EP2195874A1 - Brennstoffzellenanordnung mit in schindelbauweise angeordneten brennstoffzellen sowie verwendungszwecke - Google Patents

Brennstoffzellenanordnung mit in schindelbauweise angeordneten brennstoffzellen sowie verwendungszwecke

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EP2195874A1
EP2195874A1 EP08841589A EP08841589A EP2195874A1 EP 2195874 A1 EP2195874 A1 EP 2195874A1 EP 08841589 A EP08841589 A EP 08841589A EP 08841589 A EP08841589 A EP 08841589A EP 2195874 A1 EP2195874 A1 EP 2195874A1
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EP
European Patent Office
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fuel cell
cells
electrochemical
fuel
cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08841589A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Zedda
Michael Oszcipok
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell arrangement consisting of at least two individual fuel cells, wherein the individual fuel cells are not arranged parallel to each other, i. offset or arranged in shingles to each other.
  • the electrical interconnection of a plurality of electrochemical cells is carried out in stack arrangements via electrically conductive layers, for example graphite plates. Often such stacked fuel cells are unsuitable for integration into particular applications because of their aspect ratio. Alternatively to this stack construction you can Arrange fuel cells in a plane.
  • the electrical interconnection can then be carried out by conductive layers, wherein the anode of one cell contacts the cathode of the adjacent cells for voltage addition. This conductive
  • Layers are arranged parallel to the overall structure of the planar fuel cell. As a result, the electrical connection of the neighboring cells is only possible via outward-guided contacts. This requires additional space and increases the voltage losses due to extended electrical lines and thus higher electrical resistance.
  • the electrical interconnection has been solved in planar arrangements over outward contacts or with the help of angled current conductors.
  • the angled current conductors are not able to compensate for changes in thickness of the fuel cell layer structure that occur during operation.
  • the contact resistance between the current collector and the fuel cell electrode changes and deteriorates, thus deteriorating the output.
  • a fuel cell comprising at least two individual electrochemical cells, each individual electrochemical cell being composed of at least the following constituents: a) at least one anode-side current arrester structure, b) a fuel supply, c) an electrode membrane E) comprising an anode-side electrode, a membrane and a cathode-side electrode, d) a supply possibility for the oxidizing agent, and e) at least one current collector structure arranged on the cathode side, wherein each individual electrochemical cell is electrically connected directly to at least one adjacent individual electrochemical cell is and is arranged offset with respect to the at least one adjacent electrochemical single cell.
  • Essential to the invention is thus that the individual cells are connected directly to each other electrically. For example, in the case of a series-connected arrangement of individual cells, this is done by connecting the cathode of the first cell directly to the anode of the second cell.
  • a direct connection is understood here to mean that the electrodes of the fuel cell preferably contact one another without further means for interconnecting the electrodes, such as, for example, cables, wires or contacts are. It is essential that the fuel cells are not arranged linearly but offset, preferably not arranged in parallel.
  • Thickness variations can be compensated as with a fuel cell stack, the current arresters do not require high-precision bending and are therefore much cheaper to produce.
  • the fuel cells can be glued to the current conductors via spacers. Mechanically no forces act on this bond, as is the case with angled current conductors. This makes it possible to realize a seal by gluing.
  • Another advantage of the shingling arrangement is that the fuel supply channels are arranged obliquely to the installation plane of the fuel cell. As a result, the discharge of the gaseous by-products from the anodic distribution structure is supported in a passive manner.
  • the fuel cells are arranged in shingled construction.
  • the non-parallel arrangement of the fuel cell is designed so that they are in construction direction, ie in the direction of the vector in which the individual cells are connected, twisted or tilted to each other.
  • the arrangement of the fuel cells is possible in one and / or in two dimensions.
  • the at least two electrochemical individual cells are arranged in a one-dimensional manner such that the normals of the current drain structures or with the direction vector in the direction of which the individual cells are connected form an angle ⁇ which is between 5 ° and 85 ° .
  • fuel cells have a structure in which the two Stromableiterstruktu- ren, which limit the fuel cell, are arranged plane-parallel to each other. This results in a more or less monolithic, cuboid structure of the individual fuel cells.
  • the arrangement of the fuel cells now preferably takes place in such a way that the normals of the current collector structures of the individual fuel cells are tilted toward one another. are arranged, wherein the fuel cells are each in direct contact with each other.
  • each electrochemical individual cell is connected directly in series with at least one adjacent electrochemical individual cell.
  • the fuel cell contains at least three electrochemical single cells, wherein the terminal individual cells of the fuel cell are each directly electrically connected to an adjacent single cell, while the at least one arranged therebetween individual cell is each directly electrically connected with two adjacent individual cells.
  • Particular embodiments of the fuel cell provide that in the case of the terminal electrochemical individual cells of the fuel cell, either the anode side or cathode side current collector structure is not connected to an adjacent individual cell, while in the case of the individual cells arranged therebetween both the anode and cathode sides arranged Stromabieiter Jardin is connected to at least one adjacent single cell.
  • the one terminal electrochemical individual cell has an anode-side current-drainage structure which is not connected to an adjacent individual electrochemical cell and the other terminal electrochemical single cell has a cathode-side current-drainage structure which is not connected to an adjacent individual cell.
  • a further embodiment provides that in each case both the anode side arranged Stromableiter- structure arranged between the terminal electrochemical single cell of the fuel cell electrochemical cell with the cathode side arranged Stromabieiter Modell their adjacent single cell and each arranged on the cathode side Stromabieiter Modell this single cell with the anode side arranged Stromabieiter Modell their adjacent single cell is electrically connected directly.
  • the majority of the individual cells of the fuel cell are preferably integrated in a housing.
  • the fuel cells are arranged in a plane in the housing, which does not run parallel to the housing walls. This is understood according to the invention to mean that the plane in which the individual cells are tilted (for example by the angle ⁇ ) does not run parallel to the housing walls in whose direction the tilting has taken place.
  • the fuel cell provides that the at least two electrochemical individual cells are glued via spacers.
  • the membrane-electrode units of two adjacent cells are glued to the front and back of a common Stromableiters in such a way that with the help of both sides coated with adhesive, frame-shaped spacers first, the installation space of the membrane-electrode unit is defined, secondly the connection of two membrane electrode assemblies is made with the current conductor to a common arrangement and third the arrangement so executed is sealed from the environment.
  • the supply possibility for fuel as a plurality of distribution channels and / or the supply possibility for the oxidizing agent is formed as a plurality of distribution channels.
  • the selection with regard to the individual cells is not subject to any general restriction, but it is advantageous if alkaline or basic planar fuel cells, in particular direct alcohol fuel cells, are used. Further advantageous embodiments provide that the individual cells are selected from the group consisting of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEM), methanol fuel cells (DMFC), ethanol fuel cells (DEFC), ceramic fuel cells (SOFC) and / or combinations thereof.
  • PEM polymer electrolyte membrane fuel cells
  • DMFC methanol fuel cells
  • DEFC ethanol fuel cells
  • SOFC ceramic fuel cells
  • Such fuel cell systems can be used in particular for the supply of electronic units whose operation must be ensured over very long periods of time and whose energy consumption is low, such as sensors from environmental monitoring, traffic measurement and control systems, GSM / GPS / GPRS navigation systems and their Combination, battery charging systems, integrated energy - supply units for applications in the electronic consumer sector, eg PDA, mobile phone, laptop, recording devices (eg Deutsche Bahn card readers, UPS, etc.), intelligent / functional housings or packaging.
  • the figure shows two shingles, so tilted arranged individual cells, which are connected to a fuel cell array.
  • the individual cells each have an anode side structure 1 attached to the bottom side, channels for fuel distribution 2 adjoining this current collector structure 1, a membrane electrode unit (MEA) arranged on the side facing away from the fuel distributor channels 2, comprising an anode-side electrode 6, an adjoining one
  • MEA membrane electrode unit
  • Membrane 5 and a cathode-side electrode 4 and a cathode-side Stromabieiter Quilt 8, followed by a plurality of oxidation channels 7 connects.
  • the individual cells are connected in series, in that the current drainage structure 1, which forms the anode of the first fuel cell, is connected directly to the current drainage structure 8 of the right-hand single cell. This eliminates the need to connect the individual cells via additional aids, such as contacts, cell connectors or cables.
  • the individual cells are integrated in a housing 3, so that the complete fuel cell module results as a single unit.
  • the fuel cells are arranged in a manner which corresponds to a non-parallel arrangement of the fuel cells with respect to the housing (in this perspective illustration with respect to the top and bottom of the housing).
  • the arrangement of the individual cells takes place in a tilted manner with respect to the housing 3.
  • the angle, the normal 9 of the Stromabieiter Modell 1 and 8 with the directional vector 10, in the direction of which the individual cells are arranged consecutively includes, between 5 ° and 85 °.

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Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung, die aus mindestens zwei Einzelbrennstoffzellen besteht, wobei die Einzelbrennstoffzellen nicht parallel zueinander angeordnet sind, d.h. versetzt oder in Schindelbauweise zueinander angeordnet sind.

Description

BrennstoffZeilenanordnung mit in Schindelbauweise angeordneten Brennstoffzellen sowie Verwendungszwecke
Vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen- anordnung, die aus mindestens zwei Einzelbrennstoffzellen besteht, wobei die Einzelbrennstoffzellen nicht parallel zueinander angeordnet sind, d.h. versetzt oder in Schindelbauweise zueinander angeordnet sind.
Die elektrische Verschaltung mehrerer elektrochemischer Zellen wird in Stapelanordnungen über elektrisch leitfähige Schichten, beispielsweise Graphitplatten, durchgeführt. Häufig sind solche gestapelten Brennstoffzellen aufgrund ihres Aspektverhältnisses für die Integration in bestimmte Anwendungen ungeeignet. Alternativ zu dieser Stapelbauweise kann man Brennstoffzellen auch in einer Ebene anordnen. Die elektrische Verschaltung kann dann durch leitfähige Schichten vorgenommen werden, wobei die Anode der einen Zellen die Kathode der benachbarten Zellen kon- taktiert zur Spannungsaddition. Diese leitfähigen
Schichten sind parallel zum Gesamtaufbau der planaren Brennstoffzelle angeordnet. Dadurch ist die elektrische Verbindung der Nachbarzellen nur über nach außen geführte Kontakte möglich. Dies erfordert zusätzli- chen Bauraum und erhöht die SpannungsVerluste aufgrund verlängerter elektrischer Leitungen und damit höherer elektrischer Widerstände.
Die elektrische Verschaltung wurde bisher in planaren Anordnungen über nach außen geführte Kontakte oder mit Hilfe abgewinkelter Stromableiter gelöst. Insbesondere die abgewinkelten Stromableiter sind nicht in der Lage, Dickenänderungen des brennstoffzellentypischen Schichtaufbaus, die im Betrieb auftreten, zu kompensieren. Dadurch ändert und verschlechtert sich der Kontaktwiderstand zwischen Stromableiter und Brennstoffzellen-Elektrode und verschlechtert somit die Leistungsabgabe.
Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik war es deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Brennstoffzellenanordnung bereitzustellen, bei der eine elektrische Verschaltung mehrerer Einzelzellen gewährleistet ist, wobei die elektrische Verschaltung möglichst einfach und möglichst ohne zusätzliche Stromableiter gelöst werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Brennstoffzelle gemäß Patentanspruch 1 sowie durch die mit Patentan- Spruch 16 angegebenen Verwendungszwecke. Dabei stel- len die abhängigen Ansprüche jeweils vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Erfindungsgemäß wird somit eine Brennstoffzelle be- reitgestellt, umfassend mindestens zwei elektrochemische Einzelzellen, wobei jede elektrochemische Einzelzelle zumindest aus den folgenden Bestandteilen aufgebaut ist: a) mindestens einer anodenseitig angeordneten Strom- ableiterstruktur, b) einer Zufuhrmöglichkeit für Brennstoff, c) einer Elektrode-Membran-Einheit (MEA) , umfassend eine anodenseitige Elektrode, eine Membran sowie eine kathodenseitige Elektrode, d) einer Zufuhrmöglichkeit für das Oxidationsmittel, sowie e) mindestens einer kathodenseitig angeordneten Stromableiterstruktur, wobei jede elektrochemische Einzelzelle mit mindes- tens einer benachbarten elektrochemischen Einzelzelle direkt elektrisch verschaltet ist und bezüglich der mindestens einen benachbarten elektrochemischen Einzelzelle versetzt angeordnet ist.
Erfindungswesentlich ist somit, dass die Einzelzellen direkt elektrisch miteinander verschaltet sind. Beispielsweise bei einer in Serie geschalteten Anordnung von Einzelzellen geschieht dies dadurch, dass die Kathode der ersten Zelle mit der Anode der zweiten ZeI- Ie direkt verschaltet ist. Unter einer direkten Ver- schaltung wird dabei verstanden, dass die Elektroden der Brennstoffzelle vorzugsweise ohne weitere Mittel zur Verschaltung der Elektroden, wie beispielsweise Kabel, Drähte oder Kontakte, miteinander kontaktiert sind. Dabei ist es essentiell, dass die Brennstoffzellen nicht linear, sondern versetzt angeordnet, bevorzugt nicht parallel angeordnet sind.
Durch den hier vorgeschlagenen Lösungsweg ergeben sich folgende Vorteile:
• Dickenschwankungen können wie bei einem Brennstoffzellenstapel kompensiert werden, die Strom- ableiter bedürfen keiner hochpräzisen Abkantung und sind somit wesentlich kostengünstiger herstellbar.
• Aufgrund der mechanischen Flexibilität des Schichtaufbaus können die Brennstoffzellen mit den Stromableitern über Abstandshalter verklebt werden. Auf diese Klebung wirken mechanisch keine Kräfte, wie dies bei abgewinkelten Stromableitern der Fall ist. Dadurch wird es möglich, eine Dichtung durch Klebung zu realisieren.
• Ein weiterer Vorteil der Schindelanordnung ist, dass die Brennstoffzufuhrkanäle schräg zur Einbauebene der Brennstoffzelle angeordnet sind. Dadurch wird der Austrag der gasförmigen Nebenprodukte aus der anodischen Verteilerstruktur auf passive Weise unterstützt.
• Durch die integrierte elektrische Verschaltung ist es möglich, den Strom auf dem größten leitenden Querschnitt, nämlich über die gesamte Breite der einen Elektrode zur benachbarten zu transportieren. Dadurch ergeben sich die kürzesten Wege für den elektrischen Strom, die in pla- naren Zellen möglich sind und der ohmsche Widerstand wird reduziert. • Ein wesentlicher Vorteil besteht auch in der Einteiligkeit der elektrischen Verbindung. Es gibt keine zusätzlichen Kontaktwiderstände, die vom Anpressdruck abhängig sind. Bei der Verbindung von zwei voneinander getrennten Stromableitern musste bei herkömmlichen Lösungen immer auf eine große Kontaktfläche geachtet werden.
Insbesondere ist es bei vorliegender Erfindung vorteilhaft, wenn die Brennstoffzellen in Schindelbauweise angeordnet sind. Darunter ist zu verstehen, dass die nicht-parallele Anordnungsweise der Brennstoffzellen so ausgeführt ist, dass diese in Baurich- tung, also in Richtung des Vektors, in der die Einzelzellen verschaltet sind, verdreht oder verkantet zueinander angeordnet sind.
Die Anordnung der Brennstoffzellen ist dabei in einer und/oder in zwei Dimensionen möglich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die mindestens zwei elektrochemischen Einzelzellen in der Art eindimensional angeordnet sind, dass die Normale der Stromabieiterstrukturen bzw. mit dem Richtungsvektor, in dessen Richtung die Einzelzellen verschaltet sind, einen Winkel α einschließt, der zwischen 5° und 85° beträgt. Im Normalfall weisen Brennstoffzellen einen Aufbau auf, bei dem die beiden Stromableiterstruktu- ren, die die Brennstoffzellen begrenzen, planparallel zueinander angeordnet sind. Es ergibt sich dadurch eine mehr oder weniger monolithische, quaderförmige Struktur der einzelnen Brennstoffzellen. Die Anordnung der Brennstoffzellen erfolgt nun bevorzugt in der Art, dass die Normalen der Stromableiterstruktu- ren der einzelnen Brennstoffzellen verkippt zueinan- der angeordnet sind, wobei die Brennstoffzellen jeweils in direktem Kontakt miteinander stehen.
Hieraus ergibt sich, dass bevorzugt jede elektroche- mische Einzelzelle mit mindestens einer benachbarten elektrochemischen Einzelzelle direkt seriell verschaltet ist.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn die Brennstoffzelle mindestens drei elektrochemische Einzelzellen enthält, wobei die terminalen Einzelzellen der Brennstoffzelle jeweils mit einer benachbarten Einzelzelle direkt elektrisch verschaltet sind, während die mindestens eine dazwischen angeordnete Einzelzelle je- weils mit je zwei benachbarten Einzelzellen direkt elektrisch verschaltet ist.
Besondere Ausführungsformen der Brennstoffzelle sehen vor, dass bei den terminalen elektrochemischen Ein- zelzellen der Brennstoffzelle jeweils entweder die anodenseitig bzw. kathodenseitig angeordnete Stromableiterstruktur nicht mit einer benachbarten Einzel - zelle verschaltet ist, während bei den dazwischen angeordneten Einzelzellen sowohl die anöden- und katho- denseitig angeordnete Stromabieiterstruktur mit jeweils mindestens einer benachbarten Einzelzelle verbunden ist.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn die eine terminale elektrochemische Einzelzelle eine anodenseitig angeordnete Stromabieiterstruktur aufweist, die nicht mit einer benachbarten elektrochemischen Einzelzelle verschaltet ist und die andere terminale elektrochemische Einzelzelle eine kathodenseitig angeordnete Stromabieiterstruktur aufweist, die nicht mit einer benachbarten Einzelzelle verschaltet ist. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass jeweils sowohl die anodenseitig angeordneten Stromableiter- struktur einer zwischen den terminalen elektrochemi- sehen Einzelzelle der Brennstoffzelle angeordneten elektrochemischen Einzelzelle mit der kathodenseitig angeordneten Stromabieiterstruktur ihrer benachbarten Einzelzelle als auch jeweils die kathodenseitig angeordneten Stromabieiterstruktur dieser Einzelzelle mit der anodenseitig angeordneten Stromabieiterstruktur ihrer benachbarten Einzelzelle direkt elektrisch verschaltet ist.
Weiterhin ist die Mehrzahl der Einzelzellen der Brennstoffzelle bevorzugt in einem Gehäuse integriert. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Brennstoffzellen in einer Ebene im Gehäuse angeordnet sind, die nicht parallel zu den Gehäusewänden verläuft. Hierunter wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Ebene, in der die Einzelzellen (z.B. um den Winkel α) verkippt sind, nicht parallel zu den Gehäusewänden verläuft, in deren Richtung die Verkippung erfolgt ist.
Ein weiterer bevorzugter Aufbau der Brennstoffzelle sieht vor, dass die mindestens zwei elektrochemischen Einzelzellen über Abstandshalter verklebt sind. Hierbei werden die Membran-Elektroden-Einheiten zweier benachbarter Zellen auf die Vorder- bzw. Rückseite eines gemeinsamen Stromableiters geklebt und zwar derart, dass mit Hilfe von beidseitig mit Klebstoff beschichteten, rahmenförmigen Abstandshaltern erstens der Einbauraum der Membran-Elektroden-Einheit definiert wird, zweitens die Verbindung zweier Membran- Elektroden-Einheiten mit dem Stromableiter zu einer gemeinsamen Anordnung hergestellt wird und drittens die so ausgeführte Anordnung gegenüber der Umgebung dicht ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Zufuhrmöglich- keit für Brennstoff als eine Mehrzahl von Verteilerkanälen und/oder die Zufuhrmöglichkeit für das Oxida- tionsmittel als eine Mehrzahl von Verteilerkanälen ausgebildet ist.
Die Auswahl bezüglich der Einzelzellen unterliegt keiner generellen Beschränkung, vorteilhaft ist es jedoch, wenn alkalische bzw. basische planare Brennstoffzellen, insbesondere Direktalkoholbrennstoffzel- len eingesetzt werden. Weitere vorteilhafte Ausfüh- rungsformen sehen vor, dass die Einzelzellen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polymer- Elektrolyt-Membranbrennstoffzellen (PEM) , Methanol- Brennstoffzellen (DMFC) , Ethanol -Brennstoffzellen (DEFC) , keramischen Brennstoffzellen (SOFC) und/oder Kombinationen hieraus.
Derartige Brennstoffzellensysteme können insbesondere zur Versorgung von elektronischen Einheiten eingesetzt werden, deren Betrieb über sehr lange Zeiträume sichergestellt werden muss und deren Energieverbrauch gering ist, wie beispielsweise Sensoren aus dem Um- weltmonitoring, Verkehrsmesstechnik und —leitSysteme, GSM/GPS/GPRS-Navigationssysteme und deren Kombination, Batterieladesysteme, gehäuseintegrierte Energie - Versorgungseinheiten bei Anwendungen aus dem elektronischen Consumerbereich, z.B. PDA, Mobiltelefon, Laptop, Registriergeräte (z.B. Kartenleser der Deutschen Bahn, UPS, etc.) , intelligente/funktionale Gehäuse oder Verpackungen. Die vorliegende Erfindung wird anhand der im Nachfolgenden abgebildeten Figur näher erläutert, ohne die Erfindung auf die in der Figur wiedergegebenen speziellen Parameter beschränken zu wollen.
Die Figur zeigt dabei zwei in Schindelbauweise, also verkippt angeordnete Einzelzellen, die zu einer BrennstoffZeilenanordnung verschaltet sind. Dabei verfügen die Einzelzellen jeweils über eine anöden- seitig angebrachte Stromabieiterstruktur 1, an diese Stromabieiterstruktur 1 angrenzende Kanäle zur Brennstoffverteilung 2, eine an die der Brennstoffverteilerkanäle 2 abgewandten Seite angeordnete Membran- Elektroden-Einheit (MEA) bestehend aus einer anoden- seitigen Elektrode 6, einer daran anschließenden
Membran 5 sowie einer kathodenseitigen Elektrode 4 sowie einer kathodenseitigen Stromabieiterstruktur 8, an die sich eine Mehrzahl von Oxidationskanälen 7 anschließt. Erfindungsgemäß sind die Einzelzellen dabei seriell verschaltet, indem die Stromabieiterstruktur 1, die die Anode der ersten Brennstoffzelle bildet, direkt mit der Stromabieiterstruktur 8 der rechten Einzelzelle verschaltet ist. Somit entfällt die Notwendigkeit, die Einzelzellen über zusätzliche Hilfs- mittel, wie beispielsweise Kontakte, Zellverbinder oder Kabel zu verbinden. Die Einzelzellen sind dabei in einem Gehäuse 3 integriert, so dass sich das komplette Brennstoffzellenmodul als einzelne Einheit ergibt. Dabei ist ersichtlich, dass die Brennstoffzel- len auf eine Art und Weise angeordnet sind, die einer nicht-parallelen Anordnung der Brennstoffzellen bezüglich des Gehäuses (in dieser perspektivischen Darstellung bezüglich der Ober- und Unterseite des Gehäuses) entspricht. Die Anordnung der Einzelzellen erfolgt dabei in einer verkippten Art und Weise in Bezug auf das Gehäuse 3. Dabei beträgt der Winkel, den die Normale 9 der Stromabieiterstruktur 1 bzw. 8 mit dem Richtungsvektor 10, in dessen Richtung die Einzelzellen aufeinander folgend angeordnet sind, einschließt, zwischen 5° und 85°.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffzelle umfassend mindestens zwei elektrochemische Einzelzellen, wobei jede elektrochemische Einzelzelle zumindest aus den folgenden Bestandteilen aufgebaut ist: a) mindestens einer anodenseitig angeordneten Stromabieiterstruktur (1) , b) einer Zufuhrmöglichkeit für Brennstoff, c) einer Elektroden-Membran-Einheit (MEA) , umfassend eine anodenseitige Elektrode (6), eine Membran (5) sowie eine kathodenseitige Elektrode (4) , d) einer Zufuhrmöglichkeit für das Oxidations- mittel, sowie e) mindestens einer kathodenseitig angeordneten Stromabieiterstruktur (8), dadurch gekennzeichnet, dass jede elektrochemische Einzelzelle mit mindestens einer benachbarten elektrochemischen Einzelzelle direkt elektrisch verschaltet ist und bezüglich der mindestens einen benachbarten elektrochemischen Ein- zelzelle versetzt angeordnet ist.
2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen zueinander nichtparallel angeordnet sind.
3. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Brennstoffzellen in Schindelbauweise angeordnet sind.
4. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die e- lektrochemischen Einzelzellen ein und/oder zweidimensional angeordnet sind.
5. Brennstoffzelle nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei elektrochemischen Einzelzellen in der Art eindimensional angeordnet sind, dass die Normale (9) der Stromabieiterstrukturen (1) bzw. (8) mit dem Richtungsvektor (10) , in dessen Richtung die
Einzelzellen verschaltet sind, einen Winkel α einschließt, der zwischen 5° und 85° beträgt.
6. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei- den Stromabieiterstrukturen (1) und (8) planparallel zueinander ausgebildet sind.
7. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede e- lektrochemische Einzelzelle mit mindestens einer benachbarten elektrochemischen Einzelzelle direkt seriell verschaltet ist .
8. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle mindestens drei elektrochemische Einzelzellen enthält, wobei die terminalen Einzelzellen der Brennstoffzelle jeweils mit einer benachbarten Einzelzelle direkt elektrisch verschaltet sind, während die mindestens eine dazwischen angeordnete Einzelzelle jeweils mit je zwei benachbarten Einzelzellen direkt elektrisch verschaltet ist.
9. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den terminalen elektrochemischen Einzelzellen der Brennstoffzelle jeweils entweder die anodensei- tig (1) bzw. kathodenseitig angeordnete Stromab- leiterstruktur (8) nicht mit einer benachbarten Einzelzelle verschaltet ist, während bei den dazwischen angeordneten Einzelzellen sowohl die anöden- (1) und kathodenseitig angeordnete Stromabieiterstruktur (8) mit jeweils mindestens einer benachbarten Einzelzelle verbunden ist.
10. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine terminale elektrochemische Einzelzelle eine ano- denseitig angeordneten Stromabieiterstruktur (1) aufweist, die nicht mit einer benachbarten e- lektrochemischen Einzelzelle verschaltet ist und die andere terminale elektrochemische Einzelzelle eine kathodenseitig angeordnete Stromablei - terstruktur (8) aufweist, die nicht mit einer benachbarten Einzelzelle verschaltet ist.
11. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils sowohl die anodenseitig angeordneten Stromableiterstruktur (1) einer zwischen den terminalen elektrochemischen Einzelzelle der Brennstoffzel- Ie angeordneten elektrochemischen Einzelzelle mit der kathodenseitig angeordneten Stromablei - terstruktur (8) ihrer benachbarten Einzelzelle als auch jeweils die kathodenseitig angeordneten Stromabieiterstruktur (8) dieser Einzelzelle mit der anodenseitig angeordneten Stromableiterstruktur (1) ihrer benachbarten Einzelzelle direkt elektrisch verschaltet ist.
12. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die min- destens zwei elektrochemischen Einzelzellen in einem Gehäuse (3) integriert sind.
13. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die min- destens zwei elektrochemischen Einzelzellen über
Abstandshalter verklebt sind.
14. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrmöglichkeit für Brennstoff als eine Mehrzahl von Verteilerkanälen (2) und/oder die Zufuhrmöglichkeit für das Oxidationsmittel als eine Mehrzahl von Verteilerkanälen (7) ausgebildet ist.
15. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindes- tens eine elektrochemische Einzelzelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polymer- Elektrolyt -Membranbrennstoffzellen (PEM) , Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) , Ethanol- Brennstoffzellen (DEFC) , keramische Brennstoff- zellen (SOFC) und/oder Kombinationen hieraus.
16. Verwendung einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Stromversorgung von elektrisch betriebenen Geräten und/oder elektronischen Einheiten.
17. Verwendung nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Geräte und/oder die elektronischen Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sensoren, insbesondere Sensoren aus dem Umweltmonitoring; Ge- rate für die Verkehrsmessungstechnik sowie
-leitSysteme; GSM-, GPS- und/oder GPRS-Navigationssysteme; Batterieladesysteme; gehäuseintegrierte Energieversorgungseinheiten für Anwendun- gen aus dem Consumerbereich, wie z.B. PDAs, Mobiltelefone, Laptops; Registriergeräte, wie z.B. Scanner, Kartenleser; sowie intelligente und/oder funktionelle Gehäuse und/oder Verpackungen .
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