EP2245687A1 - Brennstoffzelle und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Brennstoffzelle und verfahren zu deren herstellung

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EP2245687A1
EP2245687A1 EP09711447A EP09711447A EP2245687A1 EP 2245687 A1 EP2245687 A1 EP 2245687A1 EP 09711447 A EP09711447 A EP 09711447A EP 09711447 A EP09711447 A EP 09711447A EP 2245687 A1 EP2245687 A1 EP 2245687A1
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EP
European Patent Office
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fuel cell
cell according
fuel
support structure
cathode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09711447A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Zedda
Michael Oszcipok
Alexander Dyck
Ulf Groos
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FWB KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
FWB KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • 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
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell with a membrane-electrode assembly, anode-side and cathode-side electrodes, Stromabieiter Modellen and distribution structures for fuel and oxidant. Furthermore, the invention relates to a method for producing such fuel cells and a stack of a plurality of such fuel cells.
  • Fuel cell systems which have a membrane-electrode unit which is provided in each case with current drain structures on the cathode and anode sides and has corresponding feeds for fuel and oxidant.
  • planar, self-breathing fuel cells are often manufactured by means of machining processes and conventional joining technologies assembled. These are in particular bonding techniques or mechanical connection, such as screwing or stapling. However, these production methods are usually complex, expensive and show problems in terms of precision.
  • a fuel cell which has the following components:
  • a) at least one membrane-electrode unit comprising at least one anode-side and one cathode-side electrode and at least one membrane arranged between the electrodes, b) current-drain structures arranged on the anode side and cathode side, and c) distribution structures for fuel and anode side and cathode side Oxidant.
  • a particular feature of the present invention is that the aforementioned components a) to c) are integrated into a monolithically constructed carrier structure.
  • a monolithic support structure is to be understood as a support structure which forms an inseparable unit in the final state, i. consists of one piece.
  • this also means carrier structure halves which are used in the manufacturing process without the use of additional closure means, e.g. Adhesion agent or mechanical connections, are materially interconnected.
  • the support structure consists of a polymeric and / or ceramic material or contains these materials substantially.
  • High performance polymers are to be understood in the context of the present application polymers that are distinguished from conventional polymers by special properties. These include, among other things, a high permanent heat resistance, a high mechanical strength and a high purity.
  • Exemplary polymers of this type are polyesters, partially fluorinated polymers, polyacrylates, polyetherimides, polyethersulfones, polyether ketones, polysulfones, liquid-crystalline polymers, polyphenylsulfides, polyacrylimides, polyamide-imides, polyacetals and their blends.
  • the ceramic material is preferably selected from the group of high-strength oxide ceramics. These include in particular ceramics based on zirconium oxide, aluminum oxide, silicon oxide and their mixed oxides.
  • an automatically produced molded part is used as the support structure.
  • Suitable process technologies for this purpose are injection molding, embossing or die-cutting. In this way it is possible to integrate planar fuel cells together with the current drainage structures and the distribution structures into the support structure by means of a casting process. This allows the fuel cells to be sealed directly to the outside without the need for another processing step.
  • the support structure is formed of at least two parts, these parts then being bonded together by ultrasonic welding and / or sintering. be connected to each other.
  • This can be realized, for example, from practical implementation in such a way that the support structure is manufactured as a top and bottom plate from a polymeric material or a ceramic material by means of a casting process. These plates may then have webs or similar structures which are joined together in a subsequent step. Ultrasound processes or sintering processes can be used here as joining techniques.
  • the internal fuel cells can be encapsulated gas-tight and liquid-tight with respect to the environment.
  • ports for the supply of fuel and oxidant are integrated. These include in particular olives or plug-in connections for the connection of hoses or adapters. In this way, the fuel cells can be sealed directly to the outside, without a further processing step in the production is necessary.
  • a further preferred variant provides that the carrier structure has a bias voltage which allows a homogeneous contact pressure on the layer structure of the electrodes and the at least one membrane.
  • the material of the carrier structure has a bias in the fixation of the electrodes, so that a permanently preset compression of the active components is present.
  • Fuel cells can form capillary structures on the bottom and cathode side for transporting media, in particular special of educts and reaction products, such as water, have.
  • Such capillary structures such as folders or similar structures, can be placed in the mold and fixed during the molding process on the outside and / or inside of the component according to the invention. These capillary structures then take over, for example, the function of the passive removal of reaction products.
  • the capillary structures it is also possible for the capillary structures to be imaged directly in the molding material during the molding process, so that the injection of further materials can be dispensed with.
  • a further preferred variant provides that the fuel cell is coated on the cathode-side and / or anode-side surface hydrophilic and / or hydrophobic.
  • the coating preferably consists of a fiber material, particularly preferably in the form of a flocking. These coatings can then also be used for transporting the fuel and / or for removing the reaction products.
  • the fuel cell on the cathode-side and / or anode-side surface may have a metallization, e.g. can serve as Stromableiterstruk- structure or interconnection.
  • the fuel cell has cathode layers on the cathode side and on the anode side diffusion layers.
  • the fuel cell has at least one gas separation membrane for the removal of gaseous media.
  • a stack is likewise provided which contains at least two of the previously described fuel cells.
  • a method for producing the fuel cell described above in which by means of automated molding the membrane-electrode assembly, the current collector structures and the distribution structures for
  • Fuel and oxidant are integrated into the support structure.
  • a further variant of the method according to the invention for the production of fuel cells provides that the support structure is made up of at least two parts, the membrane-electrode unit, the current drainage structures and the distribution structures for fuel and oxidant are built into the support structure and subsequently a cohesive
  • the cohesive connection is preferably carried out by ultrasonic welding and / or sintering.
  • capillary structures for transporting media in particular educts and reaction products, connections for the supply also within the fuel cell of
  • Fuel and oxidant are integrated into the support structure.
  • the above-described fuel cell according to the invention and the process for the production thereof have the advantage that fuel cells with high fuel efficiency Accuracy and low production costs can be generated.
  • the assembly using the mentioned joining techniques, eg ultrasonic welding or sintering, is very fast and requires in particular no additional materials.
  • the described integration of capillary structures in the molding process can improve the water balance and the output of product water in a passive manner. This increases the efficiency of planar fuel cell systems.
  • the described defined surface coating can also control the water balance as a function of temperature, free convection and a defined return.
  • FIG. 1 shows a fuel cell according to the invention, which shows an upper housing half 3 and a lower housing half 3 ', which form the support structure.
  • a membrane-electrode assembly of a membrane 5, a cathode 4 and an anode 6 is integrated.
  • current drainage structures 1, 1 ' are embedded in the carrier structure.
  • additional oxidation channels 7, which may have, for example, a hydrophilic or hydrophobic surface disposed.
  • the cathode side shows hydrophilic and / or hydrophobic capillary structures 8.
  • the connection of the housing halves 3, 3 ' is represented by the connecting seam 9, which may be an ultrasonic weld, for example.
  • the membrane has a sealing surface 10 with respect to the support structure, so that an encapsulation with respect to the environment is present.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Einheit, anodenseitigen und kathodenseitigen Elektroden, Stromableiterstrukturen und Verteilungsstrukturen für Brennstoff und Oxidans. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Brennstoffzellen sowie einen Stack aus mehreren derartigen Brennstoffzellen.

Description

Brennstoffzelle und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden-Einheit, anodenseitigen und katho- denseitigen Elektroden, Stromabieiterstrukturen und Verteilungsstrukturen für Brennstoff und Oxidans . Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Brennstoffzellen sowie einen Stack aus mehreren derartigen Brennstoffzellen.
Es sind Brennstoffzellensysteme bekannt, welche eine Membran-Elektroden-Einheit aufweisen, welche jeweils kathoden- und anodenseitig mit Stromableiterstruktu- ren versehen ist und entsprechende Zuführungen für Brennstoff und Oxidationsmittel aufweisen.
Derartige planare, selbstatmende Brennstoffzellen werden häufig mit Hilfe von spanenden Verfahren hergestellt und mit konventionellen Fügetechnologien montiert. Dies sind insbesondere Klebetechniken oder mechanische Verbindung, wie Verschrauben oder Klammern. Allerdings sind diese Herstellungsverfahren in der Regel aufwändig, teuer und zeigen Probleme hin- sichtlich der Präzisierung.
Ein weiteres Problem derartiger Brennstoffzellen ist der Abtransport von Produktwasser an den selbstatmenden, freiliegenden Elektroden. Der passive Produkt- wasserabtransport erfolgt lediglich durch Verdampfen des kondensierten Wassers auf der Elektrodenoberfläche. Diese wird dabei durch die Wassereinlagerung verringert, was aufgrund der verkleinerten aktiven Elektrodenfläche zu einer geringeren Leistung der Brennstoffzelle führt.
Auch hinsichtlich des Antransports des Brennstoffs, z.B. Wasserstoff, Methanol, Ethanol oder chemische Hydride, können Probleme auftreten. Hier wird ver- sucht, durch aktive Elemente, z.B. Pumpen oder Ventile, eine Lösung herbeizuführen. Allerdings sind derartige Lösungen fehleranfällig und verringern aufgrund des Eigenverbrauchs der aktiven Peripherieeinheiten den elektrischen Wirkungsgrad der Brennstoff- zelle.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Brennstoffzellen bereitzustellen, die mit hoher Präzision und niedrigen Herstellungskosten her- stellbar sind. Gleichzeitig sollen Brennstoffzellen mit höherer Effizienz ermöglichst werden.
Diese Aufgabe wird durch die gattungsgemäße Brennstoffzelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des An- spruchs 1, durch den Stack mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und das Verfahren zur Herstellung von Brennstoffzellen mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird eine Brennstoffzelle bereitgestellt, die folgende Komponenten aufweist:
a) mindestens eine Membran-Elektroden-Einheit enthaltend mindestens eine anodenseitige und eine katho- denseitige Elektrode sowie mindestens eine zwischen den Elektroden angeordnete Membran, b) anodenseitig und kathodenseitig angeordnete Strom- ableiterstrukturen sowie c) anodenseitig und kathodenseitig angeordnete Ver- teilungsstrukturen für Brennstoff und Oxidans .
Besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass die genannten Komponenten a) bis c) in eine monolithisch aufgebaute Trägerstruktur integriert sind.
Unter monolithischer Trägerstruktur ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Trägerstruktur zu verstehen, die im Endzustand eine untrennbare Einheit bildet, d.h. aus einem Stück besteht. Hierunter sind aber auch Trägerstrukturhälften zu verstehen, die im Herstellungsprozess ohne Verwendung zusätzlicher Verschlussmittel, z.B. Adhäsionsmittel oder mechanische Verbindungen, Stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Vorzugsweise besteht die Trägerstruktur aus einem po- lymeren und/oder keramischen Material oder enthält diese Materialien im Wesentlichen.
Als polymere Materialien sind insbesondere solche aus der Gruppe der Hochleistungspolymere bevorzugt. Unter Hochleistungspolymeren sind im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Polymere zu verstehen, die sich gegenüber herkömmlichen Polymeren durch besondere Eigenschaften auszeichnen. Hierzu zählen u.a. eine hohe Dauerwärmebeständigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Reinheit.
Beispielhafte Polymere dieser Art sind Polyester, teilfluorierte Polymere, Polyacrylate, Polyetherimi- de, Polyethersulfone, Polyetherketone, Polysulfone, flüssigkristalline Polymere, Polyphenylsulfide, PoIy- acrylimide, Polyamidimide, Polyacetale und deren Blends .
Das keramische Material ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der hochfesten Oxidkeramiken. Hierzu zählen insbesondere Keramiken auf Basis von Zirkon- oxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid und deren Mischoxide.
Es ist bevorzugt, dass als Trägerstruktur ein automatisiert hergestelltes Formgussteil verwendet wird. Hierfür geeignete Prozesstechniken sind der Spritz- guss, das Prägen oder das Formstanzen. Auf diese Wei- se wird es ermöglicht, planare Brennstoffzellen mit samt den Stromabieiterstrukturen und den Verteilungs- strukturen in die Trägerstruktur mit Hilfe eines FormgussVerfahrens zu integrieren. Dadurch wird ermöglicht, dass die Brennstoffzellen direkt nach außen abgedichtet werden, ohne dass ein weiterer Bearbeitungsschritt notwendig wird.
Eine weitere bevorzugte Alternative sieht vor, dass die Trägerstruktur aus mindestens zwei Teilen gebil- det ist, wobei diese Teile im Anschluss durch Ultraschallschweißen und/oder Sintern stoffschlüssig mit- einander verbunden werden. Von der praktischen Umsetzung kann dies beispielsweise so realisiert werden, dass die Trägerstruktur als Ober- und Unterplatte aus einem polymeren Material oder einem keramischen Mate- rial mit Hilfe eines Formgussverfahrens gefertigt wird. Diese Platten können dann Stege oder ähnliche Strukturen aufweisen, die in einem nachfolgenden Schritt miteinander verbunden werden. Als Verbindungstechniken bieten sich hier Ultraschweißprozesse oder Sinterprozesse an. Auch bei dieser Variante können die innen liegenden Brennstoffzellen gas- und flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung verkapselt werden.
Um eine hohe Flexibilität der Brennstoffzelle zu ermöglichen, ist es ebenfalls bevorzugt, dass in die Trägerstruktur Anschlüsse für die Zuführung von Brennstoff und Oxidationsmittel integriert sind. Hierzu zählen insbesondere Oliven oder Steckanschlüs- se für den Anschluss von Schläuchen oder Adaptern. Auf diese Weise können die Brennstoffzellen direkt nach außen abgedichtet werden, ohne dass ein weiterer Bearbeitungsschritt bei der Herstellung notwendig ist.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Trägerstruktur eine Vorspannung aufweist, die einen homogenen Anpressdruck auf den Schichtaufbau der Elektroden und der mindestens einen Membran ermög- licht. Das Material der Trägerstruktur weist bei der Fixierung der Elektroden eine Vorspannung auf, so dass eine dauerhaft voreingestellte Kompression der aktiven Komponenten vorliegt.
Brennstoffzellen können anöden- und kathodenseitig kapillare Strukturen zum Transport von Medien, insbe- sondere von Edukten und Reaktionsprodukten, wie z.B. Wasser, aufweisen. Derartige kapillare Strukturen, wie z.B. Mappen oder ähnliche Strukturen, können in die Fortngussform eingelegt werden und während des FormgussVorgangs auf der Außen- und/oder Innenseite des erfindungsgemäßen Bauteils fixiert werden. Diese kapillaren Strukturen übernehmen dann z.B. die Funktion des passiven Abtransports von Reaktionsprodukten. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die kapil- laren Strukturen direkt während des Formgussverfahrens in dem Formgussmaterial abgebildet werden, so dass das Einspritzen weiterer Materialien entfallen kann.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Brennstoffzelle auf der kathodenseitigen und/oder anodenseitigen Oberfläche hydrophil und/oder hydrophob beschichtet ist. Die Beschichtung besteht dabei vorzugsweise aus einem Fasermaterial, besonders be- vorzugt in Form einer Beflockung. Auch diese Be- schichtungen können dann für den Antransport des Brennstoffs und/oder für den Abtransport der Reaktionsprodukte verwendet werden.
Ebenso kann die Brennstoffzelle auf der kathodenseitigen und/oder anodenseitigen Oberfläche eine Metallisierung aufweisen, die z.B. als Stromableiterstruk- tur oder Verschaltung dienen kann.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Brennstoffzelle ka- thodenseitig und anodenseitig Diffusionsschichten aufweist.
Ebenso ist es möglich, dass die Brennstoffzelle min- destens eine Gastrennmembran zur Abführung gasförmiger Medien besitzt. Erfindungsgemäß wird ebenso ein Stack bereitgestellt, der mindestens zwei der zuvor beschriebenen Brennstoffzellen enthält.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Brennstoffzelle bereitgestellt, bei dem mittels automatisiertem Form- guss die Membran-Elektroden-Einheit, die Stromablei- terstrukturen und die Verteilungsstrukturen für
Brennstoff und Oxidans in die Trägerstruktur integriert werden.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfah- rens zur Herstellung von Brennstoffzellen sieht vor, dass die Trägerstruktur aus mindestens zwei Teilen aufgebaut ist, die Membran-Elektroden-Einheit , die Stromabieiterstrukturen und die Verteilungsstrukturen für Brennstoff und Oxidans in die Trägerstruktur ein- gebaut werden und anschließend eine Stoffschlüssige
Verbindung der mindestens zwei Teile der Trägerstruktur erfolgt .
Die stoffschlüssige Verbindung erfolgt dabei vorzugs- weise durch Ultraschallschweißen und/oder Sintern.
Weiterhin ist bevorzugt, dass zusätzlich kapillare Strukturen zum Transport von Medien, insbesondere Edukten und Reaktionsprodukten, Anschlüsse für die Zuführung auch innerhalb der Brennstoffzelle von
Brennstoff und Oxidationsmittel in die Trägerstruktur integriert werden.
Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Brennstoff- zelle und das Verfahren zu deren Herstellung bringen den Vorteil mit sich, dass Brennstoffzellen mit hoher Genauigkeit und niedrigen Herstellungskosten erzeugt werden können. Die Assemblierung mit Hilfe der genannten Verbindungstechniken, z.B. Ultraschallschweißen oder Sintern, ist sehr schnell und erfordert ins- besondere keine zusätzlichen Materialien. Ebenso kann die beschriebene Integration kapillarer Strukturen in den Formgussprozess den Wasserhaushalt und den Aus- trag von Produktwasser auf passive Art und Weise verbessern. Dadurch wird die Effizienz von planaren BrennstoffZeilensystemen gesteigert. Durch die beschriebene definierte Oberflächenbeschichtung kann ebenso der Wasserhaushalt in Abhängigkeit von Temperatur, freier Konvektion und einer definierten Rückführung gesteuert werden.
Anhand der nachfolgenden Figur soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher beschrieben werden, ohne diesen auf die hier gezeigte spezielle Ausführungsformen einschränken zu wollen.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle abgebildet, die eine obere Gehäusehälfte 3 und eine untere Gehäusehälfte 3', die die Trägerstruktur bilden, zeigt. In diese Trägerstruktur ist eine Membran- Elektroden-Einheit aus einer Membran 5, einer Kathode 4 und einer Anode 6 integriert. Weiterhin sind ano- denseitig und kathodenseitig Stromabieiterstrukturen 1, 1' in die Trägerstruktur eingebettet. Auf der Anodenseite befinden sich weiterhin Brennstoffverteiler- kanäle 2, die auf der der Anode 6 abgewandten Seite der Stromabieiterstruktur angeordnet sind. Auf der Kathodenseite sind zusätzliche Oxidationskanäle 7, die z.B. eine hydrophile oder auch hydrophobe Oberfläche aufweisen können, angeordnet. Weiterhin zeigt die Kathodenseite hydrophile und/oder hydrophobe Kapillarstrukturen 8. Die Verbindung der Gehäusehälften 3, 3' wird durch die Verbindungsnaht 9, die z.B. eine Ultraschallschweißnaht sein kann, dargestellt. Die Membran weist eine Dichtfläche 10 gegenüber der Trägerstruktur auf, so dass eine Verkapselung gegenüber der Umgebung vorliegt.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffzelle mit a) mindestens einer Membran-Elektroden-Einheit enthaltend mindestens eine anodenseitige und eine kathodenseitige Elektrode sowie mindestens eine zwischen den Elektroden angeordnete Membran, b) anodenseitig und kathodenseitig angeordnete Stromabieiterstrukturen sowie c) anodenseitig und kathodenseitig angeordnete Verteilungsstrukturen für Brennstoff und Oxi- dans,
dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten a) bis c) in eine monolithisch aufgebaute Träger- struktur integriert sind.
2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur aus einem polymeren und/oder keramischen Materi- al besteht oder im Wesentlichen enthält.
3. Brennstoffzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material ausgewählt ist aus der Gruppe der Hochleis- tungspolymere .
4. Brennstoffzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Ma- terial ausgewählt ist aus der Gruppe der hochfesten Oxidkeramiken, insbesondere auf Basis von Zirkonoxiden, Aluminiumoxiden, Siliciumoxiden und deren Mischungen.
5. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur einstückig ist.
6. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur ein automatisiert hergestelltes Formgussteil, insbesondere durch Spritzgießen, Prägen oder
Formstanzen, ist.
7. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur aus mindestens zwei Teilen gebildet ist, die durch Ultraschallschweißen und/oder Sintern stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
8. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite der Brennstoffzelle gegenüber der Umgebung gas- und flüssigkeitsdicht gekapselt sind.
9. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass in die Trägerstruk- tur Anschlüsse für die Zuführung von Brennstoff und Oxidationsmittel, insbesondere Oliven oder Steckanschlüsse für den Anschluss von Schläuchen oder Adaptern, integriert sind.
10. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur eine Vorspannung aufweist, die einen homogenen Anpressdruck auf den Schichtaufbau der Elektroden und der mindestens einen Membran ermöglicht.
11. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle kathoden- und/oder anodenseitig kapillare Strukturen zum Transport von Medien, insbesondere E- dukten und Reaktionsprodukten, z.B. Wasser, aufweist .
12. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle auf der kathodenseitigen und/oder anodenseitigen Oberfläche hydrophil und/oder hydrophob beschichtet ist.
13. Brennstoffzelle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem Fasermaterial, insbesondere in Form einer Beflockung, besteht.
14. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle auf der kathodenseitigen und/oder anodenseitigen Oberfläche eine Metallisierung aufweist, die als Stromabieiterstruktur und/oder Verschaltung dient .
15. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle kathodenseitig und anodenseitig Diffusions- schichten aufweist.
16. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle mindestens eine Gastrennmembran zur Abführung gasförmiger Medien aufweist.
17. Stack enthaltend mindestens zwei Brennstoffzellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
18. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mittels automatisierten Formguss die Membran- Elektroden-Einheit, die Stromabieiterstrukturen und die Verteilungsstrukturen für Brennstoff und Oxidans in die Trägerstruktur integriert werden.
19. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trägerstruktur aus mindestens zwei Teilen aufgebaut ist, die Membran-Elektroden-Einheit, die Stromabieiterstrukturen und die Verteilungs- strukturen für Brennstoff und Oxidans in die Trägerstruktur eingebaut werden und anschließend eine Stoffschlüssige Verbindung der mindestens zwei Teile der Trägerstruktur erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung durch Ultraschallschweißen und/oder
Sintern erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich kapilla- re Strukturen zum Transport von Medien, insbesondere Edukten und Reaktionsprodukten, Anschlüsse für die Zuführung auch innerhalb der Brennstoffzelle von Brennstoff und Oxidations- mittel in die Trägerstruktur integriert werden.
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