DE2831799C2 - Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Zwecke, wie als Primärenergiequelle in entlegenen Gebieten mit begrenzten Bedienungs- und Wartungsmögüchkeiten u. dgL Daher muß ein solches Energiesystem nicht so unabhängig bzw. in sich geschlossen sein, sondern auch außerordentlich zuverlässig und betriebssicher arbeiten, wobei bewegliche Teile soweit wie möglich vermieden werden sollten. Die hieraus bekannte Brennstoffzelle enthält die übereinandergestapelte Anordnung alternierende Brennstoffzeilenlaminate und wärmeleitfähige, undurchlässige Zellenplatten, wobei die Laminate an den beiden Seiten eines eine immobilisierte Säure enthaltenden Elektrolyts Brennstoff- und Sauerstoffelektroden aufweisen. Hierbei ist eine Temperaturregelung, Entfernung des gebildeten Wassers und eine Verteilung des Sauerstoffs über die Kathoden möglich, ohne daß man ein gesondertes äußeres Kühlsystem oder gesonderte Kühlfluide o. dgl. benötigt Auch können Kühlrippen auf den Zellenplatten entfallen. Das Oxidationsmittel hat hierbei die Funktionen der Abhitzebeseitigung, Produktwasserbeseitigung und Oxidationsmittelzufuhr zu den Zellen. Der Elektrolyt enthält hierbei eine immobilisierte stabile Säure und ein solcher Elektrolyt ist beispielsweise in der US-PS 34 53 149 beschrieben. Hierbei ist eine Matrix vorgesehen, die aus einem Fluorkohlenstoffpolymergel besteht, in welchem der Säureelektrolyt eingeschlossen ist In das Fluorkohlenstoffpolymergel sind zur Struklurstabilisierung inerte, feste, anorganische, poröse Teilchen eingebaut
Aus US-PS 29 13 511 ist ein Aufbau bekannt bei dem eine Ionenaustauschmembran als Elektrolyt zwischen den Brennstoff- und Sauerstoffelektroden dient Beispielsweise wird ein Ionenaustauschharz in Form einer die Elektroden trennenden Membran als Elektrolyt verwendet Zwischen den Elektroden ist eine solche hydratisierte Ionenaustauschmembran vorgesehen, die im wesentlichen mit Wasser getränkt ist und es sind ferner Einrichtungen zur Stromzufuhr und -abfuhr zu und von den Rändern der Elektroden über daran angebrachte Leitungen vorgesehen. Gemäß US-PS 31 34 697 läßt sich die Polarisierung der Brennstoffzelle bei solchen Ionenaustauschharzmembran-Brennstoffzellen durch eine spezielle Kombination von Elektrode und Elektrolytstruktur vermindern. Hierzu wird insbesondere der gasabsorbierende Metallelektrolyt integrierend verbunden und eingebettet. Bei den angegebenen Metallpulver-Elektrodenmaterialien ist jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode begrenzt und es wird der Innenwiderstand der Zelle erhöht. Daher werden für die Stromabnahme die Enden der Elektroden berührende Endgitter sogar dann verwendet, wenn dipolare Elektroden mit einer Reihenschaltung der Zellenlaminate verwendet werden.
Weiterhin sind ähnliche Ausbildungen von Brennstoffzellen wie in der DE-OS 21 40 989 auch aus DE-OS 2316 067, DE-OS 2045 632 und der Literaturstelle US-Z IECEC 75 Record, Seiten 210 bis 217 bekannt. Auch diese Brennstoffzellen werden unter einer hohen Temperatur betrieben, wobei das gebildete Wasser keine so großen Schwierigkeiten bereitet, d<i es dort in Dampfform durch die hohe Temperatur leicht abgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzelle der gattungsgemäßen Art hinsichtlich des Aufbaus zu vereinfachen, das gebildete Wasser ohne störenden Einfluß auf das Betreiben der Brennstoffzelle abzuführen und einen Betrieb bei niedriger Temperatur zu ermöglichen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Brennstoffzelle mit den MerKmalea des Oberbegriffs des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst
Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle hat der jeweilige Strömungskanal für das sauerstoffhaltige Gas eine größere Querschnittsfläche als der jeweilige Brenngas-Strömungskanal, so daß für die Ausbreitung bzw. Diffusion des Reaktanten eine größere Querschnittsfläche vorhanden ist Hierdurch lassen sich Betriebsschwierigkeiten beim Betreiben einer solchen Brennstoffzelle vermeiden und es läßt sich auch das in der Katalysatorschicht gebildete Wasser leicht ableiten, ohne daß die Zufuhr der Reaktionsgase zu der Katalysatoroberfläche behindert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung, die im Anspruch 2 angegeben ist sind die bipolaren Platten an ihren Oberflächen hydrophil, wozu man beispielsweise eine Oberflächenbeschichtung mit einem kolloidalen Kieselsäuresol vorsehen kann. Das von den Elektroden abgewiesene Wasser kann sich leicht längs den hydrophilen Oberflächen der benachbarten bipolaren Platten bewegen und läßt sich dann ohne Schwierigkeiten an den Rändern der bipolaren Platten ableiten. Vorzugsweise wird zu einer solchen Wasserabfuhr eine Dochteinrichtung an den Rändern der Zellen verwendet, die in Berührung mit den hydrophilen Oberflächen der bipolaren Platten ist Auch sind solche Brennstoffzellen ohne eine zwangsweise Luftdurchströmung betreibbar, so daß sich Diffusionsreaktionen in den Zellen unter Bildung von entsprechenden Kurzschlußwegen vermeiden lassen.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Seiten der bipolaren Platte, d. h. die Distanz, welche von dem darüberströmenden sauerstoffhaltigen Gas durchwandert wird, begrenzt und wird durch die Diffusionsgeschwindigkeit des sauerstoffhaltigen Gases über die Oberfläche unter Umgebungsbedingungen bestimmt. Hierdurch erhält man eine relativ schmal bemessene Brennstoffzelle und das sauerstoffhaltige Gas kann entsprechend seiner Ausbreitungsgeschwindigkeit über die gesamte Oberfläche der bipolaren Platte während des Gebrauchs verteilt werden, die mit der Sauerstoffelektrode in Berührung steht Hierdurch erhält man einen möglichst kurzen Ausleitungsweg für das sauerstoffhaltigeGas.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung bestehen die bipolaren Platten vorzugsweise aus Graphit, als Brennstoff wird ein wasserstoffhaltiges Gas und als sauerstoffhaltiges Gas wird Luft verwendet. Als
so Oxidationsmittel bzw. Sauerstoffelektrode dient ein beliebiges Inertgas (wie Stickstoff oder Argon), welches das erforderliche Oxidationsmittel mit sich führt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzelle in auseinandergezogener Darstellung,
F i g. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Brennstoffzelle,
F i g. 3 eine Seitenansicht der Brennstoffzelle,
F i g. 4 eine Endansicht der Brennstoffzelle, und
F' %. 5 eine Seitenansicht der Brennstoffzelle.
In der Brennstoffzelle werden Ionenaustauschmembranen als Elektrolyt verwendet.
Zweckmäßigerweise sind Ionenaustauschmembranen Kationenaustauschmembrane, beispielsweise basierend
auf einem Perfluorsulfonsäurepolymeren mit hoher chemischer und thermischer Beständigkeit. Dieses ist für Kationen durchlässig, für Anionen jedoch undurchlässig. Das Fluorkohlenstoffpolymere ist hierbei negativ geladen, weist jedoch praktisch unbewegliche Sulfonsäuregruppen auf. Der Stromtransport durch die Membran erfolgt bei der Brennstoffzelle über Protonen.
Die vorgenannten Elektrolyten sind immobilisiert, was den Vorteil hat, daß die Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt unveränderlich und Schwankungen während des Betriebs der Zelle nicht unterworfen ist Das bei der Wasserstoffumwandlung gebildete Wasser wird von der Membran abgestoßen und kann entweder in flüssiger Form abgezogen oder verdampft werden. Dies steht im Gegensatz zu anderen Brennstoffzellensystemen, bei welchen beträchtliche Sorgfalt bei der Entfernung des gebildeten Wassers angewendet werden muß, damit eine stabile Elektrode/Elektrolyt-Grenzfläche beibehalten wird. Die Wasseransammlung in diesen Zellen kann zu einer »Ersäufung« der Elektrodenstruktür und einem Funktionsverlust führen, während eine übermäßige Wasserentfernung dieselbe Wirkung aufgrund einer Austrocknung der Zelle haben kann. Bei einem Zurückgehen des Elektrolyts geht der Kontakt mit der Elektrode verloren, wodurch die Funktion der Zelle beeinträchtigt wird.
In der Brennstoffzelle sind Brennstoffzellenlaminate übereinandergestapelt und es sind bipolare Platten zur Trennung der Brennstoffzellenlaminate vorgesehen. Diese leitfähigen und gasundurchlässigen bipolaren Platten dienen zur Trennung benachbarter Zellenlaminate und stehen in Kontakt mit den Elektroden. Diese bipolaren Platten sind aus wärmeleitfähigen Materialien hergestellt und weisen an den die Elektroden berührenden Oberflächen Gasströmungskanäle auf. Bei der Materiaiabstimmung sollte eine mögliche durch Potentiale bedingte Korrosion berücksichtigt werden. Außerdem sind die notwendige elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit sowie die Material- und Herstellungskosten in Betracht zu ziehen. Diese Anforderungen werden durch mehrere Materialien, wie Titan, Niob, Tantal oder verschiedene Legierungen, z. B. bestimmte Nickellegierungen (Hastelloy) erfüllt Zweckmäßigerweise werden jedoch Graphit oder harzgebundene Kohlenstoff-Verbundmaterialien verwendet Beim Material auf Kohlenstoffbasis wird insbesondere die Herstellung der mit Kanälen ausgestatteten Struktur vereinfacht; für diesen Zweck können Preß- oder Strangpreßformen verwendet werden. Man benötigt ferner keine beweglichen Teile für die Erzeugung des oxidierenden Gasstromes über die bipolaren Platten.
Die Brenngas-Strömungskanäle und die Strömungskanäle für das oxidierende Gas werden von in die Oberflächen der bipolaren Platten eingeschnittene Nuten bzw. Rillen gebildet Man wendet z. B. mehrere parallele Rillen an, die an der mit der Brennstoffelektrode in Kontakt befindlichen Oberfläche der bipolaren Platte von einem Ende der Platte zum anderen Ende verlaufen, während andererseits mehrere parallele Rillen vorgesehen sind, weiche an der mit der Oxidationsmittelelektrode bzw. Sauerstoffelektrode in Kontakt befindlichen Oberfläche der bipolaren Platte von einer Seite dieser Platte zur anderen Seite (d. h. quer über die Schmalseite der rechteckig ausgebildeten Platte) verlaufen. Zweckmäßigerweise weisen jedoch beide Oberflächen der bipolaren Platte Rillen auf, die sowohl von den Plattenenden als auch von den Plattenseiten ausgehen, so daß auf der Platte ein gekreuztes Muster gebildet wird. Dadurch wird eine gleichmäßigere Verteilung des Brenngases und oxidierenden Gases über der Oberfläche der Elektroden gewährleistet, insbesondere, wenn die Rillen durch eine Wasseransammlung teilweise blockiert werden.
Ferner sind zweckmäßigerweise die bipolaren Platten an ihren Oberflächen durch entsprechende Behandlung hydrophil. Die Beseitigung des beim Betrieb der Brennstoffzelle gebildeten flüssigen Wassers ist bedeutsam, weil die Brennstoffzellen bei etwa Raumtemperatur arbeiten und das entstandene Wasser nicht vollständig verdampfen kann. Außerdem wird das Wasser durch die hydrophoben Elektroden abgestoßen und muß aus dieser Umgebung entfernt werden, damit die Zelle weiterarbeiten kann. Die Beseitigung dieses Wassers wird durch die Behandlung der Oberflächen der bipolaren Platten (einschließlich der vorgenannten Rillen) erreicht, so daß sie hydrophil sind. Die Hydrophilisierung wird durch Anwendung von Materialien mit hoher spezifischer Oberfläche oder von Netzmitteln, zweckmäßigerweise Substanzen wie kolloidalen Kieselsolen erzielt. Man kann die Platten auch mit Suspensionen von Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid/Aluminiumoxid mit hoher spezifischer Oberfläche beschichten.
Bei den Brennstoffzellenlaminaten werden paarweise Elektroden an den beiden Seiten der als Elektrolyt verwendeten Ionenaustauschmembran angebracht.
Die Elektroden weisen ein dünnes, poröses Stützsubstrat und ein mit dem Stützsubstrat verbundenes und an den Oberflächen seiner Poren vorliegendes Gemisch aus einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel und einem einen Kohlenstoffträger aufweisenden Platingruppenmetall als Katalysator auf.
Das Substrat, auf welches der Katalysator abgeschieden wird, ist ein hochporöses Flächengebilde aus Kohlenstoffasern, welches typischerweise eine Dicke von 0,254 bis 0,508 mm aufweist Dieses Gebilde wird vorzugsweise mit einer verdünnten Polytetrafluoräthylen-Emulsion imprägniert und dann auf etwa 325° C erhitzt, wodurch es wasserabstoßend gemacht wird. Das in der Katalysatorschicht während des Zellenbetriebs erzeugte Wasser wird durch diese wasserabstoßende Struktur hindurchgepreßt ohne deren Poren zu überfluten oder zu überschwemmen. Auf diese Weise erreicht man, daß der Zutritt der gasförmigen Reaktanten zum Katalysator nicht behindert wird.
F i g. 1 ist eine Gesamtdarstellung einer Brennstoffzelle aus übereinandergestapelten einzelnen Brennstoffzellenlaminaten 1. Jedes Laminat 1 weist (wie aus Fig. 2 deutlicher hervorgeht) eine Ionenaustauschmembran 3 und ein Paar von Elektroden 5 (nämlich die Brennstoffelektrode bzw. die Oxidationsmittelelektrode, in Fig.2 mit 5a bzw. 5b bezeichnet) auf. Wie F i g. 1 zeigt, ist jede Elektrode 5 innerhalb des Bereichs der als Elektrolyt dienenden Ionenaustauschmembran 3 angeordnet und besitzt eine geringere Oberflächengröße als die Membran 3. Somit werden rechteckige Dichtungen 7 gebildet welche im wesentlichen der über den Rand der Elektroden 5 hinausragenden Fläche der Ionenaustauschmembran entsprechen.
Die Elektroden 5 selbst werden mit beiden Oberflächen der Ionenaustauschmembran 3 verbunden. Zu diesem Zweck werden die Elektroden 5 mit der der Ionenaustauschmembran 3 zugekehrten Katalysatorseite 4 an beiden Seiten der Membran zentral angebracht
Man erreicht die Verbindung durch Anwendung von Hitze und Druck auf den Verbund, beispielsweise von Temperaturen von etwa 933 bis 204,40C und Drücken
von etwa 34,5 bis 172,4 bar, zweckmäßigerweise etwa 55,2 bar. Das Heißpressen kann mit Hilfe einer Heizplatten aufweisenden hydraulischen Presse vorgenommen werden.
Wie F i g. 1 zeigt, enthält die Brennstoffzelle alternierende bipolare Platten 2 und Zellenlaminate 1. Wie erwähnt, weisen die bipolaren Platten Brenngas-Strömungskanäle, die vom einen Ende 8a zum anderen Ende 86 (wie bei 12 gezeigt) verlaufen, und Strömungskanäle 14 für das sauerstoffhaltige Gas auf, die von einer Seite 10a zur anderen Seite 106 verlaufen. F i g. 2 zeigt, daß diese Rillen 12 an die Oberfläche der Brennstoffelektrode 5a bzw. der Oxidationsmittelelektrode 56 anstoßen (bzw. durch diese Oberfläche begrenzt werden); man erkennt ferner, daß die Rillen der bipolaren Platte an der der Oxidationsmittelelektrode zugekehrten Seite tiefer als die Rillen an der der Brennstoffelektrode zugekehrten Seite sind. In einer bipolaren Platte auf Kohlenstoffbasis mit einer Dicke von 4,064 mm sind die Rillen an der der Oxidationsmittelelektrode zugekehrten Oberfläche beispielsweise etwa 1,524 mm breit und 1,524 mm tief, wobei etwa 0,762 mm breite Rippen vorhanden sind, während die Rillen an der der Brennstoffelektrode zugekehrten Oberfläche 1,524 mm breit und 0,762 mm tief sind, wobei ebenfalls 0,762 mm breite Rippen vorhanden sind. Der Zweck der tieferen Ausbildung der Rillen an der Sauerstoffseite besteht in der Schaffung einer erhöhten Querschnittsfläche für die Ausbreitung bzw. Diffusion des Reaktanten.
Obwohl die Strömungskanäle in den F i g. 1 und 2 als Rillen dargestellt sind, können sie auch andere Formen aufweisen, wie jene einer Hohlprägung auf der Platte, von Gittern bzv. Rastern, von über der bipolaren Platte angebrachten Streckmetallstrukturen und dergleichen. Auch das vorgenannte Kreuzmuster, bei dem jede Oberfläche der bipolaren Platten Rillen aufweist, welche sowohl vom einen Ende der Platte zum anderen als auch von einer Seite zur anderen verlaufen, ist nur eine von mehreren möglichen Ausbildungen der Plattenoberfläche; es ist nämlich nur beabsichtigt, die zugeführten Reaktanten gleichmäßig über die Elektrodenoberfläche zu verteilen.
Die Brennstoffzelle enthält somit mehrere einzelne Zellenlaminate 1 (vgl. F i g. 1 und 2), welche äußerlich miteinander verschraubt sind. Gemäß F i g. 1 ist an der äußersten Brennstoffelektrode der Brennstoffzelle eine Anodenabschlußplatte 17 und an der äußersten Sauerstoffelektrode eine Kathodenabschlußplatte 19 vorgesehen. Diese Abschlußplatten entsprechen einfach bipolaren Platten, weisen jedoch nur eine mit einer Elektrode in Kontakt stehende Oberfläche auf. Die innere Oberfläche der Anodenabschlußplatte 17 weist somit Rillen 20 für den Kontakt mit der Brennstoffelektrode auf, während die andere Seite dieser Platte im wesentlichen flach ausgebildet ist Die Kathodenabschlußplatte 19 weist analog nur Rillen auf, die über ihre Oberfläche von einer Seite 10a zur anderen Seite 106 der Brennstoffzeile verlaufen und zur Verteilung des sauerstoffhaltigen Gases über die Plattenoberfläche zur Oberfläche der Sauerstoffelektrode dienen, wobei die andere Seite dieser Platte wiederum praktisch glatt bzw. flach ist
An den praktisch glatten Seiten der Anoden- und Kathodenabschlußplatte sind Stromabnehmerplatten 22 angebracht die im allgemeinen ein einen geringen Kontakt- bzw. Übergangswiderstand mit dem Kohlenstoffmaterial gewährleistendes Metall, wie Kupfer oder eine plattierte Kupferfolie, z. B. eine versilberte Kupferfolie enthalten. Der Zellenaufbau wird dann durch Anbringen der Deckplatten 24 an beiden Enden abgeschlossen. Die gesamte Brennstoffzelle kann dann als einzelne Einheit mit Hilfe der am jeweiligen Ende des Stapels befindlichen abdeckenden Brennstoffverteilereinrichtungen 26 fest zusammengeschraubt werden, und zwar durch Zusammendrücken des Stapels und Verwendung von Schrauben 28, welche in entsprechende Löcher 31 an den Enden der jeweiligen Seite der Deckplatten eingeführt werden.
Das Brennstoffleitungssystem selbst umfaßt eine Brennstoffzufuhr- und -ablaßeinrichtung. Das Rohr der Ablaßeinrichtung kann jedoch blockiert sein, wenn die Zelle mit reinem Wasserstoff als Brennstoff betrieben wird und die Anreicherung von Inertgasen dementsprechend gering ist
Schließlich werden an den Seiten der Brennstoffzelle Zugleisten 32 angebracht, die wiederum an der oberen und unteren Deckplatte 24 mittels Schrauben befestigt werden, welche durch die Zugleisten hindurch in an den Seiten der Deckplatten befindliche Löcher 34 eingeführt werden.
Wie sich insbesondere F i g. 3 entnehmen läßt, ist eine Brennstoffverteilerdichtung 36 mit offener, rechteckiger Bauweise zwischen die Seite des Stapels und der Brennstoffverteilereinrichtung 26 angeordnet, wodurch eine Verzweigung der Brennstoffzufuhreinrichtung 30 innerhalb der Brennstoffverteilereinrichtung 26 und schließlich in die öffnungen 12 an den Enden der bipolaren Platten selbst ermöglicht wird.
F i g. 1 zeigt ferner, daß das sauerstoffhaltige Gas lediglich durch die öffnungen 14 längs den Seiten der übereinandergestapelten Zellenlaminate 1 durch Diffusion eintritt, wobei die Treibkraft im Konzentrationsgefälle besteht, welches beim Verbrauch von Sauerstoff in der Zelle aufgrund der elektrochemischen Reaktion aufgebaut wird. Aus diesem Grunde kann man auf zusätzliche Einrichtungen zum Bewegen des sauerstoffhaltigen Gases durch die Rillen in der bipolaren Platte verzichten, und es sind auch keine beweglichen Teile zur Erfüllung dieser Funktion erforderlich. Wie erwähnt, ist die Breite der bipolaren Platten (d. h. von der Seite 10a zur Seite 106) daher aufgrund der Diffusionsmerkmale des verwendeten sauerstoffhaltigen Gases begrenzt. In diesem Falle beträgt die Breite somit etwa 1,27 bis etwa 12,7 cm, zweckmäßigerweise etwa 5,08 cm, damit die Luft zur Gänze über die Oberfläche der Platte in Kontakt mit der Sauerstoffelektrode diffundieren bzw. sich ausbreiten kann. Diese Abmessungsangaben brauchen bei Verwendung von reinem oder angereichertem Sauerstoff oder angereicherter Luft nicht eingehalten zu werden. In den letzteren Fällen entwickelt sich beim Verbrauch des Sauerstoffs in den Zellen ein Druckgefälle, welches für die den Sauerstofftransport zu den Brennstoffzellenlaminaten bewirkende Kraft sorgt Beim Betrieb mit Sauerstoff wurde beispielsweise eine Brennstoffzelle verwendet, die dieselben allgemeinen Konstruktionsmerkmale wie in F i g. 1 hat bei der die Zellenabmessungen jedoch 25,4 χ 25,4 cm betrugen, damit die Entfernung des gebildeten Wassers vom Stapel gewährleistet war. Die Brennstoffzelle wird zweckmäßigerweise in vertikaler Stellung betrieben, damit das Wasser sich aufgrund der Schwerkraft an einem Ende ansammeln und mit Hilfe eines dochtartigen EIementes entfernt werden kann.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Brennstoffzelle aus parallel zueinander übereinandergestapelten Brennstoffzellenlaminaten, die jeweils eine katalytische Brennelektrode, der ein Brennstoff zugeführt wird, eine katalytische Sauerstoffelektrode, der ein sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, und ein dazwischen angeordnetes, eine Ionenaustauschmembran enthaltendes Elektrolytelement aufweisen, wobei mehrere elektrisch leitfähige, benachbarte Brennstoffzellenlaminate im Stapel voneinander durch bipolare Platten getrennt sind, die jeweils mit den Elektroden der Zellen im Stapel in Berührung stehende gegenüberliegende Oberflächen haben, von denen eine die Brennstoffelektroden und die gegenüberliegende die Sauerstoffelektroden berührt, mit Zufuhreiniichtungen für den Brennstoff zu den Brennsioffelektroden, die mehrere Brenngas-Strömungskanäle an den die Brennstoffelektroden berührenden Oberflächen der bipolaren Platten aufweisen und sich vom Zufuhrende zum gegenüberliegenden Ende der bipolaren Platten erstrecken und mit Zufuhreinrichtungen für ein sauerstoffhaltiges Gas zu den Sauerstoffelektroden, die mehrere Strömungskanäle an den die Sauerstoffelektroden berührenden Oberflächen der bipolaren Platten aufweisen und sich von einer Seite der bipolaren Platten zur gegenüberliegenden Seite derselben erstrecken, wobei die Brennstoffzufuhreinrichtungen und die Zufuhreinrichtungen für das sauerstoffhaltige Gas etwa senkrecht zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Strömungskanal (14) für das sauerstoffhaltige Gas eine größere Querschnittsfläche als der jeweilige Brenngas-Strömungskanal (12) hat.
2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Platten (2) an ihren Oberflächen hydrophil sind.
3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustauschmembran (3) eine Perfluorsulfonsäuremembran ist.
4. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verteilung des Brennstoffs zu den Brennstoffzufuhreinrichtungen an einem Ende der bipolaren Platten (2) eine Brennstoffverteilereinrichtung (26) vorgesehen ist.
5. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der bipolaren Platten (2) dadurch hydrophil sind, daß sie in Berührung mit einer flüssigen Stoffzusammensetzung gebracht werden, die ein teilchenförmiges Material mit einer hohen spezifischen Oberfläche enthält und vorzugsweise von einem kolloidalen Kieselsäuresol gebildet wird.
6. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sammeleinrichtungen für im Brennstoffzellenlaminat (1) gebildetes Wasser vorgesehen sind, die vorzugsweise von mit den Rändern der Brennstoffzellenlaminate (1) verbundenen Dochteinrichtungen gebildet werden.
7. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten der bipolaren Platten (2), der die Länge der Zufuhreinrichtungen für das sauerstoffhaltige Gas bestimmt, derart kurz gewählt ist, daß die Diffusion bzw. Ausbreitung des sauerstoffhaltigen Gases über die gesamte Oberfläche der bipolaren Platten (2) unter Umgebungsbedingungen erfolgt
8. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5) einen Tetrafluoräthylenfluorkohlenstoff enthalten, der mit einer Kombination aus einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel und einem einen Kohleträger aufweisenden Platingruppenmetallkatalysator imprägniert ist
9. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Platten (2) aus Graphit oder aus einem Kohlenstoff-Verbundmaterial bestehen.
10. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anodenabschlußplatte (17) an der äußersten Brennstoffelektrode und eine Kathodenabschlußplatte (19) an der äußersten Sauerstoffelektrode vorgesehen sind und daß die Anodenabschlußplatte (17) die Brennstoffzufuhreinrichtung und die Kathodenabschlußplatte (19) die Zufuhreinrichtungen für das sauerstoffhaltige Gas enthalten.
11. Brennstoffzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Stromabnehmerplatten (22) vorgesehen ist, von denen eine am jeweiligen Ende der Brennstoffzelle angeordnet ist, daß die Stromabnehmerplatten (22) in Kontakt mit der Anodenabschlußplatte (17) und der Kathodenabschlußplatte (19) sind und daß sie zur Abnahme des in den Brennstofflaminaten (1) erzeugten Stromes dienen, und daß die Stromabnehmerplatten (22) etwa parallel zu den Brennstoffzellenlaminaten (1) verlaufen.
12. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rechteckige Dichtungseinrichtungen (7) zwischen der Vielzahl von Brennstoffzellenlaminaten (1) vorgesehen sind, die im wesentlichen nur die als Elektrolyt dienende Ionenaustauschmembran (3) berühren.
13. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die katalytischen Brennstoffelektroden und die katalytischen Sauerstoffelektroden etwa im mittleren Bereich der Elektrolyte verbunden werden, und daß die Elektrolyte größer als die Elektroden sind, so daß die Elektroden insgesamt innerhalb des Oberflächenbereichs der Elektrolyte angeordnet sind und ein Teil der Fläche der Elektrolyte von den Elektroden unbedeckt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch Anwendung von Hitze und Druck mit den Elektrolyten vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 93,3 und 204,40C und einem Druck von etwa 34,5 bis 172,4 bar verbunden werden.
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle aus parallel zueinander übereinandergestapelten Brennstoffzellenlaminaten gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus DE-OS 21 40 988, die der US-PS 37 09 736 entspricht, ist eine Brennstoffzelle mit dem eingangs genannten Aufbau bekannt. Solche Brennstoffzellen dienen als Energiequelle, insbesondere für bestimmte
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