im wesentlichen nur durch eine andere Gasverteilerstruktur. Diese ist hier als Parallel-Gasverteilerstruktur ausgeführt. Das gasförmige Kühlmedium (z. B. Umgebungsluft) tritt im wesentlichen über die gesamte Kantenlänge der Platte in die Zelle ein und strömt in Gegenrichtung zum Kathoden­ gas (das Kühlmedium strömt auf einer Verteilerstruktur auf der Rückseite der dargestellten Platte). Kühlmediumeintrittsbereich und Kathodengasaustrittsbereich überdecken sich in wesentlichen Teilen. Dieser Bereich der Überdeckung, in dem die Kondensation stattfindet, ist umrandet.

Die Luftkühlung, wie sie bei der Ausführung nach Fig. 2 oder 3 vorgesehen ist, kann vorteilhaft über einen Radiator erfolgen. Fig. 4 zeigt hierzu eine entsprechende Ausführung. Der Radiator ist direkt vor dem Brennstoffzellenstapel angeordnet und bläst die Luft in die Kühlkanäle bzw. Kühlkammern des Brennstoffzellenstapels. In einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführung, kann die dem Stapel zuzuführen­ de Kühlluft auch über eine Leitung vom Radiator in den Stapel gefördert werden.

Fig. 5 zeigt die Spannungs-Stromdichte-Kennlinien eines erfindungsgemäßen Brenn­ stoffzellenstapels mit Luftkühlung im Vergleich zu einem bekannten Brennstoffzellen­ stapel mit Wasserkühlung. Die dargestellten Werte wurden durch Messungen an einem Zellstapel aus zehn Brennstoffzellen ("10-Zeller") gewonnen. Als Grundwerk­ stoff der Bipolarplatten wurde Graphit verwendet. Man erkennt, dass die beiden Kennlinien annähernd identisch sind. Die erfindungsgemäß erhaltene stapelinterne Kondensation des Wasserdampfs kann also ohne Wirkungsgradverlust erreicht werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung. Dargestellt ist eine Platte, auf deren dem Betrachter abgewandten Seite die in Fig. 2 oder 3 dargestellte Gasverteilerstruktur zur Führung des Kathodengases vorhanden sind. Auf der dem Betrachter zugewandten Seite ist die Verteilerstruktur für das Kühlmedium darge­ stellt. Man erkennt die einzelnen, parallelen Kanäle, die durch Stege voneinander getrennt sind. Das Kathodengas tritt über eine Durchbrechung in der Platte in die Zelle ein, durchläuft den oder die - hier nicht einsehbaren - Strömungskanäle und tritt an der diagonal gegenüberliegenden Durchbrechung wieder aus der Zelle aus. Das Kühlmedium tritt an der unteren Kante der Platte in die Kühlkanäle ein und verlässt diese an der gegenüberliegenden Kante. Der Bereich der Überdeckung von Kühlmediumeintrittsbereich und Kathodengasaustrittsbereich, in dem die Konden­ sation im wesentlichen stattfindet, ist umrandet. In diesem Bereich der Überdeckung sind innerhalb der Kanäle zusätzliche Rippen angeordnet, um die Kontaktfläche zu vergrößern. Dadurch wird in diesem Bereich der Wärmeaustausch zwischen Kühl­ medium und Kathodengas erhöht und somit die Kondensation günstig beeinflusst.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung der Erfindung, mit der der lokale Wärmeaustausch über der Zellfläche durch zusätzliche Maßnahmen variiert wird. Der Aufbau der Platte entspricht mit Ausnahme der hier nicht vorhandenen Rippen im Bereich der Konden­ sation dem in Fig. 6 gezeigten, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen darauf verwiesen ist. Als zusätzliche Maßnahme ist innerhalb des Bereichs der Über­ deckung von Kühlmediumeintrittsbereich und Kathodengasaustrittsbereich eine wärmeisolierende Schicht auf der Kanaloberfläche vorhanden. Durch entsprechende Auswahl von Schichtdicke und Schichtmaterial kann in diesem Bereich der Wärme­ austausch verringert werden, um eventuell unerwünschte hohe Temperaturgra­ dienten im Kondensationsbereich zu vermeiden. Diese Schicht kann z. B. eine selbst tragende Schicht oder Folie sein, die auf die Oberfläche aufgeklebt wird. Möglich ist aber auch das Aufbringen einer dünnen Lackschicht oder das unmittelbare Einbrin­ gen des zusätzlichen Materials in die Trägerschicht.

In einer weiteren Ausführung (nicht dargestellt) können bei der Vorrichtung nach Fig. 6 im Bereich der Überdeckung von Kühlmediumeintrittsbereich und Kathoden­ gasaustrittsbereich gut wärmeleitfähige Materialien vorhanden sein, um den Wärme­ austausch zwischen Kathodengas und Kühlmedium in diesem Bereich weiter zu erhöhen.

In einer anderen Ausführung können bei der Vorrichtung nach Fig. 6 oder 7 im Bereich außerhalb der Überdeckung von Kühlmediumeintrittsbereich und Katho­ dengasaustrittsbereich wärmeisolierende Materialien eingesetzt werden.

Mit den beschriebenen Maßnahmen ist es somit möglich, im Bereich außerhalb des Kondensationsgebiets den Wärmeaustausch zu verringern und an anderer Stelle des Strömungsfelds eine starke lokale Kondensation zu erreichen.

Alle in den Fig. 6 und 7 gezeigten Maßnahmen, die dort im Bezug auf die Kanäle zur Führung des Kühlmediums beschrieben wurden, können in gleicher Weise auch auf die Kanäle zur Führung des Kathodengases angewandt werden.

Fig. 8 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels, bei dem Kathodengas und Kühlmedium innerhalb des Stapels getrennt voneinander geführt werden. In der schematischen Darstellung bezeichnet MEA die Membran- Elektroden-Einheit, die einerseits zu der anodenseitigen Gasverteilerstruktur AS und andererseits von der kathodenseitigen Gasverteilerstruktur KS benachbart ist. Zwischen zwei Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels sowie am Anfang und am Ende des Stapels ist jeweils eine Kühlmediumverteilerstruktur KK, auch als Kühl­ kammer bezeichnet, vorhanden. Das Kühlmedium, z. B. Luft, durchströmt die Kühl­ kammern KK und wird oberhalb und unterhalb des Stapels zu- und abgeführt. Das Kathodengas durchströmt die einzelnen kathodenseitigen Gasverteilerstrukturen KS. Es wird über sogenannte Ports, die durch miteinander fluchtende Durchbrechungen innerhalb der einzelnen Komponenten KK, KS, AS, MEA gebildet werden, zu und abgeführt.

Um druckverlustbedingte Leistungseinbußen bei der Durchleitung des Kühlluftstromes möglichst klein zu halten, werden die Kühlkanäle in der Kühlmediumverteilerstruktur KK vorteilhafterweise möglichst kurz und deshalb parallel (ohne Meander oder Serpentinen) ausgeführt. Dadurch ist vorteilhafterweise eine senkrecht nach oben gerichtete Kühlluftströmung im Stapel vorhanden, so dass die Kühlluftströmung durch die auftretende Thermik unterstützt wird.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellen­ stapels, bei der ein Teil des Kühlmediums nach Durchströmen der Kühlmedium­ verteilerstruktur als Kathodengas verwendet wird. Die Abfolge der Komponenten Membran-Elektroden-Einheit MEA, kathodenseitige Gasverteilerstruktur KS, anoden­ seitige Gasverteilerstruktur AS, Kühlmediumverteilerstruktur KK innerhalb des Stapels entspricht Fig. 8.

Zunächst strömt der vorverdichtete Kühlluftstrom - vorteilhafterweise von unten - durch parallele Kühlkanäle der Kühlmediumverteilerstruktur und gelangt nach dem Austritt aus der Kühlmedienverteilerstruktur in eine Kammer oberhalb des Brenn­ stoffzellenstapels. Aus dieser Kammer wird ein Teil der Kühlluft zu der kathodenseiti­ gen Gasverteilerstruktur weitergeleitet, versorgt die Kathode mit Sauerstoff und tritt schließlich durch eine oder mehrere - vorteilhafterweise seitlich angeordnete Öffnun­ gen - aus dem BZ-Stack aus. Der überschüssige Kühlluftstrom verläßt die obere Kammer beispielsweise über ein durchfluss- oder druckgeregeltes Ventil und gelangt direkt in die Umgebung.

Für beide Ausführungen nach Fig. 8 und Fig. 9 können als Kathodengas außer Luft auch andere sauerstoffhaltiges Gase bzw. Gasgemische eingesetzt werden. Voraus­ setzung ist jedoch, dass sie die MEA nicht vergiften.

Ebenso kann als Kühlmedium anstatt Luft auch ein anderes Gas eingesetzt werden, z. B. durch Gase, die innerhalb des Brennstoffzellensystems bei niedriger Temperatur anfallen.

Die Führung des Anodengases innerhalb des Stapels wurde in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.

Claims (9)

1. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel mit

• - mindestens einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA) aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Elektrolytmembran,
• - mindestens einer anodenseitigen Gasverteilerstruktur (AS) mit einem Anodengaseintrittsbereich, einem Anodengasaustrittsbereich sowie Kanälen zur Führung des Anodengases vom Anodengaseintrittsbereich zum Anodengasaustrittsbereich, wobei das Anodengas Wasserstoff enthält,
• - mindestens einer kathodenseitigen Gasverteilerstruktur (KS) mit einem Kathodengaseintrittsbereich, einem Kathodengasaustrittsbereich sowie Kanälen zur Führung des Kathodengases vom Kathodengaseintrittsbereich zum Kathodengasaustrittsbereich, wobei das Kathodengas Sauerstoff und Wasserdampf enthält;
• - einer Kühlmediumverteilerstruktur (KK) mit einem Kühlmediumeintrittsbe­ reich, einem Kühlmediumaustrittsbereich sowie Kanälen zur Führung des Kühlmediums vom Kühlmediumeintrittsbereich zum Kühlmediumaustritts­ bereich;

dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmediumeintrittsbereich und Kathoden­ gasaustrittsbereich sich zumindest teilweise überdecken, so dass in diesem Be­ reich der Überdeckung eine Auskondensation des Wasserdampfs im Katho­ denabgas erfolgen kann.

2. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Überdeckung von Kühlmediumeintritts­ bereich und Kathodengasaustrittsbereich die Geometrie der Kanäle gegenüber den Bereichen außerhalb der Überdeckung unterschiedlich ist.

3. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Kanäle sich im Bereich der Über­ deckung hinsichtlich Kanalanordnung, Kanalquerschnitt, Kanalzahl pro Fläche, zusätzlicher Rippen, Stege, Rillen oder Nadeln von den übrigen Bereichen au­ ßerhalb der Überdeckung unterscheidet.

4. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Überdeckung von Kühlme­ diumeintrittsbereich und Kathodengasaustrittsbereich im Wärmeübertra­ gungsweg zwischen Kühlmedium und Kathodengas Materialien vorhanden sind, die sich hinsichtlich ihrer wärmeleitenden Eigenschaften von den außerhalb der Überdeckung eingesetzten Materialien unterscheiden.

5. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kathodenseitigen Gasver­ teilerstruktur und Kühlmediumverteilerstruktur derart ausgebildet sind, dass Kathodengas und Kühlmedium im Kreuzstrom geführt werden.

6. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass kathodenseitigen Gasver­ teilerstruktur und Kühlmediumverteilerstruktur derart ausgebildet sind, dass Kathodengas und Kühlmedium im Gegenstrom geführt werden.

7. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kathodengas und Kühlmedium getrennt voneinander den Brennstoffzellenstapel durchströmen.

8. Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Kühlmediums nach Durchströmen der Kühlmediumverteilerstruktur die kathodenseitige Gasver­ teilerstruktur als Kathodengas durchströmt.

9. Verfahren zum Betrieb eines elektrochemischen Brennstoffzellenstapels nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium ein Gas, z. B. Umgebungsluft, eingesetzt wird.