DE202005016493U1 - Brennstoffzellenvorrichtung mit Zweiseiten-Strömungsfeldplatine - Google Patents

Abstract

Brennstoffzellenvorrichtung (1), aufweisend:
eine Zweiseiten-Strömungsfeldplatine (11), welche einen Platinenkörper (111) und eine Strömungsfeldstruktur (113, 115) aufweist, die an beiden Seiten des Platinenkörpers (111) ausgebildet ist, und
zwei Brennstoffzellenplatinen (13, 15), welche auf beide Seiten des Platinenkörpers (111) aufgelegt und damit verklebt sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, und insbesondere eine Brennstoffzelle mit einer Zweiseiten-Strömungsfeldplatine.
• Da bei einer üblichen Brennstoffzellenvorrichtung die Strömungsfeldstruktur, wie beispielsweise ein Kanal, nur an einer Seite der Strömungsfeldplatine angeordnet ist, ist ein Aufkleben der Membranelektrodenanordnung der Bremsstoffzellenvorrichtung nur an der einen Seite vorgesehen. Wenn solch eine übliche Struktur in einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer ebenen und großen Fläche verwendet wird, muss die Fläche der Strömungsfeldplatine sich der Fläche der Brennstoffzellenvorrichtung zumindest annähern, so dass jede Membranelektrodenanordnung der Brennstoffzellenvorrichtung eine Brennstoffzufuhr erlangt. Daher ist die übliche Brennstoffzellenvorrichtung offensichtlich schwierig als eine miniaturisierte Brennstoffzellenvorrichtung zu realisieren.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, welche ein geringeres Gesamtvolumen und eine erhöhte elektrische Leistung aufweist.
• Dies wird mit einer Brennstoffzellenvorrichtung erreicht, die eine Zweiseiten-Strömungsfeldplatine mit einem Platinenkörper und einer Strömungsfeldstruktur, die an beiden Seiten des Platinenkörpers ausgebildet ist, und zwei Brennstoffzellenplatinen aufweist, welche auf beide Seiten des Platinenkörpers aufgelegt und jeweils damit verklebt sind.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand einer bevorzugten Ausführungsform detailliert beschrieben.
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung mit Zweiseiten-Strömungsfeldplatine.
• 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung von 1.
• 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung von 1.
• 4 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die Oberseite der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung.
• 5 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine von 4.
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung mit Zweiseiten-Strömungsfeldplatine. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung von 1. 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung von 1. Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung 1 weist im Wesentlichen eine Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 und zwei Brennstoffzellenplatinen 13, 15 auf, wobei die Brennstoffzellenplatinen 13, 15 auf beide Seiten der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 aufgelegt und jeweils damit verklebt sind. Da die Brennstoffzellenplatinen 13, 15 dicht an der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 anliegen, kann der auf bzw. in der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 befindliche Brennstoff nicht nach außen hin ausströmen, wobei der auf bzw. in der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 befindliche Brennstoff in das Innere der Brennstoffzellenplatinen 13, 15 einströmen kann und in den Brennstoffzellenplatinen 13, 15 jeweils eine elektrochemische Reaktion hervorrufen kann, so dass elektrische Leistung bzw. Elektroenergie erzeugt wird.
• Die Brennstoffzellenplatinen 13, 15 haben die gleiche Struktur, wobei diese im Wesentlichen aufweist: ein Substrat 131 bzw. 151, mehrere Membranelektrodenanordnungen 133 bzw. 153, welche an lokalen Bereichen des Substrats 131 bzw. 151 angeordnet sind, mehrere Stromsammelschichten 135a, 135b bzw. 155a, 155b, welche an der Oberseite und an der Unterseite des Substrats 131 bzw. 151 ausgebildet sind, sowie mehrere Löcher in der Fläche jeder Stromsammelschicht 135a, 135b bzw. 155a, 155b zum Ermöglichen, dass der Brennstoff in die Membranelektrodenanordnungen 133 bzw. 153 einströmt.
• 4 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1, und 5 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1. Bezugnehmend auf 4 und 5 weist das Substrat der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 einen als Platte ausgebildeten Platinenkörper 111, welcher von Metall und/oder Kunststoff gebildet sein kann, und eine Strömungsfeldstruktur 113, 115 auf, welche sowohl an der Oberseite als auch and der Unterseite des Platinenkörpers 111 ausgebildet ist. Die Hauptfunktion der Strömungsfeldstruktur 113, 115 ist, einen Brennstoffstrom zu den Membranelektrodenanordnungen 133, 153 zu realisieren. Ferner stellt die Strömungsfeldstruktur 113, 115 einen Kanal bzw. eine Passage zum Ausgeben des bei der elektrochemischen Reaktion in den Membranelektrodenanordnungen 133, 153 erzeugten Reaktionsproduktes bereit. Die Strömungsfeldstruktur 113, 115 weist einen Strömungsfeldstruktur-Bereich 113 an der Oberseite des Platinenkörpers 111 und einen Strömungsfeldstruktur-Bereich 115 an der Unterseite des Platinenkörpers 111 auf. Die Strömungsfeldstruktur-Bereiche 113, 115 sind im Wesentlichen gleich ausgebildet, wobei jedoch die in den 4 und 5 gezeigten Strömungsfeldstruktur-Bereiche 113, 115 lediglich exemplarische Strukturen aufweisen und die Strömungsfeldstruktur-Bereiche 113, 115 nicht auf die dargestellten Strukturen beschränkt sind. Die Strömungsfeldstruktur-Bereiche 113 und 115 weisen ein Strömungsfeld 1131 bzw. 1151 und einen Brennstoffeinlass 1133 auf, welcher jeweils mit dem Strömungsfeld 1133, 1155 in Verbindung steht. Die Strömungsfeldstruktur-Bereiche 113 und 115 weisen ferner einen Brennstoffabgas-Auslass 1135 auf, welcher jeweils mit dem Strömungsfeld 1131, 1151 in Verbindung steht.
• Während des Zusammenbaus der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1 werden die obere Brennstoffzellenplatine 13 und die untere Brennstoffzellenplatine 15 die Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 zwischen sich aufnehmend auf diese aufgedrückt und liegen dicht an den Außenseiten der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine 11 an. Im Betriebszustand der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1 kann Brennstoff über den Brennstoffeinlass 1133 in die Brennstoffzellenvorrichtung 1 einströmen und strömt dann in das jeweilige Strömungsfeld 1131 bzw. 1151 und letztendlich in das Innere der Brennstoffzellenplatinen 13, 15. Die durch die elektrochemische Reaktion in den Brennstoffzellenplatinen 13, 15 entstehenden Reaktionsprodukte strömen in das jeweilige Strömungsfeld 1131 bzw. 1151 und strömen letztendlich über den Brennstoffabgas-Auslass 1135 nach außen ab. Die obere Brennstoffzellenplatine 13 und die untere Brennstoffzellenplatine 15 erzeugen jeweils elektrischen Strom und verbinden mittels einer elektrischen Reihenschaltung oder einer elektrischen Parallelschaltung, die durch die Stromsammelschichten 135a, 135b bzw. 155a, 155b der Brennstoffzellenplatinen 13 und 15 realisiert ist, die erzeugte Spannung elektrisch mit den Signalanschlüssen 137, 157, um elektrische Leistung an der Außenseite der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1 bereitzustellen.
• Basierend auf der Brennstoffart, wird die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung 1 in eine Methanolbrennstoff nutzende Brennstoffzellenvorrichtung, eine Flüssigbrennstoff nutzende Brennstoffzellenvorrichtung und eine gasförmigen Brennstoff nutzende Brennstoffzellenvorrichtung klassifiziert.
• Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung 1 mit Zweiseiten-Strömungsfeldplatine weist die folgenden Vorteile und Verbesserungen auf:
• 1. Da die Oberseite und die Unterseite der Zweiseiten-Strömungsfeldplatine jeweils einer oberen Brennstoffzellenplatine bzw. einer unteren Brennstoffzellenplatine Brennstoff bereitstellen, ist die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zur Miniaturisierung geeignet und weist eine erhöhte bzw. vervielfachte elektrische Leistung auf.
• 2. Da die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit Zweiseiten-Strömungsfeldplatine eine Schicht- bzw. Lagen-Struktur nutzt, weist die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung den Vorteil des Ermöglichens einer Modularisierung auf.

Claims (6)

1. Brennstoffzellenvorrichtung (1), aufweisend: eine Zweiseiten-Strömungsfeldplatine (11), welche einen Platinenkörper (111) und eine Strömungsfeldstruktur (113, 115) aufweist, die an beiden Seiten des Platinenkörpers (111) ausgebildet ist, und zwei Brennstoffzellenplatinen (13, 15), welche auf beide Seiten des Platinenkörpers (111) aufgelegt und damit verklebt sind.
2. Brennstoffzellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Strömungsfeldstruktur (113, 115) aufweist: ein Strömungsfeld (1131, 1151), mittels welchem der Brennstoff mit dem Inneren der Brennstoffzellenplatinen (13, 15) in Kontakt gebracht wird, und einen Brennstoffeinlass (1133), welcher an einer Seite des Platinenkörpers (111) angeordnet ist und mit einem Endabschnitt des Strömungsfeldes (1131, 1151) in Verbindung steht.
3. Brennstoffzellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Strömungsfeldstruktur (113, 115) ferner einen Brennstoffabgas-Auslass (1135) aufweist, welcher an einer Seite des Platinenkörpers (111) angeordnet ist und welcher mit einem anderen Endabschnitt des Strömungsfeldes (1131, 1151) in Verbindung steht.
4. Brennstoffzellenvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei die Brennstoffzellenplatinen (13, 15) Methanolbrennstoffzellenplatinen sind.
5. Brennstoffzellenvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei die Brennstoffzellenplatinen (13, 15) Flüssigbrennstoffzellenplatinen sind.
6. Brennstoffzellenvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei die Brennstoffzellenplatinen (13, 15) Gasbrennstoffzellenplatinen sind.