JP2001519080A

JP2001519080A - ポリマー電解質燃料電池の冷却および増湿

Info

Publication number: JP2001519080A
Application number: JP54228198A
Authority: JP
Inventors: アルトゥール、コシャニー; クリスチヤン、ルカス; トーマス、シュベジンガー
Original assignee: マグネート−モートア、ゲゼルシャフト、フュール、マグネートモートリシェ、テヒニク、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2001-10-16
Also published as: CA2286701A1; WO1998045889A1; EP0985239A1

Abstract

(57)【要約】酸化剤として低圧空気を使用し各種の可燃性ガス、特に水素を使用するポリマー電解質隔膜燃料電池（１）が、酸化剤空気および可燃性ガスのガス通路（５，９）の中に液状水を直接に供給する事によって冷却される。またガス通路中に導入される水は固体ポリマー電極（４）を増湿するのに役立つ。

Description

【発明の詳細な説明】ポリマー電解質燃料電池の冷却および増湿本発明は電解質として固体ポリマー隔膜を含み、好ましくは可燃性ガスとして水素を使用し、また低圧下において酸化剤として空気または酸素を使用する燃料電池に関するものである。また本発明は燃料電池を冷却すると同時にポリマー電解質隔膜を増湿する方法に関するものである。ポリマー電解質隔膜燃料電池は一般に電流の発生のために使用される際に、アノードと、カソードと、その間に配置されたイオン交換隔膜とを含む。複数の燃料電池が燃料電池バッテリを成し、各燃料電池が相互に集電板としての双極性極板によって離間される。電流の発生のため、可燃性ガス、例えば水素がアノード区域の中に導入され、また酸化剤、例えば空気または酸素がカソード区域の中に導入される。アノードとカソードは、それぞれ多孔性電解質隔膜と接触する区域において、触媒層を有する。アノード触媒層において、燃料が酸化されてカチオンと遊離電子とを形成し、またカソード触媒層において、酸化剤が電子を取り上げる事によって還元される。カチオンがイオン交換隔膜を通してカソードまで泳動し、還元された酸化剤と反応して、水素が可燃性ガスとして使用され酸素が酸化剤として使用される時には水を形成する。可燃性ガスと酸化剤との反応に際して、多量の熱が放出され、この熱を冷却によって散逸させなければならない。従来、冷却は脱イオン水を流出させる双極性極板中のチャンネルを冷却する事によって達成されていた。この種の冷却に際しては、素材上の大きな問題点を伴なう。代表的には約５０乃至３００の双極性極板が直列に接続され、従って冷却水が相異なる電位を相互に接合しなければならないからである。その結果、素材の分解を生じる。従って双極性極板として黒鉛単体または金メッキ金属が使用される。さらにポリマー隔膜を湿潤状態に保持する必要がある。隔膜の伝導率がその水分に大きく依存するからである。従って隔膜の乾燥を防止するため、反応ガスを増湿する複雑なシステムが必要とされた。本発明の目的は、燃料電池のポリマー電解質隔膜が操作中常に最適水分を有しまた同時に十分な冷却が保証されるように成されたポリマー電解質隔膜燃料電池およびポリマー電解質隔膜燃料電池バッテリを提供するにある。本発明の他の目的は、ポリマー電解質隔膜燃料電池のポリマー電解質隔膜を燃料電池の操作中、最適水分に保持し、同時に燃料電池を十分に冷却する事を可能とする方法を提供するにある。これらの目的は、請求項１によるポリマー電解質隔膜燃料電池によって、また請求項１１によるポリマー電解質隔膜燃料電池バッテリによって、また請求項１２によるポリマー電解質隔膜燃料電池の冷却増湿法によって、また請求項２２の方法によって達成される。ポリマー電解質隔膜はＨ⁺イオンの最適伝導率を保証するために高い水分を必要とする。水分は原則として水の供給によって保持されなければならない。さもなければ、電池を通して流れる可燃性ガス流と酸化性ガス流が隔膜を乾燥させるからである。しかし乾燥の可能性に対して余分の水の添加によって対抗するのは賢明でない。なぜかならば、過度に多量の水は電極を水浸しにするからである。すなわち電極の細孔が閉塞されるからである。これまで、必要な水量の確認と調整が不可能であった。好ましい実施態様をそれぞれの下位請求の範囲において示す。付図において、第１図は本発明による燃料電池の好ましい実施態様を示す。第２図は本発明による燃料電池のインピーダンスの測定回路の回路図、また第３図は隔膜の水分に対するＮａｆｉｏｎ（登録商標）隔膜の伝導率の依存関係を示すグラフである。本発明によるポリマー電解質隔膜燃料電池は酸化剤として少し過圧の空気または酸素を使用する。２バール以下の過圧が望ましく、特に０．５バール以下の過圧が好ましい。また必要差圧は吸引作用によって得られる。可燃性ガスとして水素が好ましいが、原則として他の可燃性ガスの使用も可能である。ポリマー電解質隔膜としては、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）が使用される。バッテリの各電池に対して水素が供給され、アノード区域中のガスチャンネルを通して分布される。同時的に空気が供給されカソード区域中のガスチャンネルを通して分布される。水素がアノード触媒層まで泳動してそこにカチオンを形成し、これらのカチオンが電解質、プロトン交換隔膜を通してカソードまで泳動する。カソードにおいて、酸素はカソード触媒層まで泳動し、そこで還元される。カチオンとの反応中に、反応生成物として水が生成される。反応熱のために、形成された水が蒸発し、その結果、一定の冷却効果を生じる。しかしこの冷却効果は一方においては不十分であり、他方においては燃料電池の作動中に隔膜が徐々に水分を失う。第３図から明かなように、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）ＮＥ１０５（３０℃）の場合、イオン伝導隔膜の伝導率はＨ₂Ｏ含有量と共に増大する。Ｎ（Ｈ₂Ｏ）／Ｎ（ＳＯ₃Ｈ）は隔膜のスルフォン酸残部あたりの水分子数を示す。従って燃料電池の固体ポリマー電解質隔膜の水分の減少の結果、その内部抵抗の増大、すなわちその伝導率の減少を伴なう。隔膜の伝導率は極度にその水分に依存している。従って、ポリマー電解質隔膜燃料電池の効率的操作にとって本質的なことは、ポリマー電解質隔膜が常に特定の操作条件（温度、負荷、空気比率）に対応する適度の湿度を有することである。従って適度の湿度を保持するために、本発明によれば、燃料電池の操作中、好ましくは規則的にまたは連続的に、隔膜が適度に湿っているかいなか、または水の追加が必要であるかいなか、またどの程度の量の水を追加すべきかをそれぞれ決定することが可能である。追加水量は基本的に非常に大きく変動する。追加水量は燃料電池の特定の操作条件に依存し、また特に燃料電池の冷却の型に依存する。しばしば燃料電池は冷却用の水を供給され、この冷却水が燃料電池の構造によっては、ある程度隔膜をも増湿する。この場合、空冷のみを使用する電池の場合よりも少量の追加水を供給しなければならない。隔膜の伝導率は隔膜の水分に依存する。しかし燃料電池の操作中に隔膜のイオン伝導率を直接に測定することはできない。本発明によれば、好ましくは燃料電池のインピーダンス（インピーダンス値または特にインピーダンスの実部）が確認される。隔膜の伝導率はこれらの量の連続的な単調な関数であるので、水の必要量はインピーダンスに基づいて調整することができる。燃料電池のインピーダンスの可能な測定回路を第２図に図示する。燃料電池のポリマー電解質隔膜の導電率、従ってその水分のインピーダンス測定による直接測定は、１乃至２０ｋＨｚの周波数を有する交番信号をもって電池電圧を変調する事によって実施される。燃料電池バッテリの場合、適当には数個の隔膜の平均水分を測定するのが適当である。交番電圧と得られた電流応答の商が水分測定値である。第２図においてＢＺは燃料電池を示し、またＲ_Lは負荷抵抗を示す。負荷抵抗に対して並列に、容量Ｃ、抵抗Ｒ、および交番電圧源Ｕの組立体が接続され、この組立体は小交番電圧(約１０ミリボルトの大きさのオーダ) と大電流（約１０Ａの大きさのオーダ）を発生するに適している。燃料電池の電圧は交番信号（約１乃至２０ｋＨｚ）によって変調される。交番電圧成分Ｕが交流Ｉを燃料電池電流上に重畳させる。交番電圧と交流との商が燃料電池のインピーダンスの測定値であり、従ってそれそれポリマー電解質隔膜の水分および追加される必要水量の測定値である。しかしインピーダンスの量または値は、隔膜の伝導率のほか、さらに二、三の他の決定量、すなわち隔膜と接触する触媒面の大きさ、電解質のオーム抵抗、および異種イオンによる隔膜の汚染に依存している。これらの量は燃料電池の使用期間中に、電極のオーム抵抗の変化および原則として無視可能の異種イオンによる隔膜の汚染によって生じるある程度の変動を受ける。従って、燃料電池の使用中に、与えられた操作条件における適度の隔膜水分に対応するインピーダンス値（インピーダンス量の所望値または設定値）が変動することがありうる。従って保守作業の過程においてインピーダンス量の所望の遵守値を毎回新規に設定しなければならない。このようにして、新規の所望値は燃料電池の性能を最大限にする事によって決定される。燃料電池の操作中に、変更された条件に従って、当業者には明かなファジー論理またはその他の方法によって、新規に相異なる手法によってインピーダンスの最適所望値が一致される。インピーダンスの量のほかインピーダンスの位相角が考慮されれば、触媒表面からはほとんど独立の隔膜の伝導率が得られる(その変動が本質的にインピーダンスの所望値の変動の原因となる)。これから電子的に求められたインピーダンスの実部が調整変数とみなされれば、燃料電池の全寿命において単一の所望値を使用することができる。燃料電池の操作中、インピーダンス（量または実部）を連続的にまたは規則的間隔で測定することができる。測定に基づいて単数または複数の隔膜の過度に低い伝導率が計算された場合、再びインピーダンスの所望値が得られるまで例えば通常のように水導入弁を電子制御開放する事によってシステムに対して水を供給する。複数の燃料電池からなる燃料電池バッテリの場合、各隔膜について個別にインピーダンスの量または実部を決定する事なく、バッテリの複数電池についてまたはバッテリのすべての電池について平均値を求め、この平均値によって必要追加水量を追加することができる。隔膜の最適水分の決定法および水導入の調整法のいかんに関わらず、本発明によれば、隔膜増湿水を同時に燃料電池の冷却のために使用する事ができ、このようにして十分な冷却を実施する事ができる。これは本発明によれば、前記のように設計された電池の場合に液状の無イオン水を直接に燃焼空気用ガスチャンネルの中に導入する事によって実施される。他の方法として、水を可燃性ガス用ガスチャンネルの中にも導入する事もできる。証明された方法は、特に隔膜の激しい乾燥状態を生じるような作動条件において水をカソード区域とアノード区域の両方の中に導入するにある。液状水が熱い燃料電池の中で蒸発し、相変換の故に電池の効率的な冷却を生じる。さらに水はポリマー電解質隔膜の中に進入して、隔膜を湿潤状態に保持する。必要量の水を空気流および空気／水素流の中に導入する最も容易な方法は水を計量ポンプによって多数の細い線をなして、例えば毛管状でガスチャンネルの中に導入するにある。このようにすれば、水とそれぞれ空気および可燃性ガスとの実質的な混合が生じないので、蒸発のために使用される遊離水の表面が比較的小さい。所要量の水が反応ガス流の中に混合状態で、すなわちエアロゾルとして導入されれば、はるかに大きな遊離水表面が得られ、隔膜の増湿が促進され冷却が効率的になる。空気中水エアロゾル、および使用可能ならば可燃性ガス中水エアロゾルは２乃至２０μｍの滴状の水を含有し、これは急速な水蒸気化または蒸発を生じる。エアロゾルは例えば超音波霧化器またはノズルを使用して発生する事ができる。少なくとも１００ｋＨｚの周波数の超音波霧化器を使用する事によって、最も簡単で最小量のエネルギーを消費するエアロゾル発生が実施される。本発明の特に好ましい実施態様は、第１図に図示のように空気中エアロゾル用と可燃性ガス中エアロゾル用の通路またはチャンネルを設計するにある。燃料電池バッテリ中において、各燃料電池はアノード側とカソード側においてそれそれ双極性極板１０，６によって画成されている。アノード側双極性極板は同時に隣接電池のカソード側双極性極板であり、カソード側双極性極板は同時に隣接電池のアノード側双極性極板である。双極性極板は少なくとも一部の区域において波形シート構造を有する。すなわち交互に隆起と凹部とを有する。双極性極板６はその突起７によって燃料電池のカソード区域２に接触し、このようにして２つの隣接突起７の間に配置された凹部８はそれぞれカソード区域２と共に空気中水エアロゾルを受けるためのチャンネル５を成す。同様に双極性極板１０はその一方の表面によって電池のアノード区域３と接触するので、２つの隣接アノード側突起１１の間に配置された凹部１２はそれぞれアノード区域３と共にチャンネル９を形成する。これらのチャンネル９は可燃性ガス中水エアロゾルを受けるのに役立つ。第１図に図示の実施態様において、可燃性ガスとしての水素が極板表面に対して垂直に孔を通して導入される。水素はまず供給開口と連通したチャンネル９の中に入り、そこから隣接の多孔性アノード区域の中に拡散しまたは流入する。そこから水素は一部、アノード触媒層に拡散しまた一部がアノード区域の面中の追加的ガスチャンネル９の中に入る。このようにして水素の顕著な拡散特性の故に、アノード区域全体が問題なく水素を供給される。可燃性ガスと共に冷却水を供給するためには、原則としてカソード区域中と同一型の供給法を選択する事が好ましい。すなわち、燃料と水を各チャンネル９の中に供給する。さもなければ水素と比較して水の拡散特性が低いので、少量の水のみがアノードの中に滲透して冷却効果が低くなるであろう。この構造はなんら別個の冷却チャンネルを有しない。その特定の利点は、電池のチャンネル５を通してのエアロゾル通路が直線を成す事にある。直線ガス通路を有する双極性極板の波形シートは、エアロゾルの沈殿を最小限度に成しまた低い水頭低下をもって必要容積の流れを導通できる事にある。多孔性極板の場合にしばしば見られるような水滴による水導通路のフラッディングまたは閉塞は生じない。さらに「波形シート極板」はきわめて低コストで、製造技術的に非常に簡単に製造する事ができる。アノード区域とカソード区域はそれぞれポリマー電解質隔膜４の両側に配置されて適当な触媒を搬送する拡散層として設計される。空気ガスケット１５，１５’と水素ガスケット１６，１６’が電池を気密的に密封する。電池中の水の滞留時間を延長し、このようにして水の完全蒸発を可能とするため、ガスチャンネル５および／またはガスチャンネル９の壁体を親水性吸収層、例えばフェルトによって被覆する事ができる。親水性吸収層は導入された水量を特に均等に分布させまた水を蒸発まで保持する。適度の隔膜増湿を得るのに必要な水量は前述のように電子的に決定され調整される事ができる。燃料電池中に導入される水量は２つのタスクを実行しなければならない。すなわち、電池の冷却と隔膜の増湿。しかし必要水量の調整のためには、適当な隔膜水分の設定値のみを考慮する。温度、負荷、空気比率および類似物などのパラメータに依存して、隔膜の最適水分、従って隔膜の最適伝導率は経験的に決定される。水の添加量は目標とする伝導率に依存して変動する。電池温度は操作条件に依存して広い限度中を変動する。しかし隔膜の最適水分を保証するのに十分な水量が導入される限り、十分な冷却効果も保証される。燃料電池または燃料電池バッテリ中において反応ガスの流れ方向にそったこのガスの水分と温度とをできるだけ一定に保持するため、反応ガス、特に空気が電池バッテリ中を数回通過させられる。これは燃料電池から出る空気／水混合物と燃料電池から出る可燃性ガス／水混合物とをそれぞれの吸引流または取り入れ流の中に循環させる事によって実施される。このようにして本発明によれば、ポリマー電解質隔膜燃料電池において、液状の無イオン水を直接に燃焼空気および／または可燃性ガスのガスチャンネルの中に導入する事により、最適隔膜水分を保持し、従ってまた隔膜の最適導電率を保持し、同時に燃料電池の十分な冷却を保証する事が可能となる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年６月１７日（１９９９．６．１７）【補正内容】請求の範囲１．アノード区域（３）と、カソード区域（２）と、これらの区域間に配置されたポリマー電解質隔膜（４）と、酸化剤としての空気を前記カソード区域に供給する手段と、空気をカソード区域中に分布させるためのガスチャンネル(５) と、アノード区域に対して可燃性ガスを供給する手段と、可燃性ガスをアノード区域中に分布させるためのガスチャンネル（９）と、電池をアノード側においてまたはアノード側とカソード側において画成し少なくとも部分的区域において波形を有しまた突起（１１，７）と凹部（１２，８）を有する双極性極板（１０，６）とを含み、カソード側の前記凹部（８）が空気をカソード区域の中に分布させるためのガスチャンネル（５）を成し、またアノード側の前記凹部（１２）がアノード区域の中に可燃性ガスを分布するためのガスチャンネル（９）を成すポリマー電解質隔膜燃料電池（１）において、 −隔膜を湿潤状態に保持し燃料電池を冷却するのに必要な量の液状水をアノード区域中の可燃性ガスチャンネル（９）の中に直接に導入する手段と、 −燃料電池を出る可燃性ガス／水混合物または空気／水混合物および可燃性ガス／水混合物を、可燃性ガスまたは空気と可燃性ガスとを供給する手段に戻す手段とを含む事を特徴とするポリマー電解質隔膜燃料電池。２．カソード区域中の空気チャンネル（５）の中に液状水を直接に導入する手段を含む事を特徴とする請求項１に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。３．液状の水を導入する手段は、導入中に水と可燃性ガスまたは水と空気との実質的な混合、または水と空気および可燃性ガスとの実質的混合が生じないように設計されている事を特徴とする請求項１または２に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。４．前記水導入手段は、可燃性ガスチャンネル（９）または空気と可燃性ガスのチャンネル（５，９）の中に開く複数の細い管を含む事を特徴とする請求項１または３に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。５．前記水導入手段が、可燃性ガス中水エアロゾルまたは空気中水および可燃性ガス中水のエアロゾル発生手段を含む事を特徴とする請求項１または２に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。６．前記エアロゾル発生手段がノズルである事を特徴とする請求項５に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。７．前記エアロゾル発生手段が超音波噴霧器（１７）を含む事を特徴とする請求項５に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。８．ガスチャンネル(９)またはガスチャンネル(５)とガスチャンネル(９)とが親水性吸収層によって被覆された壁体を有する事を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。９．隔膜（４）の最適伝導率を設定するのに必要な水量を電子的に決定する手段を備える事を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。１０．電池電圧を交番信号によって変調する事によって隔膜（４）の水分を測定する手段をが備えられる事を特徴とする請求項９に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。１１．複数の隔膜の平均水分の測定手段を含む事を特徴とする請求項１乃至１０に記載の複数の燃料電池（１）から成る燃料電池バッテリ。１２．アノード区域（３）と、カソード区域（２）と、これらの区域間に配置されたポリマー電解質隔膜（４）と、酸化剤としての空気を前記カソード区域に供給する手段と、空気をカソード区域中に分布させるためのガスチャンネル（５）と、アノード区域に対して可燃性ガスを供給する手段と、可燃性ガスをアノード区域中に分布させるためのガスチャンネル（９）と、電池をアノード側においてまたはアノード側とカソード側において画成し少なくとも部分的区域において波形を有しまた突起（１１，７）と凹部（１２，８）を有する双極性極板（１０，６）とを含み、カソード側の前記凹部（８）が空気をカソード区域の中に分布させるためのガスチャンネル（５）を成し、またアノード側の前記凹部(１２) がアノード区域の中に可燃性ガスを分布するためのガスチャンネル（９）を成すポリマー電解質隔膜燃料電池（１）を冷却しまた増湿する方法において、前記燃料電池を冷却すると同時にポリマー電解質隔膜を増湿するため、液状の所要量の水を可燃性ガスチャンネルの中に直接に導入し、また可燃性ガスまたは酸化性ガスと可燃性ガスとが循環される事を特徴とする方法。１３．燃料電池を冷却すると同時にポリマー電解質隔膜を増湿するため、所要量の水が空気チャンネル（５）と可燃性ガスチャンネル（９）との中に直接に導入される事を特徴とする請求項１２に記載の方法。１４．冷却および増湿に必要な水量が可燃性ガスまたは空気および可燃性ガスに対してこれと実質的に混合しないように加えられる事を特徴とする請求項１２に記載の方法。１５．所要量の水が可燃性ガスチャンネルチャンネル（９）の中にまたは空気と可燃性ガスのガスチャンネル（５，９）の中に開く複数の細い管を通して導入される事を特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方法。１６．所要量の水がエアロゾルを使用して空気に対して、または混合物状の空気および可燃性ガスに対して混合される事を特徴とする請求項１２に記載の方法。１７．エアロゾルはノズルを使用して形成される事を特徴とする請求項１６に記載の方法。１８．エアロゾルは超音波噴霧器（１７）を使用して形成される事を特徴とする請求項１６に記載の方法。１９．電池中の冷却水の滞留時間がガスチャンネル（９）の壁体またはガスチャンネル（５）とガスチャンネル（９）との壁体を親水性吸収層によって被覆する事によって延長される事を特徴とする請求項１２乃至１８のいずれかに記載の方法。２０．所要水量は、最適隔膜水分を経験的に決定し隔膜水分の関数として水添加量を調整する事により電子的に決定される事を特徴とする請求項１２乃至１９のいずれかに記載の方法。２１．隔膜（４）の水分の測定は、電池電圧を交番信号によって変調する事によって実施される事を特徴とする請求項２０に記載の方法。２２．必要水量の決定のため数隔膜の平均水分を測定する事を特徴とする請求項１２乃至２１に記載の複数の燃料電池（１）から成る燃料電池バッテリの冷却増湿法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者トーマス、シュベジンガードイツ連邦共和国キルクロト、８／ニーデライヒドルフ、ツール、ヘーレ

Claims

【特許請求の範囲】１．アノード区域（３）と、カソード区域（２）と、これらの区域間に配置されたポリマー電解質隔膜（４）と、酸化剤としての空気を前記カソード区域に供給する手段と、空気をカソード区域中に分布させるためのガスチャンネル(５) と、アノード区域に対して可燃性ガスを供給する手段と、可燃性ガスをアノード区域中に分布させるためのガスチャンネル（９）とを含むポリマー電解質隔膜燃料電池（１）において、液状の水を直接に前記カソード区域中の空気導入ガスチャンネル（５）の中に、また前記アノード区域中の可燃性ガス導入ガスチャンネル（９）の中に導入する手段を含み、またアノード側および／またはカソード側において電池を画成する双極性極板（１０，６）を含み、前記双極性極板は少なくとも一部の区域において波形を備えて突起（１１，７）と凹部（１２，８）を有し、カソード側の前記凹部（８）が空気をカソード区域の中に分布させるためのガスチャンネル（５）を成し、また／あるいはアノード側の凹部（１２）がアノード区域の中に可燃性ガスを分布するためのガスチャンネル（９）を成す事を特徴とするポリマー電解質隔膜燃料電池。２．液状の水を導入する手段は、導入中に水と空気および／または水と可燃性ガスとの実質的混合が生じないように設計されている事を特徴とする請求項１に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。３．前記水導入手段は、空気および／または可燃性ガスのガスチャンネル（５，９）の中に開く複数の細い管を含む事を特徴とする請求項１または２に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。４．前記水導入手段が、空気中水および／または可燃性ガス中水のエアロゾル発生手段を含む事を特徴とする請求項１に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。５．前記エアロゾル発生手段がノズルである事を特徴とする請求項４に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。６．前記エアロゾル発生手段が超音波噴霧器（１７）を含む事を特徴とする請求項４に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。７．ガスチャンネル（５）および／またはガスチャンネル（９）が親水性吸収層によって被覆された壁体を有する事を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。８．隔膜（４）の最適伝導率を設定するのに必要な水量を電子的に決定する手段を備える事を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。９．電池電圧を交番信号によって変調する事によって隔膜（４）の水分を測定する手段をが備えられる事を特徴とする請求項８に記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。１０．燃料電池から出る空気／水混合物および／または可燃性ガス／水混合物を空気または可燃性ガス供給手段に戻す手段を含む事を特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のポリマー電解質隔膜燃料電池。１１．複数の隔膜の平均水分の測定手段を含む事を特徴とする請求項１乃至１０に記載の複数の燃料電池（１）から成る燃料電池バッテリ。１２．アノード区域（３）と、カソード区域（２）と、これらの区域間に配置されたポリマー電解質隔膜（４）と、酸化剤としての空気を前記カソード区域に供給する手段と、空気をカソード区域中に分布させるためのガスチャンネル（５）と、アノード区域に対して可燃性ガスを供給する手段と、可燃性ガスをアノード区域中に分布させるためのガスチャンネル（９）とを含むポリマー電解質隔膜燃料電池（１）を冷却しまた増湿する方法において、前記燃料電池を冷却すると同時にポリマー電解質隔膜を増湿するため、所要量の液状の水が直接に空気のガスチャンネルおよび／または可燃性ガスのガスチャンネルの中に導入され、またアノード側および／またはカソード側において燃料電池を画成する双極性極板（１０，６）が備えられ、これらの極板が少なくとも一部区域において波形を成しまた突起（１１，７）と凹部（１２，８）を有し、また空気中水エアロゾルがカソード側の凹部（８）によって構成されるチャンネル（５）の中に導入され、また／あるいは可燃性ガス中水エアロゾルがアノード側の凹部（１２）によって構成されるチャンネル（９）の中に導入される事を特徴とする方法。１３．冷却および増湿に必要な水量が空気および／または可燃性ガスに対してこれと実質的に混合しないように加えられる事を特徴とする請求項１２に記載の方法。１４．所要量の水が空気および／または可燃性ガスのガスチャンネル（５，９）の中に開く複数の細い管を通して導入される事を特徴とする請求項１２または１３のいずれかに記載の方法。１５．所要量の水がエアロゾルを使用して空気および／または可燃性ガスに混合される事を特徴とする請求項１２に記載の方法。１６．エアロゾルはノズルを使用して形成される事を特徴とする請求項１５に記載の方法。１７．エアロゾルは超音波噴霧器（１７）を使用して形成される事を特徴とする請求項１５に記載の方法。１８．電池中の冷却水の滞留時間がガスチャンネル（５）および／またはガスチャンネル（９）の壁体を親水性吸収層によって被覆する事によって延長される事を特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の方法。１９．所要水量は、最適隔膜水分を経験的に決定し隔膜水分の関数として水添加量を調整する事により電子的に決定される事を特徴とする請求項１２乃至１８のいずれかに記載の方法。２０．隔膜（４）の水分の測定は、電池電圧を交番信号によって変調する事によって実施される事を特徴とする請求項１９に記載の方法。２１．酸化剤および／または可燃性ガスが循環される事を特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の方法。２２．必要水量の決定のため数隔膜の平均水分を測定する事を特徴とする請求項１２乃至２１に記載の複数の燃料電池（１）から成る燃料電池バッテリの冷却増湿法。