EP1974413A1 - Direktoxidationsbrennstoffzelle mit passiver brennstoffzuführung und verfahren zu deren betreiben - Google Patents

Direktoxidationsbrennstoffzelle mit passiver brennstoffzuführung und verfahren zu deren betreiben

Info

Publication number
EP1974413A1
EP1974413A1 EP07702934A EP07702934A EP1974413A1 EP 1974413 A1 EP1974413 A1 EP 1974413A1 EP 07702934 A EP07702934 A EP 07702934A EP 07702934 A EP07702934 A EP 07702934A EP 1974413 A1 EP1974413 A1 EP 1974413A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
fuel cell
membrane
distribution structure
direct oxidation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07702934A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Eccarius
Christian Litterst
Peter Koltay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Ludwigs Universitaet Freiburg, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Publication of EP1974413A1 publication Critical patent/EP1974413A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H01M8/04194—Concentration measuring cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method of operating a direct oxidation fuel cell in which at least one fluid fuel from a fuel reservoir is transported via a fluid distribution structure to a membrane-electrode assembly, the transport of the fuel being passive, i. without convection. Furthermore, the invention relates to a corresponding direct oxidation fuel cell.
  • direct oxidation fuel cells for example, direct methanol fuel cells
  • direct oxidation fuel cells are considered to be particularly promising mobile energy sources, since the liquid fuel is comparatively easy to handle and as a rule has a much higher energy density than batteries or rechargeable batteries.
  • a pump which supplies the direct oxidation fuel cell with liquid fuel is operated continuously.
  • the gas bubbles are dissolved with the most over-stoichiometric volume flow in liquid or flushed out with the liquid from the fuel cell and separated from the liquid fuel in a subsequent step.
  • This requires continuous operation of the pump, which results in greater pump power inputs and consequently decreases the system efficiency of the entire fuel cell system.
  • a method for operating a direct oxidation fuel cell, in which at least one fluid fuel from a fuel reservoir is transported via a fluid distribution structure to a membrane-electrode unit.
  • the present invention is characterized in that the transport of the at least one fluidic fluid takes place convection-free, by the transport being based solely on the diffusion of the fuel and at least one further fluid.
  • the optimum fuel concentration can be adjusted on the membrane. In this way, the so-called. Crossover of fuel, ie the passage of unused fuel through the membrane minimize. Due to the fact that up an active component, such as a pump can be omitted, the inventive method has the significant advantage that the efficiency of Trimoxidationsbrennstoffzelle compared to the known from the prior art method can be significantly increased.
  • the at least one further fluid in the process according to the invention is at least partially recycled electrochemically.
  • methanol is converted with water to CO 2 .
  • the used water is then recycled electrochemically.
  • a preferred variant of the method according to the invention provides that the fuel cell has a pinhole and / or porous membrane, which is in communication with a fuel reservoir.
  • the fuel cell has a pinhole and / or porous membrane, which is in communication with a fuel reservoir.
  • all structures with regularly arranged openings can also be used here. So can the
  • the diameter of the holes and / or pores is chosen so that a sufficient for the electrochemical reaction diffusion and thus a transport of the fuel to the membrane-electrode unit is ensured.
  • the passive fuel supply ie a supply without convective transport, depends on various parameters.
  • concentration of fuel prevailing at a specific location can be calculated by means of a diffusion equation. This will be illustrated using the example of a direct methanol fuel cell (DMFC), which uses methanol as fuel.
  • DMFC direct methanol fuel cell
  • the fuel cell has a pinhole or porous Membrane at a distance d to the membrane-electrode unit on.
  • the basis for the calculation is a one-dimensional stationary diffusion model, which is based on a point source and a sink at a distance d. This will be clarified with reference to FIG. 6.
  • ⁇ fuel consumption of the fuel cell
  • C A concentration of the fuel at the membrane-electrode unit
  • C a concentration of the fuel to the
  • the membrane-electrode assembly has the construction known from the prior art.
  • this comprises a proton-conducting membrane, e.g. from Nafion, as well as in each case anode-side and cathode-side catalyst and diffusion layers.
  • the proton-conducting membrane should be impermeable to the fuel and the reaction products.
  • catalyst layers preference is given to those materials which have a large active surface, a resistance to carbon monoxide and preferably no side reactions or by-products.
  • Particularly preferred catalyst layers include platinum, ruthenium and / or their alloys.
  • the diffusion layers are to allow the transport of the fuel to the anodic catalyst layer and the further reactant to the cathodic catalyst layer.
  • the diffusion layer must make it possible to transport the gaseous reaction products from the anodic catalyst layer or the reaction products from the cathodic catalyst layer.
  • Another requirement for the diffusion layer relates to its property for electron management .
  • a further preferred variant of the method according to the invention provides that degassing of the liquid fuel additionally takes place in the fuel cell.
  • a variant of this provides for a microstructuring of the fluid distribution structure by which the removal of gaseous media from the fluid distribution structure is favored. With regard to this variant, reference is made to Figures 1 to 4.
  • the fuel cell on the anode side has at least one for gases and liquids impermeable barrier.
  • the liquids can be held in the fluid distribution structure and the gases are transported away from the fluid distribution structure.
  • the barrier layer is preferably an oleophobic membrane.
  • microstructures or ceramics can also be used as a barrier layer.
  • a first preferred variant provides that it is arranged between the anode-side end plate, which is located on the side of the fluid distribution structure facing away from the MEA, and the anode-side fluid distribution structure.
  • barrier layer is arranged on the side of the anode-side end plate facing away from the anode-side fluid distribution structure.
  • the end plate preferably has relief holes.
  • FIG. 1 is a perspective view of a channel portion of a device for removing gaseous components in the form of a microstructure with an inclusion at four successive times
  • FIG. 2 shows a cross-section through a channel in another embodiment of the microstructure with inclusions at six successive points in time as well as a side view of the same channel with an inclusion at two successive points in time
  • Fig. 4 in turn in each case a longitudinal section through two channels of further embodiments.
  • Fig. 5 shows schematically the structure of a variant according to the invention relating to the degassing of the fuel cell.
  • DMFC directme ethanol fuel cell
  • FIG. 8 schematically shows the structure of a fuel cell according to the invention with the values derived from the diffusion models.
  • FIG. 1 four times the same channel 1 is shown, which is integrated into a self not shown chemical microreactor and is arranged there adjacent to a lying in the figure side surface 2 on a catalytic membrane.
  • the channel 1 carries a flowable medium, which in the present case is a liquid.
  • Proper operation of the chemical microreactor is associated with the formation of gas on the catalytic membrane which enters the channel 1 at the side surface 2 and forms bubbles therein.
  • An inclusion 3 formed by such a bubble is in FIG. 1 in the illustrations marked with a), b), c) and d) four successive
  • Figure b) represents a 0.000755 s
  • Figure c) a 0.001175 s
  • Figure d a 0.00301 s after the time shown in Figure a).
  • the inclusions 3 could also be formed by a fluid which is distinguishable from the medium carried by the channel 1. It would also be possible that that flowable medium not as a liquid, but as
  • the flowable medium is a liquid reactant which is supplied to the channel 1 from an end lying in FIG. 1 on the left.
  • the latter has an open-ended channel output 4, through which the inclusion of gas 3 can escape into an environment of the microreactor.
  • the channel 1 has a cross-section which forms a T-profile, wherein the side surface 2 terminates a further beam projecting from a transverse bar of the T-profile. Due to capillary forces which cause a minimization of surface energy of the inclusion 3, the inclusion 3 formed on the side surface 2 first rises to a point where said further beam contacts the transverse beam, whereby the inclusion 3 is separated from that on the side surface 2 adjacent catalytic membrane is removed.
  • the channel 1 now has a geometry which forces the enclosure 3 into a shape in which capillary forces in turn act on it, which move the inlet 3 along the channel 1 towards the channel exit 4.
  • This geometry is characterized in that a ratio A 1 / I 1 and a ratio A / l along the channel 1 towards the channel output 4 towards strictly monotonous and steadily increase, wherein for each on a longitudinal direction of the channel 1 perpendicular cross-section of the channel 1 the Size A is defined as the area and the size 1 as the circumferential length of this cross section, while A 1 denotes a surface area and 1 'a length of a circumferential line of a contiguous area lying within this cross section, this area being defined by A' / l 'assumes a maximum value compared to all other contiguous surfaces lying in the cross-section, where ⁇ is defined as the contact angle which, at the level of the respective cross-section, on the channel wall 5 between that of the channel 1 guided flowable medium and the inclusions 3 forming gas
  • the monotonous increase of the mentioned quantities or ratios along the channel 1 towards the channel exit 4 is realized in the present case by the area A of the cross-section of the channel 1 and thus also the area A 1 of said area lying within the cross-section, which, in a good approximation, corresponds to the area which an enclosure 3 tends to occupy within the cross-section, increasing monotonically along the channel.
  • An increase of those areas A and A 1 along the channel 1 is achieved in that a dimension of the cross section in a direction perpendicular to the crossbar of said T-profile direction along the channel 1 is monotonically increasing, which is a through the channel 1 increasing extension of the cross-beam forming part of the T-profile is realized in the direction perpendicular to the crossbar and an associated profile change.
  • the respective part of the channel 1 forming the transverse bar of the T-profile thereby acquires a wedge shape.
  • Other geometries of the channel 1 would also be conceivable in which a maximum diameter of the cross-section of the channel 1 and / or a dimension of this cross-section increases monotonically in a direction perpendicular to that diameter along the channel 1, thereby causing a movement of inclusions 3 in FIG a preferred direction by Ka induce pillar forces.
  • the channel 1 of FIG. 1 results in the manner described a profile change in which a defined as A / l 2 and A as A 1 / I 12 ratio along the channel 1 to the channel output 4 out steadily and strictly monotone increases.
  • the channel wall 5 of the channel 1 alternatively or in addition to a profile change with surface properties changing along the channel, for example by a location-dependent coating, so that the contact angle ⁇ , which is a function of the gas forming the inclusions 3 , the flowable medium guided by the channel 1 and the surface properties of the channel wall 5, has a value changing along the channel 1 and that the inclusions 3 are thereby brought into a shape which reflects the capillary forces moving the inclusions 3 towards the channel outlet 4 caused or intensified.
  • the channel not shown to scale in FIG. 1 is further dimensioned so that the surface area A of the cross section of the channel 1 at a channel beginning has a value of 25,000 ⁇ m 2 and along a distance of 0, 7 mm along the Channel 1 evenly increases to a value of 95 000 microns 2 at the channel output 4.
  • the channel 1 has a given by a length of the crossbar of said T-profile and in the present case constant width of 500 microns.
  • a corresponding design of a capillary would also be possible, in which a change in cross section is realized by only about 0.001 ° by tilting at least one of the channel walls 5.
  • the gas forming the inclusions 3 forming a gas on the side surface 2 due to the device has a clearly defined chemical composition at the catalytic reaction taking place there. This also determines the contact angle ⁇ previously used to describe properties of the channel 1. Due to the described geometry of the channel 1, the inclusions 3 are now moved to the channel exit 4 only driven by capillary forces.
  • Media-carrying capillaries of the type of the channel 1 described above are also provided in other devices, in particular for the purpose of degassing or removing other inclusions, for example in devices containing refillable liquids and in which refilling is typically associated with bubbling. Refillable ink cartridges are mentioned as an example.
  • the fuel cell stack not shown itself, consists of direct methanol fuel cells, with the channel 1 shown serving primarily for the transport of the reactants forming methanol.
  • the channel 1 again has a cross-section forming a T-shaped profile, wherein a transversal bar of this T-profile lying in each case in FIG. 2 rests against a diffusion layer which serves as a catalyst and in turn bears against an electrolyte membrane.
  • This diffusion layer forms an active surface 6, at which gaseous carbon dioxide is formed during operation of the fuel cell stack, which forms inclusions 3 surrounded by the methanol within the channel 1.
  • the crossbar of the T-profile has a tapered towards two ends shape, wherein centrally of the crossbar from the active surface 6 facing away further beam protrudes.
  • the figures marked with a) to f) in FIG. 2 illustrate that this shape of the T-profile results in the growing inclusions 3 moving towards the said further beam due to capillary forces, larger inclusions 3 moving on the way absorb small impurities 3 in it.
  • the mentioned further beam which attaches centrally to the crossbar of the T-profile widened away from the crossbar, causing a movement of the inclusions 3 due to capillary forces in the other beams of the T-profile and thus induce it away from the active surface 6.
  • the channel 1 could also be made with an L-profile (which would result from omitting one-half of the cross-bar) with a leg resting against the active surface 6.
  • the channel 1 depicted in FIG. 2 also has a continuous and strictly monotone along the channel 1 to a channel output 4.
  • Noton increasing cross-section A wherein also defined as A / l ratio to the channel output 4 toward steadily and strictly monotonically increases, where 1 is defined as the circumferential length of the cross-section of the channel 1.
  • the inclusions 3 form with a channel wall 5 a contact angle or angle ⁇ with a small value of between 0 and ⁇ / 2, which is why the mentioned increase in the ratio A / l and the associated increase in the ratio A 1 / I 1 (A 1 and 1 'are defined as previously explained in connection with FIG. 1) has the result that the capillaries act on the inclusions 3 to move them towards the channel exit 4.
  • the increase of the cross-section A and an induced induced movement of an inclusion 3 towards the channel exit 4 is illustrated in figures g) and h), which represent two consecutive times. There, the edge angle ⁇ is also located at one point.
  • a coolant channel can also be embodied that leads a liquid coolant and in which vapor bubbles of the coolant can form during operation of the fuel cell stack or another chemical microreactor.
  • corresponding channels 1 may be arranged not only in bipolar plates, but also in other current collectors, for example of fuel cells.
  • FIG. 3 in which recurring features are again identified by the same reference numerals, illustrate once again the described effects of a due to capillary forces bubble transport.
  • Fig. 3 on the left is a channel 1 with an enclosure 3 of a fluid, which is enclosed on the right and left of a flowable medium ge, shows.
  • the contact angle ⁇ which is defined as lying completely outside the confinement 3 in the flowable medium, is here smaller than ⁇ / 2, so that an increase of A / l (and A '/ l') to the channel output 4 (here to the left) causes a bubble transport in this direction.
  • FIG. 3 on the left is a channel 1 with an enclosure 3 of a fluid, which is enclosed on the right and left of a flowable medium ge, shows.
  • the contact angle ⁇ which is defined as lying completely outside the confinement 3 in the flowable medium, is here smaller than ⁇ / 2, so that an increase of A / l (and A '/ l') to the channel output 4 (here to
  • FIG. 3 another channel 1 from another device is depicted on the right, in which inclusions 3 are formed in a similar manner, but in which a contact angle ⁇ which is greater than ⁇ / 2 is established.
  • a decrease in A / l (and A '/ l') to the channel exit 4 (now right) causes the inclusions 3 to be moved there.
  • FIG. 4 illustrates two examples, left for ⁇ > ⁇ / 2 and right for ⁇ ⁇ / 2, how a corresponding effect is achieved even if the channel cross-section remains the same by location-dependent values of ⁇ .
  • an increase of ⁇ to the channel output 4 causes a force acting on the respective enclosure 3, which moves it toward the channel exit 4.
  • the movement takes place through different capillary pressures at the two opposite ends of the respective enclosure 3, which is reflected in different curvatures of the menisci delimiting the inclusions.
  • This effect is caused in the examples of FIG. 3 by the channel geometry, in the examples of FIG.
  • Typical reactors which are suitable for use of such structures. are suitable, catalytic reactors such as fuel cells with catalytic membranes, which continuously produce gas bubbles. Rapid removal of the gas bubbles thus prevents the blocking of an active membrane surface by emptying this membrane surface.
  • the resulting gas bubbles independently provide for typically periodic cleaning of the membrane surface of gas bubbles. This method ensures a maximum free reaction area, ensures an automatic refilling of the reactor with the appropriate reactants and thus offers great advantages over the prior art.
  • the geometric structures which produce the desired capillary forces for passively transporting the bubble forming phase may also include or be realized by ridges and constrictions.
  • the geometry should be such that the bubble-forming phase moves in a preferred direction due to the geometry and due to surface properties of the geometric structures - driven by a surface tension of the resulting BIAS - a
  • Transport of bubbles typically only passive, i. driven only by the capillary forces at phase boundaries.
  • Fig. 5 the structure of a variant according to the invention concerning the degassing of the fuel cell is shown schematically.
  • This is based on a membrane-electrode unit (MEA) with a proton-conducting membrane 7, to which anode-side and cathode-side catalyst layers 8 and 8 'and gas diffusion layers 9 and 9' are connected.
  • MEA membrane-electrode unit
  • On the Anode side is in the connection a Fluidvertei- ment structure 10 with associated current collectors 11 is arranged.
  • the cathode side has a fluid distribution structure 10 'with current collectors 11'.
  • FIG. 6 schematically shows how the area of the source, ie of the holes or pores, has to be selected in order to ensure the desired concentration C A at a distance d from the source.
  • the area of the portion of the membrane-electrode assembly to be supplied as a sink with a spherical cap A 2 ⁇ d 2 approximated.
  • FIG. 7 shows the concept according to the invention by means of a direct methanol fuel cell (DMFC).
  • the fuel cell in this case has a structure 13, for example in the form of a membrane, with a multiplicity of openings 14, 14 'and 14 ".
  • the structure is in communication with a fuel reservoir so that the fuel can diffuse through the openings 14, 14 'and 14''into the fluid distribution structure, which in the present case is filled with water.
  • the diffusion is now adjusted so that at the membrane electrode assembly 15, the desired fuel concentration is ensured.
  • FIG. 8 schematically shows the structure of a fuel cell according to the invention.
  • Openings 14 to 14 '' '' provided structure is arranged at a distance d to the membrane-electrode unit 15.
  • the distance between the individual openings is 2d.
  • the diameter of the openings is 2r.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Direktoxidationsbrennstoff zelle, bei dem mindestens ein fluidischer Brennstoff aus einem Brennstoff reservoire über eine Fluidverteilungsstruktur zu einer Membran-Elektroden-Einheit transportiert wird, wobei der Transport des Brennstoffs passiv, d.h. konvektionsfrei, erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Direktoxidationsbrennstoffzelle.

Description

DIRΞKTOXIDATIONSBRENNSTOFFZELLE MIT PASSIVER BRENNSTOFFZUFUHRUNG UND VERFAHREN ZU DEREN BETREIBEN
Direktoxidationsbrennstoffzelle und Verfahren zu deren Betreiben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Direktoxidationsbrennstoffzelle, bei dem mindestens ein fluidischer Brennstoff aus einem Brennstoffreservoire über eine Fluidverteilungsstruktur zu einer Membran-Elektroden-Einheit transportiert wird, wobei der Transport des Brennstoffs passiv, d.h. kon- vektionsfrei, erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Direktoxidationsbrennstoff- zelle .
Der Energiebedarf elektrischer Kleinverbraucher (PDA, Handy, etc.) steigt stetig. Doch während Mikroprozessoren in den vergangenen zehn Jahren rund 3 Ofach schneller geworden sind, hat sich die Energiedichte von Batterien lediglich verdoppelt. Die Brennstoffzelle wird in diesem Zusammenhang als möglicher Er- satz bzw. als Ergänzung für herkömmliche Batterien
und Akkumulatoren gesehen. Insbesondere gelten Di- rektoxidationsbrennstoffzellen (z.B. Direktmethanol - brennstoffzellen) als besonders aussichtsreiche mobile Energiequellen, da der flüssige Brennstoff ver- gleichsweise leicht handhabbar ist und im Regelfall eine vielfach höhere Energiedichte als Batterien oder Akkus aufweist .
Eine der wesentlichen Herausforderungen für den Be- trieb einer Direktoxidationsbrennstoffzelle liegt in der Entstehung von Kohlenstoffdioxid-Blasen bei der Oxidation des kohlenstoffhaltigen, flüssigen Brennstoffs auf der Anodenseite. Als Beispiel sei die Oxidation von Methanol mit Hilfe von Wasser genannt: CH3OH + H2O -> CO2 + 6 H+ + 6e . Diese Blasen können sich innerhalb der Gasdiffusionsschicht oder in der Fluidverteilungsstruktur festsetzen und so die aktive Zellfläche und die Leistung der Brennstoffzelle verkleinern.
In einer klassischen Betriebsweise wird eine Pumpe, welche die Direktoxidationsbrennstoffzelle mit flüssigem Brennstoff versorgt, kontinuierlich betrieben. Die Gasblasen werden mit dem meist überstöchiometri- schem Volumenstrom in Flüssigkeit gelöst bzw. mit der Flüssigkeit aus der Brennstoffzelle herausgespült und in einem nachfolgenden Schritt vom flüssigen Brennstoff getrennt. Dies erfordert einen kontinuierlichen Betrieb der Pumpe, welcher mit größeren Leistungsauf - nahmen der Pumpe einhergeht und folglich den Systemwirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellesystems verkleinert .
Ausgehend von dem Stand der Technik der kontinuier- lieh betriebenen Systeme war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb von Direktoxidations- brennstoffzellen so zu verbessern, dass ein höherer Systemwirkungsgrad der Brennstoffzelle erreicht werden kann. Zusätzlich sollte ein System bereitgestellt werden, durch das das sog. Crossover von Brennstoff, d.h. das Durchtreten von unverbrauchtem Brennstoff durch die Membran, verhindert wird.
Diese Aufgabe wird durch das gattungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und die gattungsgemäße Direktoxidationsbrennstoffzelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Direktoxidationsbrennstoffzelle bereitgestellt, bei dem mindestens ein fluidischer Brennstoff aus einem Brennstoffreservoire über eine Fluidvertei- lungsstruktur zu einer Membran-Elektroden-Einheit transportiert wird. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Transport des mindestens einen fluidischen Brennstoffs konvektionsfrei erfolgt, indem der Transport alleine auf der Diffusion des Brennstoffs und mindestens einem weiteren FIu- id basiert.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf eine aktive, d.h. konvektive, Brennstoffzufuhr, beispielsweise mit Hilfe einer Pumpe, vollständig ver- ziehtet werden. Durch eine exakte Einstellung der
Diffusionsstrecke wird es erfindungsgemäß ermöglicht, dass an der Membran die optimale Brennstoffkonzentra- tion eingestellt werden kann. Auf diesem Wege lässt sich der sog. Crossover von Brennstoff, d.h. das Durchtreten von unverbrauchtem Brennstoff durch die Membran, minimieren. Aufgrund der Tatsache, dass auf eine aktive Komponente, wie z.B. eine Pumpe, verzichtet werden kann, bringt das erfindungsgemäße Verfahren den wesentlichen Vorteil mit sich, dass der Wirkungsgrad der Direktoxidationsbrennstoffzelle gegen- über den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren deutlich erhöht werden kann.
Vorzugsweise wird das mindestens eine weitere Fluid im erfindungsgemäßen Prozess zumindest teilweise elektrochemisch rezykliert. So wird beispielsweise bei einer DMFC anodenseitig Methanol mit Wasser zu CO2 umgesetzt. Kathodenseitig wird das verbrauchte Wasser dann wieder elektrochemisch rezykliert.
Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Brennstoffzelle eine Lochblende und/oder poröse Membran aufweist, die mit einem Brennstoffreservoire in Verbindung steht. Es sind hier aber auch sämtliche Strukturen mit regelmä- ßig angeordneten Öffnungen einsetzbar. So kann der
Brennstoff aus dem Reservoire bis zu den Löchern bzw. Poren gelangen. Der Durchmesser der Löcher und/oder Poren ist dabei so gewählt, dass eine für die elektrochemische Reaktion ausreichende Diffusion und damit ein Transport des Brennstoffs zur Membran-Elektroden- Einheit gewährleistet wird.
Die passive BrennstoffVersorgung, d.h. eine Versorgung ohne konvektiven Transport ist dabei von ver- schiedenen Parametern abhängig. Die an einem bestimmten Ort herrschende Konzentration an Brennstoff kann mittels einer Diffusionsgleichung berechnet werden. Dies soll am Beispiel einer Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) verdeutlicht werden, bei der Metha- nol als Brennstoff verwendet wird. In diesem Fall weist die Brennstoffzelle eine Lochblende bzw. poröse Membran in einem Abstand d zur Membran-Elektroden- Einheit auf. Als Grundlage für die Berechnung dient ein eindimensionales stationäres Diffusionsmodell, das auf einer Punktquelle und einer Senke im Abstand d beruht. Dies wird anhand von Fig. 6 verdeutlicht. Um den Durchmesser der benötigen Löcher bzw. Poren berechnen zu können, wird deren Fläche mit a = πr2 und die Fläche des zu versorgenden Abschnitts der Membran-Elektroden-Einheit („Senke") mit einer Kugel- kalotte A = 2πd2 approximiert.
Die Diffusionsgleichung ergibt sich dadurch zu:
AΦ = DΔC
Hierbei stellt Φ den Methanolverbrauch und ΔC die Konzentrationsdif ferenz dar . Deren Berechnung erfolgt nach den folgenden Gleichungen :
MeOH
aC - ACΛ MeOH
AC = in cm 2
Daraus lässt sich der Quellradius r bestimmen:
Hierbei haben die Parameter folgende Bedeutung:
d = Abstand zwischen Loch oder Pore und
Membran-Elektroden-Einheit
Φ = Brennstoffverbrauch der Brennstoffzelle CA = Konzentration des Brennstoffs an der Membran-Elektroden-Einheit Ca = Konzentration des Brennstoffs an den
Löchern oder den Poren D = Diffusionskonstante des Brennstoffs in dem mindestens einen weiteren Fluid j = elektrische Stromdichte der Brennstoffzelle η = Wirkungsgrad der Brennstoffzelle T = Arbeitstemperatur der Brennstoffzelle
Unter Verwendung der in Tabelle 1 aufgeführten Modellparameter ergibt sich so für einen Abstand d = 100 μm ein Radius für die Quelle von r « 51,5 μm.
Tabelle 1
Anhand dieses mit realistischen Parametern berechneten einfachen Modells zeigt sich, dass es möglich ist, DMFC - und insbesondere MikroDMFC - rein diffu- siv zu versorgen. Der an der MEA verbrauchte Brennstoff wird ausschließlich durch Diffusion in der flüssigen Phase zugeführt. Wenn die Zufuhr (hier die Öffnungen mit Fläche a) korrekt dimensioniert ist, wird ein kontinuierlicher Betrieb mit konstanter Konzentration CA ermöglicht. Konkret kann eine solche Zelle derart realisiert werden, dass die für die Reaktion notwendige Mischung mit Konzentrationen CA vom reinen Brennstoff mit der Konzentration Ca durch ein „Lochblech" oder eine po- rose Struktur separiert wird. Die natürlich Diffusion treibt dann die Brennstoffmoleküle immer in Richtung des Konzentrationsgradienten von Ca nach CΛ. Die porösen Öffnungen, oder die Löcher in der Trennwand dienen dann als Quellen, wie im vereinfachten Model oben dargestellt.
Die Membran-Elektroden-Einheit weist den aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau auf. So umfasst diese eine protonenleitende Membran, z.B. aus Nafion, sowie jeweils anodenseitige und kathodenseitige Katalysator- und Diffusionsschichten. Die protonenleitende Membran sollte dabei undurchlässig für den Brennstoff und die Reaktionsprodukte sein.
Hinsichtlich der Katalysatorschichten sind solche Materialien zu bevorzugen, die eine große aktive Oberfläche, eine Resistenz gegen Kohlenmonoxid und möglichst keine Nebenreaktionen oder Nebenprodukte aufweisen. Besonders bevorzugt enthalten Katalysator- schichten dabei Platin, Ruthenium und/oder deren Legierungen.
Die Diffusionsschichten sollen den Transport des Brennstoffs zur anodischen Katalysatorschicht und des weiteren Edukts zur kathodischen Katalysatorschicht ermöglichen. Zusätzlich muss die Diffusionsschicht den Transport der gasförmigen Reaktionsprodukte von der anodischen Katalysatorschicht bzw. der Reaktionsprodukte von der kathodischen Katalysatorschicht er- möglichen. Ein weiteres Erfordernis an die Diffusionsschicht betrifft deren Eigenschaft zur Elektronen- leitung .
Anstelle der Diffusionsschichten können auch Mikrostrukturen eingesetzt werden.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in der Brennstoffzelle zusätzlich eine Entgasung des flüssigen Brennstoffs erfolgt. Eine Variante hierfür sieht eine Mikrostruk- turierung der Fluidverteilungsstruktur vor, durch die der Abtransport von gasförmigen Medien aus der Fluidverteilungsstruktur begünstigt wird. Bezüglich dieser Variante wird auf die Figuren 1 bis 4 verwiesen.
Eine andere Variante für die Entgasung sieht vor, dass die Brennstoffzelle anodenseitig mindestens eine für Gase und für Flüssigkeiten undurchlässige Sperrschicht aufweist. Hierdurch können die Flüssigkeiten in der Fluidverteilungsstruktur gehalten und die Gase aus der Fluidverteilungsstruktur abtransportiert werden. Bezüglich dieser Variante wird auf Fig. 5 verwiesen. Die Sperrschicht ist dabei bevorzugt eine oleophobierte Membran. Ebenso können aber auch Mikrostrukturen oder Keramiken als Sperrschicht verwendet werden. Hinsichtlich der Anordnung der Sperrschicht sieht eine erste bevorzugte Variante vor, dass diese zwischen der anodenseitigen Endplatte, die sich auf der der MEA abgewandten Seite der Fluidverteilungsstruktur befindet und der anodenseitigen Fluid- Verteilungsstruktur angeordnet ist. Eine andere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Sperrschicht auf der der anodenseitigen Fluidverteilungsstruktur abgewandten Seite der anodenseitigen Endplatte angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Endplatte Entga- sungslöcher auf. Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungs- gemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kanalabschnitts aus einer Vorrichtung zum Entfernen von gasförmigen Bestandteilen in Form einer Mikrostruktur mit einem Einschluss zu vier aufeinander folgenden Zeitpunkten,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Kanal in einer anderen Ausführung der Mikrostruktur mit Einschlüssen zu sechs aufeinander fol- genden Zeitpunkten sowie eine Seitenansicht desselben Kanals mit einem Einschluss zu zwei aufeinander folgenden Zeitpunkten,
Fig. 3 jeweils einen Längsschnitt durch einen Ka- nal aus zwei anderen Ausführungsbeispielen der Mikrostruktur und
Fig. 4 wiederum jeweils einen Längsschnitt durch zwei Kanäle weiterer Ausführungsbeispiele.
Fig. 5 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Variante betreffend die Entgasung der Brennstoffzelle .
Fig. 6 ein Modell zur Bestimmung der Fläche der
Quelle gemäß dem zugrunde liegenden Diffusionsmodell .
Fig. 7 anhand einer schematischen Darstellung die diffusive Verdünnung des Brennstoffs in dem weiteren Fluid am Beispiel einer Direktme- thanolbrennstoffzelle (DMFC)
Fig. 8 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle mit den aus den Diffusionsmodellen hergeleiteten Werten.
In Fig. 1 ist viermal der gleiche Kanal 1 abgebildet, der in einen selbst nicht abgebildeten chemischen Mikroreaktor integriert ist und dort mit einer in der Figur jeweils unten liegenden Seitenfläche 2 an einer katalytischen Membran anliegend angeordnet ist. Der Kanal 1 führt ein strömbares Medium, bei dem es sich im vorliegenden Fall um eine Flüssigkeit handelt. Ein bestimmungsgemäßer Betrieb des chemischen Mikroreak- tors ist mit einer Bildung von Gas an der katalytischen Membran verbunden, das an der Seitenfläche 2 in den Kanal 1 eintritt und dort Blasen bildet. Ein durch eine solche Blase gebildeter Einschluss 3 ist in der Fig. 1 in den mit a) , b) , c) und d) gekenn- zeichneten Abbildungen zu vier aufeinander folgenden
Zeitpunkten dargestellt, wobei Abbildung b) einen 0,000755 s, die Abbildung c) einen 0,001175 s und die Abbildung d) einen 0,00301 s nach dem in Abbildung a) gezeigten Zeitpunkt wiedergibt.
Bei anderen, ähnlich ausgeführten Vorrichtungen könnten die Einschlüsse 3 auch durch ein Fluid gebildet sein, das von dem durch den Kanal 1 geführten Medium unterscheidbar ist. Auch wäre es möglich, dass jenes strömbare Medium nicht als Flüssigkeit, sondern als
Gas vorläge. Im hier beschriebenen Fall handelt es sich bei dem strömbaren Medium um einen flüssigen Reaktanden, der dem Kanal 1 von einem in Fig. 1 jeweils links liegenden Ende zugeführt wird. An einem in Fig. 1 jeweils rechts liegend abgebildeten Ende des Kanals 1 weist dieser einen offen endenden Kanal- ausgang 4 auf, durch den das den Einschluss 3 bildende Gas in eine Umgebung des Mikroreaktors entweichen kann.
Der Kanal 1 hat einen Querschnitt, der ein T-Profil bildet, wobei die Seitenfläche 2 einen von einem Querbalken des T-Profils abstehenden weiteren Balken abschließt. Aufgrund von Kapillarkräften, die eine Minimierung einer Oberflächenenergie des Einschlusses 3 bewirken, steigt der an der Seitenfläche 2 gebildete Einschluss 3 zunächst auf bis zu einer Stelle, an der der genannte weitere Balken den Querbalken berührt, wodurch der Einschluss 3 von der an der Seitenfläche 2 anliegenden katalytischen Membran ent- fernt wird.
Zusätzlich weist nun der Kanal 1 eine Geometrie auf, die den Einschluss 3 in eine Form zwingt, in der wiederum Kapillarkräfte auf ihn wirken, die den Ein- Schluss 3 längs des Kanals 1 zum Kanalausgang 4 hin bewegen. Diese Geometrie ist dadurch charakterisiert, dass ein Verhältnis A1 /I1 und ein Verhältnis A/l längs des Kanals 1 zum Kanalausgang 4 hin streng monoton und stetig zunehmen, wobei für jeden auf einer Längsrichtung des Kanals 1 senkrecht stehenden Querschnitt des Kanals 1 die Größe A als Flächeninhalt und die Größe 1 als Umfangslänge dieses Querschnitts definiert seien, während mit A1 ein Flächeninhalt und mit 1 ' eine Länge einer Umfangslinie einer innerhalb dieses Querschnitts liegenden zusammenhängenden Fläche bezeichnet sei, wobei diese Fläche dadurch definiert ist, dass A'/l' verglichen mit allen anderen in dem Querschnitt liegenden zusammenhängenden Flächen einen maximalen Wert annimmt, wobei θ definiert ist als Randwinkel, der auf Höhe des jeweiligen Querschnitts an der Kanalwand 5 zwischen dem vom Kanal 1 geführten strömbaren Medium und dem die Einschlüsse 3 bildenden Gas (oder bei anderen Ausführungen der Erfindung flüssigen Fluid) einstellt und vollständig in dem erstgenannten strömbaren Medium liegt. Im vorlie- genden Beispiel gilt θ<π/2, so dass insbesondere sign(cosθ) = +1 gilt und damit auch die Größen sign(cosθ) A' /1 ' und sign (cosθ) A/l längs des Kanals 1 zum offen endenden Kanalausgang 4 hin streng monoton und stetig zunehmen.
Die monotone Zunahme der genannten Größen bzw. Verhältnisse längs des Kanals 1 zum Kanalausgang 4 hin ist im vorliegenden Fall dadurch realisiert, dass der Flächeninhalt A des Querschnitts des Kanals 1 und da- mit auch der Flächeninhalt A1 der genannten innerhalb des Querschnitts liegenden Fläche, die in guter Näherung der Fläche entspricht, die ein Einschluss 3 innerhalb des Querschnitts einzunehmen bestrebt ist, längs des Kanals monoton zunimmt. Erreicht wird eine Zunahme jener Flächen A und A1 längs des Kanals 1 dabei dadurch, dass eine Abmessung des Querschnitts in einer zum Querbalken des erwähnten T-Profils senkrecht stehenden Richtung längs des Kanals 1 monoton zunehmend gestaltet ist, was durch eine im Verlauf des Kanals 1 zunehmende Streckung eines den Querbalken bildenden Teils des T-Profils in zum Querbalken senkrechter Richtung und eine damit verbundene Profiländerung realisiert wird. Der jeweils den Querbalken des T-Profils bildende Teil des Kanals 1 erhält dadurch eine Keilform. Es wären auch andere Geometrien des Kanals 1 denkbar, bei denen ein größter Durchmesser des Querschnitts des Kanals 1 und/oder eine Abmessung dieses Querschnitts in einer auf jenem Durchmesser senkrecht stehenden Richtung längs des Kanals 1 monoton zunimmt, um dadurch eine Bewegung von Einschlüssen 3 in eine Vorzugsrichtung durch Ka- pillarkräfte zu induzieren. Im vorliegenden Fall des Kanals 1 aus der Fig. 1 ergibt sich in beschriebener Weise eine Profiländerung, bei der auch ein als A/l2 und ein als A1 /I12 definiertes Verhältnis längs des Kanals 1 zum Kanalausgang 4 hin stetig und streng monoton zunimmt .
Schließlich wäre es auch möglich, die Kanalwand 5 des Kanals 1 alternativ oder zusätzlich zu einer Profil- änderung mit sich längs des Kanals ändernden Oberflächeneigenschaften auszuführen, beispielsweise durch eine ortsabhängige Beschichtung, so dass der Randwinkel θ, der eine Funktion des die Einschlüsse 3 bildenden Gases, des vom Kanal 1 geführten strömbaren Mediums und der Oberflächeneigenschaften der Kanal- wand 5 ist, einen sich längs des Kanals 1 ändernden Wert hat und dass die Einschlüsse 3 dadurch in eine Form gebracht werden, welche die die Einschlüsse 3 zum Kanalausgang 4 hin bewegenden Kapillarkräfte ver- ursacht oder verstärkt.
Der in der Fig. 1 nicht maßstabsgetreu abgebildete Kanal ist ferner so dimensioniert, dass der Flächeninhalt A des Querschnitts des Kanals 1 an einem Ka- nalbeginn einen Wert von 25 000 μm2 hat und über eine Strecke einer Länge von 0 , 7 mm längs des Kanals 1 gleichmäßig bis zu einem Wert von 95 000 μm2 am Kanalausgang 4 zunimmt. Dabei hat der Kanal 1 eine durch eine Länge des Querbalkens des erwähnten T- Profils gegebene und im vorliegenden Fall konstante Breite von 500 μm. Möglich wäre auch eine entsprechende Gestaltung einer Kapillare, bei der eine Querschnittsänderung lediglich durch eine Verkippung mindestens einer der Kanalwände 5 um nur etwa 0,001° re- alisiert wird. Bei einem Betrieb des Mikroreaktors , der den abgebildeten Kanal 1 enthält, entstehen die Einschlüsse 3, von denen in der Fig. 1 einer abgebildet ist, an der Seitenfläche 2, wobei das die Einschlüsse 3 bildende Gas eine aufgrund der vorrichtungsbedingt an der Seitenfläche 2 bzw. an der dort anliegenden katalyti- schen Membran stattfindenden Reaktion eindeutig festgelegte chemische Zusammensetzung hat. Damit ist auch der zuvor zur Beschreibung von Eigenschaften des Ka- nals 1 herangezogene Randwinkel θ festgelegt. Aufgrund der beschriebenen Geometrie des Kanals 1 werden die Einschlüsse 3 nun ausschließlich durch Kapillarkräfte angetrieben zu dem Kanalausgang 4 hin bewegt .
Außer in chemischen Mikroreaktoren können strömbare
Medien führende Kapillare der Art des zuvor beschriebenen Kanals 1 auch in anderen Vorrichtungen insbesondere zum Zweck einer Entgasung oder einer Entfernung anderer Einschlüsse vorgesehen werden, bei- spielsweise in Vorrichtungen, die nachfüllbare Flüssigkeiten enthalten und bei denen ein Nachfüllen typischerweise mit einer Blasenbildung verbunden ist. Als Beispiel seien nachfüllbare Tintenpatronen genannt .
Ein ähnlicher Kanal 1, der zum Transport eines flüssigen Reaktanden in einer Bipolarplatte eines Brennstoffzellenstapels dient und ähnliche Abmessungen wie der zuvor beschriebene Kanal 1 hat, ist in der Fig. 2 als Querschnitt (Abbildungen a) bis f ) ) und als Seitenansicht (Abbildungen g) und g) ) dargestellt. Der selbst nicht abgebildete Brennstoffzellenstapel besteht im vorliegenden Fall aus Direkt-Methanol- Brennstoffzellen, wobei der abgebildete Kanal 1 pri- mär zum Transport von den genannten Reaktanden bildendem Methanol dient . Der Kanal 1 hat wieder einen ein T-Pofil bildenden Querschnitt, wobei ein in der Fig. 2 jeweils unten liegender Querbalken dieses T-Profils an einer als Katalysator dienenden und ihrerseits an einer Elektrolytmembran anliegenden Diffusionslage anliegt. Diese Diffusionslage bildet eine aktive Fläche 6, an der bei einem Betrieb des Brennstoffzellenstapels gasförmiges Kohlendioxid entsteht, welches von dem Methanol umgebene Einschlüsse 3 innerhalb des Kanals 1 bildet. Der Querbalken des T-Profils hat eine sich zu zwei Enden hin verjüngende Form, wobei mittig an dem Querbalken ein von der aktiven Fläche 6 weg weisender weiterer Balken absteht. Die mit a) bis f) gekenn- zeichneten Abbildungen in der Fig. 2 veranschaulichen, dass diese Form des T-Profils zur Folge hat, dass sich die wachsenden Einschlüsse 3 aufgrund von Kapillarkräften zu dem genannten weiteren Balken hinbewegen, wobei größere Einschlüsse 3 unterwegs ange- troffene kleinere Einschlüsse 3 in sich aufnehmen.
Bei anderen Ausführungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich der erwähnte weitere Balken, der mittig am Querbalken des T-Profils ansetzt, vom Querbalken weg verbreitert, wodurch sich eine Bewegung der Einschlüsse 3 aufgrund von Kapillarkräften in den weiteren Balken des T-Profils hinein und damit von der aktiven Fläche 6 weg induzieren lässt. In ähnlicher Weise könnte der Kanal 1 in einer Abwandlung der Erfindung auch mit einem L-Profil ausgeführt sein (das sich durch Weglassen einer Hälfte des Querbalkens ergäbe) mit einem an der aktiven Fläche 6 anliegenden Schenkel .
Wie bei dem zuvor beschriebenen Beispiel hat auch der in der Fig. 2 abgebildete Kanal 1 einen längs des Kanals 1 zu einem Kanalausgang 4 stetig und streng mo- noton zunehmenden Querschnitt A, wobei auch ein als A/l definiertes Verhältnis zum Kanalausgang 4 hin stetig und streng monoton zunimmt, wobei 1 als Um- fangslänge des Querschnitts des Kanals 1 definiert ist. Die Einschlüsse 3 bilden mit einer Kanalwand 5 einen Randwinkel oder Kontaktwinkel θ mit einem kleinen Wert von zwischen 0 und π/2, weshalb die erwähnte Zunahme des Verhältnisses A/l und die damit verbundene Zunahme des Verhältnisses A1 /I1 (A1 und 1' seien wie zuvor im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert definiert) zur Folge hat, dass auf die Einschlüsse 3 diese zum Kanalausgang 4 hin bewegende Kapillarkräfte wirken. Die Zunahme des Querschnitts A und einer in beschriebener induzierte Bewegung eines Einschlusses 3 zum Kanalausgang 4 hin ist in den Abbildungen g) und h) , die zwei aufeinander folgende Zeitpunkte wiedergeben, veranschaulicht. Dort ist auch an einer Stelle der Randwinkel θ eingezeichnet.
Ähnlich wie der hier beschriebene Kanal 1 kann auch ein Kühlmittelkanal ausgeführt sein, der ein flüssiges Kühlmittel führt und in dem sich bei einem Betrieb des Brennstoffzellenstapels oder eines anderen chemischen Mikroreaktors Dampfblasen des Kühlmittels bilden können. Auch können entsprechende Kanäle 1 nicht nur in Bipolarplatten, sondern auch in anderen Stromabnehmern beispielsweise von Brennstoffzellen angeordnet sein.
Die Figuren 3 und 4, in denen wiederkehrende Merkmale wieder mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, veranschaulichen noch einmal die beschriebenen Effekte eines auf Kapillarkräfte zurückzuführenden Blasentransports. In Fig. 3 links ist ein Kanal 1 mit einem Einschluss 3 eines Fluids, der rechts und links von einem strömbaren Medium eingeschlossen ist, ge- zeigt. Der Kontaktwinkel θ, der als vollständig im strömbaren Medium außerhalb des Einschlusses 3 liegend definiert ist, ist hier kleiner als π/2, so dass eine Zunahme von A/l (und A'/l') zum Kanalausgang 4 (hier nach links) hin einen Blasentransport in diese Richtung bewirkt. In derselben Figur 3 ist rechts ein anderer Kanal 1 aus einer anderen Vorrichtung abgebildet, in dem sich in ähnlicher Weise Einschlüsse 3 bilden, bei denen sich aber ein Kontaktwinkel θ ein- stellt, der größer als π/2 ist. Hier bewirkt eine Abnahme von A/l (und A'/l') zum Kanalausgang 4 (jetzt rechts liegend) hin, dass die Einschlüsse 3 dorthin bewegt werden.
Fig. 4 veranschaulicht an zwei Beispielen, links für θ > π/2 und rechts für θ < π/2, wie ein entsprechender Effekt auch bei gleichbleibendem Kanalquerschnitt durch ortsabhängige Werte von θ erreicht wird. In beiden Fällen bewirkt eine Zunahme von θ zum Kanal- ausgang 4 (jeweils links liegend) hin eine auf den jeweiligen Einschluss 3 wirkende Kraft, der diesen zum Kanalausgang 4 hin bewegt. In allen geschilderten Fällen kommt die Bewegung durch unterschiedliche Kapillardrücke an den zwei gegenüberliegenden Enden des jeweiligen Einschlusses 3 zustande, was sich in unterschiedlichen Krümmungen der die Einschlüsse begrenzenden Menisken widerspiegelt. Verursacht ist dieser Effekt bei den Beispielen aus Fig. 3 durch die Kanalgeometrie, bei den Beispielen aus Fig. 4 durch einen ortsabhängigen Kontaktwinkel θ, der durch eine sich längs des Kanals 1 ändernde Oberflächenbeschich- tung der Kanalwand 5 realisiert sein kann. Selbstverständlich können die anhand der Figuren 3 und 4 beschriebenen Effekte auch (durch Kombination der Merk- male) überlagert werden. Mit der vorliegenden Mikrostruktur wird nach alledem insbesondere vorgeschlagen, geometrische Strukturen für den Transport von Gasblasen zu nutzen, indem die Geometrie fluidführender Kanäle 1 den jeweiligen An- forderungen entsprechend gestaltet wird. Wird beispielsweise eine Seitenwand 2 des Kanals 1 durch ein Membran gebildet, an der eine Reaktion abläuft, die beispielsweise Gas produziert, welches schnellstmöglich abgeführt werden soll, so kann die Kanalgeomet- rie dahingehend gestaltet werden, dass das Gas allein aufgrund von Kapillarkräften von der Membran abtransportiert wird. Strukturen der hier vorgestellten Art können also zum passiven Abtransport von Gasvolumina genutzt werden, wobei die Kanäle 1 eine Vorzugsrich- tung vorgeben und zum passiven Transport auch über längere Strecken genutzt werden können. Zu einem Aus- trag der Gasblasen sind dabei keine von außen wirkenden Kräfte und damit auch keine entsprechenden externen Komponenten wie beispielsweise Pumpen erforder- lieh. Die Fign. 1 und 2 basieren auf numerischen
Strömungssimulationen und zeigen, wie sich Gasvolumina, welche die Einschlüsse 3 bilden, aufgrund einer Minimierung von Oberflächenenergien jeweils in einen bestimmten Ausschnitt eines Querschnitts hineinbewe- gen und dort aufgrund unterschiedlicher Kapillardrücke in eine Bewegung entlang des Kanals 1 gezwungen werden. Diese Bewegung dauert typischerweise bis zu einem Ablösen des entsprechenden Gasvolumens von den Kanalwänden 5 an einem Kanalausgang 4 an, da dann ein energetisches Minimum erreicht wird.
Es wird also insbesondere vorgeschlagen, passive Systeme der hier beschriebenen Art zum Transport einer Einschlüsse 3 bildenden Phase (typischerweise Gas) in chemischen Reaktorsystemen einzusetzen. Typische Reaktoren, die für einen Einsatz solcher Strukturen ge- eignet sind, sind katalytische Reaktoren wie beispielsweise Brennstoffzellen mit katalytischen Membranen, an denen kontinuierlich Gasblasen entstehen. Durch einen zügigen Abtransport der Gasblasen wird damit ein Blockieren einer aktiven Membranfläche verhindert, indem diese Membranfläche leer geräumt wird. Die entstehenden Gasblasen sorgen dazu mit Hilfe der speziellen angepassten Geometrie der Kanäle 1 selbständig für eine typischerweise periodische Reinigung der Membranfläche von Gasblasen. Diese Methode gewährleistet eine maximale freie Reaktionsfläche, stellt eine selbsttätige Wiederbefüllung des Reaktors mit den entsprechenden Reaktanden sicher und bietet somit große Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Die geometrischen Strukturen, durch die die erwünschten Kapillarkräfte zum passiven Transport der Blasen bildenden Phase hervorgerufen werden, können auch Stege und Verengungen umfassen oder durch solche rea- lisiert sein. Die Geometrie soll dabei so beschaffen sein, dass die Blasen bildende Phase sich aufgrund der Geometrie und aufgrund von Oberflächenbeschaffenheiten der geometrischen Strukturen - angetrieben durch eine Oberflächenspannung der entstehenden BIa- sen - in eine Vorzugsrichtung bewegt, wobei ein
Transport der Blasen typischerweise ausschließlich passiv, d.h. lediglich angetrieben durch die Kapillarkräfte an Phasengrenzen erfolgt.
In Fig. 5 wird schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Variante betreffend die Entgasung der Brennstoffzelle dargestellt. Diese basiert auf einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA) mit einer Protonenleitenden Membran 7, an die sich anodenseitig und ka- thodenseitig Katalysatorschichten 8 und 8' sowie Gasdiffusionsschichten 9 und 9' anschließen. Auf der Anodenseite ist im Anschluss eine Fluidvertei- lungsstruktur 10 mit dazugehörigen Stromkollektoren 11 angeordnet. In gleicher Weise weist die Kathodenseite eine Fluidverteilungsstruktur 10' mit Stromkol- lektoren 11' auf. Den Abschluss auf beiden Seiten bilden jeweilige Endplatten 12 und 12', wobei auf der Anodenseite zusätzlich eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Sperrschicht, z.B. eine oleophobierte Membran, angeordnet ist. Mit Hilfe die- ser Sperrschicht 13 wird der Brennstoff in der Fluidverteilungsstruktur gehalten, während das im Falle der Oxidation von Methanol entstehende Kohlenstoffdi- oxid in die Umgebung entweichen kann. Die Anordnung der Sperrschicht ist nicht zwingend, da diese auch von außen auf der Endplatte 12 aufgebracht sein kann.
In Fig. 6 wird schematisch dargestellt, wie die Fläche der Quelle, d.h. der Löcher bzw. Poren, gewählt werden muss, um im Abstand d zur Quelle die gewünsch- te Konzentration CA zu gewährleisten. Um den Durchmesser der benötigten Quelle berechnen zu können, wird deren Fläche mit a = πr2 die Fläche des zu versorgenden Abschnitts der Membran-Elektroden-Einheit als Senke mit einer Kugelkalotte A = 2πd2 approxi- miert .
In Fig. 7 wird das erfindungsgemäße Konzept anhand einer Direktmethanolbrennstoffzelle (DMFC) dargestellt. Die Brennstoffzelle weist hierbei eine Struk- tur 13, z.B. in Form einer Membran, mit einer Vielzahl von Öffnungen 14, 14' und 14'' auf. Die Struktur steht dabei in Verbindung mit einem Brennstoffreservoire, sodass der Brennstoff durch die Öffnungen 14, 14' und 14'' in die Fluidverteilungsstruktur, die im vorliegenden Fall mit Wasser gefüllt ist, diffundieren kann. Die Diffusion wird nun so eingestellt, dass an der Membran-Elektroden-Einheit 15 die gewünschte Brennstoffkonzentration gewährleistet ist.
In Fig. 8 ist schematisch der Aufbau einer erfin- dungsgemäßen Brennstoffzelle dargestellt. Die mit
Öffnungen 14 bis 14''''' versehene Struktur ist dabei in einem Abstand d zur Membran-Elektroden-Einheit 15 angeordnet. Der Abstand zwischen den einzelnen Öffnungen beträgt hierbei 2d. Der Durchmesser der Öff- nungen beträgt 2r.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Direktoxidations- brennstoffzelle, bei dem mindestens ein fluidischer Brennstoff aus einem Brennstoffreservoir über eine Fluidverteilungsstruktur zu einer Membran-Elektroden-Einheit transportiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Transport des mindestens einen fluidischen Brennstoffs mittels Diffusion in mindestens einem weiteren Fluid konvektionsfrei erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Diffusion ein für die Oxidation erforderliches Konzentra- tionsverhältnis von Brennstoff zu dem mindestens einen weiteren Fluid an der Membran-Elektroden- Einheit eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Fluid zumindest teilweise elektrochemisch rezykliert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lochblende und/oder porösen Membran, die mit einem Brenn- Stoffreservoir in Verbindung steht, in der Brennstoffzelle verwendet wird, wobei der Durchmesser der Löcher und/oder Poren so gewählt wird, dass eine für die elektrochemische Reaktion ausreichende Diffusion des Brennstoffs zur Membran-Elektroden-Einheit gewährleistet wird.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser r der Löcher und/oder Poren nach folgender Gleichung bestimmt wird:
mit d = Abstand zwischen Loch oder Pore und
Membran-Elektroden-Einheit
Φ = Brennstoffverbrauch der Brennstoffzelle CA = Konzentration des Brennstoffs an der
Membran-Elektroden-Einheit C3 = Konzentration des Brennstoffs an den
Löchern oder den Poren D = Diffusionskonstante des Brennstoffs in dem mindestens einen weiteren Fluid
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffverbrauch Φ nach folgender Gleichung bestimmt wird:
mit j = elektrische Stromdichte der Brennstoffzelle η = Wirkungsgrad der Brennstoffzelle
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Brennstoff flüssig ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Brennstoff Methanol ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Fluid Wasser ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffzelle gasförmige Bestandteile von dem mindestens einen flüssigen Brennstoff abgetrennt werden.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmigen Bestandteile durch eine Mikrostrukturierung der Fluidverteilungsstruktur, die den Abtransport von gasförmigen Medien aus der Fluidverteilungsstruktur begünstigt, entfernt werden.
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidvertei- lungsstruktur mit mindestens einem Kanal mit einem T- förmigen Querschnitt verwendet wird.
r
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine anodenseitige Sperrschicht, die für Gase durch- lässig und für Flüssigkeiten undurchlässig ist, verwendet wird, wodurch die Flüssigkeiten in der Fluidverteilungsstruktur gehalten und die Gase aus der Fluidverteilungsstruktur abtransportiert werden.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sperrschicht eine oleophobierte Membran ist.
15. Direktoxidationsbrennstoffzelle, bei der der
Transport des mindestens einen Brennstoffs kon- vektionsfrei erfolgt, enthaltend eine Membran- Elektroden-Einheit mit Anode und Kathode sowie mindestens einer anodenseitigen und einer katho- denseitigen Fluidverteilungsstruktur mit jeweils einem Brennstoffreservoir,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle eine mit dem Brennstoffreservoir in Verbindung stehende Lochblende und/oder poröse Membran aufweist, über deren Loch- oder Porendurchmesser der Transport des Brennstoffs zur Membran- Elektroden-Einheit mittels Diffusion steuerbar ist.
C
16. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser r der Löcher und/oder Poren durch folgende Gleichung bestimmt ist:
mit d = Abstand zwischen Loch oder Pore und Membran-Elektroden-Einheit
Φ = Brennstoffverbrauch der Brennstoffzelle
CA = Konzentration des Brennstoffs an der Membran-Elektroden-Einheit
Ca = Konzentration des Brennstoffs an den Löchern oder den Poren
D = Diffusionskonstante des Brennstoffs in dem mindestens einen weiteren Fluid
17. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffverbrauch Φ durch folgende Gleichung bestimmt ist: φ=±
6η
mit j = elektrische Stromdichte der Brennstoffzelle η = Wirkungsgrad der Brennstoffzelle
18. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran- Elektroden-Einheit aus einer protonenleitenden Membran sowie jeweils anodenseitigen und katho- denseitigen Katalysatorschichten und Diffusions- schichten besteht.
19. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-
Elektroden-Einheit aus einer protonenleitenden Membran sowie jeweils anodenseitigen und katho- denseitigen Katalysatorschichten und Mikrostrukturen besteht .
20. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die protonenleitende Membran undurchlässig für den Brenn- Stoff und die Reaktionsprodukte ist.
21. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysator- schichten Platin, Ruthenium und/oder deren Legierungen enthalten.
22. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle zusätzlich eine Vorrichtung zum Entfernen von gasförmigen Bestandteilen des flüssigen Brennstoffs aufweist.
23. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung in Form einer Mikrostrukturierung der Fluidverteilungsstruktur vorliegt, die den Abtransport von gasförmigen Medien aus der Fluidverteilungsstruktur begünstigt.
24. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverteilungsstruktur mindestens einen Kanal mit einem T- förmigen Querschnitt aufweist.
25. Direktoxidationsbrennstoffzelle nach einem der Ansprüche 15 bis 24 , dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle anodenseitig mindestens eine für Gase durchläs- sige und für Flüssigkeiten undurchlässige Sperrschicht aufweist, wodurch die Flüssigkeiten in der Fluidverteilungsstruktur gehalten und die Gase aus der Fluidverteilungsstruktur abtransportierbar sind.
Direktoxidationsbrennstoffzelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sperrschicht aus einer oleophobierten Membran besteht.
n
EP07702934A 2006-01-20 2007-01-22 Direktoxidationsbrennstoffzelle mit passiver brennstoffzuführung und verfahren zu deren betreiben Withdrawn EP1974413A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006002926A DE102006002926A1 (de) 2006-01-20 2006-01-20 Direktoxidationsbrennstoffzelle und Verfahren zu deren Betreiben
PCT/EP2007/000518 WO2007085402A1 (de) 2006-01-20 2007-01-22 Direktoxidationsbrennstoffzelle mit passiver brennstoffzuführung und verfahren zu deren betreiben

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1974413A1 true EP1974413A1 (de) 2008-10-01

Family

ID=38268046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07702934A Withdrawn EP1974413A1 (de) 2006-01-20 2007-01-22 Direktoxidationsbrennstoffzelle mit passiver brennstoffzuführung und verfahren zu deren betreiben

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7927753B2 (de)
EP (1) EP1974413A1 (de)
JP (1) JP2009524184A (de)
DE (1) DE102006002926A1 (de)
WO (1) WO2007085402A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005056672B4 (de) * 2005-11-28 2014-05-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Betreiben einer Direktoxidationsbrennstoffzelle
FR2960452B1 (fr) * 2010-05-31 2017-01-06 Corning Inc Dispositif formant microreacteur equipe de moyens de collecte et d'evacuation in situ du gaz forme et procede associe
DE102018205630A1 (de) * 2018-04-13 2019-10-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikroreaktor für photokatalytische Reaktionen

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05283094A (ja) * 1992-03-31 1993-10-29 Toshiba Corp 燃料電池
EP1145351A2 (de) * 1998-10-29 2001-10-17 3M Innovative Properties Company Mikrostrukturiertes flussfeld
JP2001102069A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Toshiba Corp 燃料電池
US6689502B2 (en) * 2001-03-16 2004-02-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Monopolar cell pack of direct methanol fuel cell
JP2002343378A (ja) * 2001-05-18 2002-11-29 Hitachi Ltd 燃料電池，燃料電池発電装置及びそれを用いた機器
WO2002099916A2 (en) * 2001-06-01 2002-12-12 Polyfuel, Inc Fuel cell assembly for portable electronic device and interface, control, and regulator circuit for fuel cell powered electronic device
DE10136755A1 (de) * 2001-07-27 2003-02-20 Siemens Ag Portable Direkt-Methanol-Brennstoffzelle und zugehöriges Betriebsverfahren
JP2003077505A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Yuasa Corp 液体燃料直接供給形燃料電池
US6921603B2 (en) * 2002-04-24 2005-07-26 The Regents Of The University Of California Microfluidic fuel cell systems with embedded materials and structures and method thereof
US20040062980A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Xiaoming Ren Fluid management component for use in a fuel cell
JP4103533B2 (ja) * 2002-10-11 2008-06-18 三菱マテリアル株式会社 燃料電池式発電装置
JP2004152561A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Hitachi Ltd ダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給方法
EP1570537A2 (de) * 2002-12-02 2005-09-07 Donaldson Company, Inc. Filterelemente für wasserstoff brennstoffzellen
DE10315804B4 (de) * 2003-03-31 2005-09-29 Reinz-Dichtungs-Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte für Brennstoffzellen aus einer verformten Folie mit Herstellungsverfahren
US7282293B2 (en) * 2003-04-15 2007-10-16 Mti Microfuel Cells Inc. Passive water management techniques in direct methanol fuel cells
US20050170224A1 (en) * 2003-04-15 2005-08-04 Xiaoming Ren Controlled direct liquid injection vapor feed for a DMFC
JP4635428B2 (ja) * 2003-10-31 2011-02-23 株式会社Ｇｓユアサ 直接液体供給形燃料電池
KR100528337B1 (ko) * 2003-09-05 2005-11-15 삼성에스디아이 주식회사 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급장치
KR100528338B1 (ko) * 2003-09-05 2005-11-15 삼성에스디아이 주식회사 직접 메탄올 연료전지용 연료 공급장치
JP2005129261A (ja) * 2003-10-21 2005-05-19 Yuasa Corp 直接液体供給形燃料電池
KR100571821B1 (ko) * 2003-10-22 2006-04-17 삼성에스디아이 주식회사 직접메탄올 연료전지 및 이를 장착한 휴대용 컴퓨터
JP2005235519A (ja) * 2004-02-18 2005-09-02 Seiko Epson Corp 燃料電池、燃料電池システム、および装置
US7510794B2 (en) * 2004-03-02 2009-03-31 Mti Microfuel Cells, Inc. Conformable fuel cell
JP2006019145A (ja) * 2004-07-01 2006-01-19 Hitachi Ltd 燃料電池及びこれを搭載した電子機器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007085402A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007085402A1 (de) 2007-08-02
US7927753B2 (en) 2011-04-19
DE102006002926A1 (de) 2007-08-02
US20090017357A1 (en) 2009-01-15
JP2009524184A (ja) 2009-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112010002739B4 (de) Brennstoffzelle
DE69905389T2 (de) Bipolare platten für brennstoffzellen und diese platten enthaltende brennstoffzelle
WO2007085402A1 (de) Direktoxidationsbrennstoffzelle mit passiver brennstoffzuführung und verfahren zu deren betreiben
DE102007014046B4 (de) Brennstoffzelle sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP3365935B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur lebensdauerverlängerung von ht-pem brennstoffzellen
EP2901518B1 (de) Medienverteilerfeldplatte mit erhöhter, homogener stromdichteverteilung für eine elektrochemische zelle und eine solche enthaltende elektrochemische zelle
EP2036155A1 (de) Direktoxidationsbrennstoffzelle für den konvektionsfreien transport des brennstoffs und verfahren zum betreiben der brennstoffzelle
DE102018002746A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie in chemischen Redox-Verbindungen - Effutuebte Redox-Flow-Batterie
EP1964198B1 (de) Verfahren zum betreiben einer direktoxidationsbrennstoffzelle und entsprechende anordnung
DE112005001340B4 (de) Zellenmodul und Brennstoffzelle
DE102006001645B4 (de) Vorrichtung zur Steuerung von mit relativer Feuchte in Verbindung stehenden Bedingungen in einer Anordnung für elektrochemische Umwandlung und Steuerungsverfahren
WO2022161722A1 (de) Mehrlagiges beschichtungssystem, insbesondere zur anbringung an einer brennstoffzelle, sowie brennstoffzelle mit einem derartigen beschichtungssystem
DE102007023619B4 (de) Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung und Gas-/Flüssigkeitsabscheider für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme
AT525914B1 (de) Elektrolysevorrichtung mit Naturumlauf
DE10348879B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erhöhung der Brennstoffkonzentration in einem der Anode einer Brennstoffzelle zugeführten, einen Brennstoff enthaltenden Flüssigkeitsstrom und deren Verwendung
DE102023116360A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur blasenfreien Elektrolyse
EP2913877B1 (de) Direkt-Alkohol-Brennstoffzelle und Direkt-Alkohol-Brennstoffzellenstapel mit effektiver CO2-Entfernung sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Direkt-Alkohol-Brennstoffzelle
DE102018204816A1 (de) Brennstoffzellenaufbau
WO2009015712A1 (de) Bipolarplatte für eine brennstoffzelle, insbesondere zur anordnung zwischen zwei benachbarten membran-elektroden-anordnungen in einem brennstoffzellenstapel
DE102023202077A1 (de) Zelle für einen elektrochemischen Energiewandler und elektrochemischer Energiewandler
DE102024208048A1 (de) Gasdiffusionslage für die Wasserelektrolyse mit funktionalisierten Oberflächenbereichen, und Verfahren zu deren Herstellung
DE102013009555B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Niedertemperatur- Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO1999041796A1 (de) Brennstoffzelle

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20080714

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE FR GB

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090219

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20120320