WO2019145197A1 - Brennstoffzelle und brennstoffzellenstapel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle (2), umfassend mindestens eine Membran- Elektroden- Einheit (10) mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und mindestens eine Polarplatte (40), welche einen ersten Verteilbereich (50) zur Verteilung eines Brennstoffs an die erste Elektrode und einen zweiten Verteilbereich (60) zur Verteilung eines Oxidationsmittels an die zweite Elektrode umfasst. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit (10) sind mittels eines Konduktors (90) elektrisch verbunden. Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstapel (5), welcher eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Brennstoffzellen (2) umfasst.
Description
Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, welche mindestens eine Membran- Elektroden- Einheit mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und mindestens eine Polarplatte umfasst. Die Polarplatte der Brennstoffzelle umfasst dabei einen ersten Verteilbereich zur Verteilung eines Brennstoffs an die erste Elektrode und einen zweiten Verteilbereich zur Verteilung eines Oxidationsmittels an die zweite Elektrode. Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstapel, welcher eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Brennstoffzellen umfasst.
Stand der Technik
Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische
Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (02) in Wasser (H20), elektrische Energie und Wärme gewandelt.
Unter anderem sind Protonenaustauschmembranen (Proton- Exchange- Membrane = PEM) -Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran- Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also für Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere
Wasserstoff, getrennt.
Protonenaustauschmembran- Brennstoffzellen weisen ferner eine als Anode bezeichnete Elektrode und eine als Kathode bezeichnete Elektrode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die
Membran zu der Kathode. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zu der Kathode, beziehungsweise über eine benachbarte Bipolarplatte zur Kathode der benachbarten Brennstoffzelle. Das Oxidationsmittel wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und es reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis oder der benachbarten Brennstoffzelle und Protonen, die durch die Membran zur Kathode gelangt sind, zu Wasser. Das so
entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet:
O2 + 4H+ + 4e -> 2H20
Zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode sind
Bipolarplatten vorgesehen. Die Bipolarplatten weisen beispielsweise kanalartige Strukturen zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels an die Elektroden auf. Die kanalartigen Strukturen dienen ferner zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers. Die Bipolarplatten können ferner Strukturen zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle zur Abführung von Wärme aufweisen.
Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden. Die Spannung zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle im Leerlauf, also ohne elektrische Last, ist maximal und wird Leerlaufspannung genannt. Die Spannung sinkt mit zunehmender Last, beziehungsweise mit zunehmendem Strom.
Wenn die Brennstoffzelle mit einer hohen Spannung nahe der Leerlaufspannung betrieben wird, so kann dies zu einer Schädigung, insbesondere zu einer irreversiblen Degradation, der Brennstoffzelle führen. Dieser Betriebsfall kann beispielsweise beim Abschalten der Brennstoffzelle sowie bei einem Lastabwurf auftreten. Ein Betrieb der Brennstoffzelle mit einer hohen Spannung nahe der Leerlaufspannung und somit über dem Schwellwert einer Schädigung sollte daher vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, die mindestens eine Membran- Elektroden- Einheit mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und mindestens eine Polarplatte umfasst. Insbesondere ist die Brennstoffzelle derart aufgebaut, dass sich beidseitig an die Membran- Elektroden- Einheit jeweils eine Polarplatte anschließt.
Die Polarplatte ist beispielsweise als Bipolarplatte ausgebildet und umfasst einen ersten Verteilbereich zur Verteilung eines Brennstoffs an die erste Elektrode und einen zweiten Verteilbereich zur Verteilung eines Oxidationsmittels an die zweite Elektrode. In einem Brennstoffzellenstapel ist jeweils eine Bipolarplatte zwischen zwei benachbarten Brennstoffzellen angeordnet.
Die Polarplatte kann beispielsweise auch als Monopolarplatte ausgebildet sein und einen ersten Verteilbereich zur Verteilung eines Brennstoffs an die erste Elektrode oder einen zweiten Verteilbereich zur Verteilung eines
Oxidationsmittels an die zweite Elektrode umfassen. In einem
Brennstoffzellenstapel ist jeweils eine Monopolarplatte am Rand, also an den jeweils äußeren Brennstoffzellen angeordnet.
Erfindungsgemäß sind dabei die erste Elektrode und die zweite Elektrode der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit mittels eines Konduktors elektrisch verbunden. Bei dem Konduktor handelt es sich um ein Element, welches elektrisch leitfähig ist. Der Konduktor stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit her, über welche ein Strom fließen kann, wenn eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anliegt. Der Konduktor ist dabei Teil der Brennstoffzelle und ist ständig während des Betriebs mit den beiden Elektroden der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit elektrisch verbunden. Insbesondere bleibt der Konduktor auch beim Abschalten der Brennstoffzelle sowie bei einem Lastabwurf mit den Elektroden verbunden.
Der Konduktor ist derart bemessen, dass die Brennstoffzelle durch den Strom, der durch den Konduktor fließt, in verhältnismäßig kurzer Zeit, beispielsweise in 10 Sekunden, derart entladen wird, dass eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anliegende Spannung unter einen Schwellwert sinkt. Der Schwellwert beträgt beispielsweise 0,85 V je Brennstoffzelle.
Auch ist der Konduktor derart bemessen, dass thermische Verluste, die durch den Strom, der durch den Konduktor fließt, verursacht werden, verhältnismäßig klein sind und nur eine marginale Minderung des Wirkungsgrades der
Brennstoffzelle zur Folge haben. Insbesondere beträgt der durch den Konduktor fließende Strom höchstens 3% des Bemessungsstroms der Brennstoffzelle, vorzugsweise höchstens 0,5% des Bemessungsstroms der Brennstoffzelle.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Konduktor einen ohmschen Widerstand. Ein durch den Konduktor fließender Strom ist somit proportional zu einer zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anliegenden Spannung.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Konduktor ein Halbleiterelement. Ein durch den Konduktor fließender Strom ist somit auch von einer zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anliegenden Spannung abhängig. Besagte Abhängigkeit ist jedoch nicht zwingend proportional.
Bei dem Halbleiterelement kann es sich beispielsweise um eine Diode, insbesondere um eine Zenerdiode, oder um einen Transistor handeln.
Vorzugsweise ist das Halbleiterelement derart ausgestaltet, dass das
Halbleiterelement bei einer anliegenden Spannung, welche kleiner als der Schwellwert ist, elektrisch nichtleitend, beziehungsweise schlecht leitend, ist, und dass das Halbleiterelement bei einer anliegenden Spannung, welche größer als der Schwellwert ist, elektrisch gut leitend ist. In diesem Fall fließt der Strom zum Entladen der Brennstoffzelle durch den Konduktor nur, oder in besonderem Maße dann, wenn die Spannung größer als der Schwellwert ist. Im regulären
Betrieb der Brennstoffzelle ist die Spannung kleiner als der Grenzwert, und es fließt kein Strom oder nur ein geringer Strom durch den Konduktor.
Der Konduktor kann auch eine Kombination von mehreren Elementen aufweisen, beispielsweise eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung eines ohmschen Widerstands und eines Halbleiterelements.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Konduktor als ein diskretes Bauelement oder auch in Form mehrerer diskreter Bauelemente ausgebildet.
Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der
Konduktor als Verstärkungselement ausgebildet, welches an einem Randbereich der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit angeordnet ist. Das
Verstärkungselement ist beispielweise in Form zweier verbundener flacher, insbesondere folienartiger, Elemente ausgebildet und hält die erste Elektrode, die Membran und die zweite Elektrode mechanisch zusammen oder dient zu deren Verstärkung im Randbereich. Insbesondere kann eine typischerweise in PEM- Brennstoffzellen zur Anwendung kommende Randverstärkung, welche auch als „Subgasket“ bezeichnet wird, als Konduktor ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der
Konduktor als Dichtungselement ausgebildet, welches einen Randbereich der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit gegen mindestens eine
Polarplatte abdichtet.
Der Konduktor kann auch als Klebemasse ausgebildet sein. Insbesondere dient die Klebemasse dazu, ein Verstärkungselement und/oder ein Dichtungselement mit der Polarplatte sowie mit der Membran- Elektroden- Einheit der Brennstoffzelle zu verkleben.
Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der
Konduktor als Vergussmasse ausgebildet, welche einen Randbereich der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit und eine Stirnseite der mindestens einen Polarplatte umgibt.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der
Konduktor folienartig oder bandförmig oder drahtförmig oder schaumartig ausgebildet und liegt an mindestens einer Stirnseite der mindestens einen Polarplatte an. Vorzugsweise ist der folienartige oder bandförmige oder drahtförmige oder schaumartige Konduktor auf die Stirnseiten mehrerer
Polarplatten aufgebracht, insbesondere aufgeklebt.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der
Konduktor zugleich Teil einer Zellspannungs-Messvorrichtung, insbesondere ein Teil der Spannungsabgriffe oder deren Halterungen, der die einzelnen
Messeingänge einer Zellspannungs-Messvorrichtung mit den jeweiligen
Polarplatten oder Membran- Elektroden- Einheiten verbindet, beispielsweise weil sie oder Teile davon aus entsprechend leitfähigen Materialien hergestellt sind oder mit solchen beschichtet, bedruckt, beklebt oder in anderer Form verbunden sind.
Der Konduktor kann auch auf eine Stirnseite der mindestens einen Polarplatte aufgedruckt sein. Vorzugsweise ist der Konduktor auf die Stirnseiten mehrerer Polarplatten aufgedruckt, insbesondere mittels 3D-Druck.
Es wird auch ein Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen, welcher eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Brennstoffzellen umfasst. Dabei sind die
Brennstoffzellen vorzugsweise elektrisch seriell verschaltet.
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle ist derart ausgebildet, dass ein Betrieb der Brennstoffzelle mit einer hohen Spannung nahe der Leerlaufspannung weitgehend vermieden ist. Im Leerlauf der Brennstoffzelle, also bei Abwesenheit einer elektrischen Last, wird die Brennstoffzelle verhältnismäßig schnell entladen. Es findet nur ein kurzzeitiger Betrieb der Brennstoffzelle bei einer Spannung über dem Schwellwert statt. Eine irreversible Degradation der Brennstoffzelle ist damit vorteilhaft weitgehend verhindert. In einem Brennstoffzellenstapel, welcher mehrere elektrisch seriell verschaltete Brennstoffzellen aufweist, findet die
Entladung aller Brennstoffzellen dabei gleichmäßig statt. Insbesondere ist auch eine negative Spannung an der Brennstoffzelle vermieden, welche ebenfalls eine irreversible Degradation der Brennstoffzelle verursachen könnte. Der konstruktive Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist dabei verhältnismäßig einfach und damit kostengünstig. Auch sind thermische Verluste im Betrieb der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle vorteilhaft minimiert, insbesondere, dann wenn der Konduktor ein geeignetes Halbleiterelement umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels mit mehreren Brennstoffzellen,
Figur 2 einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer ersten Ausführungsform,
Figur 3 einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer zweiten Ausführungsform in teilweiser Explosionsdarstellung,
Figur 4 einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer dritten Ausführungsform in teilweiser Explosionsdarstellung,
Figur 5 einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer vierten Ausführungsform und
Figur 6 einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer fünften Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 5 mit mehreren Brennstoffzellen 2. Jede Brennstoffzelle 2 weist eine Membran- Elektroden- Einheit 10 auf, die eine erste Elektrode 21, eine zweite Elektrode 22 und eine Membran 18 umfasst. Die beiden Elektroden 21, 22 sind auf einander gegenüber liegenden Seiten der Membran 18 angeordnet und somit voneinander durch die Membran 18 getrennt. Die erste Elektrode 21 wird im Folgenden auch als Anode 21 bezeichnet und die zweite Elektrode 22 wird im Folgenden auch als Kathode 22 bezeichnet. Die Membran 18 ist als Polymerelektrolytmembran ausgebildet. Die Membran 18 ist für Wasserstoffionen, also H+-lonen, durchlässig.
Jede Brennstoffzelle 2 weist ferner zwei Polarplatten 40 auf, welche in der hier gezeigten Darstellung als Bipolarplatten 40 ausgebildet sind und sich beidseitig an die Membran- Elektroden- Einheit 10 anschließen. Bei der hier gezeigten Anordnung mehrerer Brennstoffzellen 2 in dem Brennstoffzellenstapel 5 kann jede der Bipolarplatten 40 als zu zwei zueinander benachbart angeordneten Brennstoffzellen 2 gehörig betrachtet werden. Die Brennstoffzellen 2 sind elektrisch seriell verschaltet.
Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils einen ersten Verteilbereich 50 zur Verteilung eines Brennstoffs, welcher der Anode 21 zugewandt ist. Die
Bipolarplatten 40 umfassen jeweils auch einen zweiten Verteilbereich 60 zur Verteilung des Oxidationsmittels, welcher der Kathode 22 zugewandt ist. Der zweite Verteilbereich 60 dient gleichzeitig zur Ableitung von bei einer Reaktion in der Brennstoffzelle 2 entstandenem Wasser. Die Bipolarplatten 40 umfassen vorliegend einen dritten Verteilbereich 70, welcher zwischen dem ersten
Verteilbereich 50 und dem zweiten Verteilbereich 60 angeordnet ist. Der dritte Verteilbereich 70 dient zur Durchleitung eines Kühlmittels durch die Bipolarplatte
40 und damit zur Kühlung der Brennstoffzelle 2 und auch des Brennstoffzellenstapels 5.
Der erste Verteilbereich 50 und der dritte Verteilbereich 70 sind durch eine erste Trennplatte 75 voneinander getrennt. Die zweite Verteilbereich 60 und der dritte Verteilbereich 70 sind durch eine zweite Trennplatte 76 voneinander getrennt.
Die Trennplatten 75, 76 der Bipolarplatten 40 sind vorliegend als dünne metallische Bleche ausgebildet. Die Trennplatten 75, 76 können auch aus einem anderem Material, beispielsweise Kohlenstoff oder Graphit ausgebildet sein. Die Bipolarplatten 40, und insbesondere die Trennplatten 75, 76, sind elektrisch leitfähig ausgebildet.
Im Betrieb der Brennstoffzelle 2 wird Brennstoff über den ersten Verteilbereich 50 zu der Anode 21 geleitet. Ebenso wird Oxidationsmittel über den zweiten Verteilbereich 60 zu der Kathode 22 geleitet. Der Brennstoff, vorliegend
Wasserstoff, wird an der Anode 21 katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran 18 zu der Kathode 22. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle 2 abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis oder über die benachbarte
Bipolarplatte 40 zu der Kathode 22. Das Oxidationsmittel, vorliegend
Luftsauerstoff, reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis oder der benachbarten Bipolarplatte 40 und Protonen, die durch die Membran 18 zu der Kathode 22 gelangt sind, zu Wasser.
Zwischen der Anode 21 und der Kathode 22 von jeder Membran- Elektroden- Einheit 10 wird dadurch eine elektrische Spannung erzeugt. Aufgrund der seriellen Verschaltung der Brennstoffzellen 2 addieren sich diese Spannungen zu einer Gesamtspannung des Brennstoffzellenstapels 5.
Figur 2 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einer ersten
Ausführungsform. Zwischen je zwei benachbart angeordneten Bipolarplatten 40 ist jeweils ein Konduktor 90 in Form eines diskreten Bauelements 91
angeschlossen. Der Konduktor 90 stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten 40 dar. Damit sind auch die Anode 21 und die Kathode 22 der zwischen den benachbarten Bipolarplatten 40
angeordneten Membran- Elektroden- Einheit 10 mittels des Konduktors 90 elektrisch verbunden. Der Konduktor 90 kann als ohmscher Widerstand oder als Halbleiterelement, insbesondere als Zenerdiode, ausgestaltet sein. Der
Konduktor 90 kann auch eine Kombination von mehreren Elementen aufweisen, beispielsweise eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung eines ohmschen Widerstands und eines Halbleiterelements.
Figur 3 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einer zweiten
Ausführungsform in teilweiser Explosionsdarstellung. Jede der Membran- Elektroden- Einheiten 10 weist an gegenüberliegenden Randbereichen jeweils ein Verstärkungselement 92 auf. Das Verstärkungselement 92 kann auch umlaufend sein. Das Verstärkungselement 92 besteht dabei aus zwei miteinander verbundenen folienartigen Elementen und hält die Anode 11, die Membran 18 und die Kathode 22 der Membran- Elektroden- Einheit 10 mechanisch zusammen und/oder dient dazu, die Membran- Elektroden- Einheit 10 unempfindlicher gegenüber den bei der Montage auftretenden Verpresskräften zu machen. Das Verstärkungselement 92 ist elektrisch leitfähig und weist einen definierten ohmschen Widerstand auf. Das Verstärkungselement 92 liegt an den
benachbarten Bipolarplatten 40 an und stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen jeweils zwei benachbarten Bipolarplatten 40 dar. Das
Verstärkungselement 92 definiert somit einen Konduktor 90. Damit sind auch die Anode 21 und die Kathode 22 der zwischen den benachbarten Bipolarplatten 40 angeordneten Membran- Elektroden- Einheit 10 mittels des Konduktors 90 elektrisch verbunden.
Figur 4 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einer dritten Ausführungsform in teilweiser Explosionsdarstellung. Jede der Membran- Elektroden- Einheiten 10 weist an gegenüberliegenden Randbereichen jeweils ein Dichtungselement 93 auf. Das Dichtungselement 93 liegt an den benachbarten Bipolarplatten 40 an und dichtet den Randbereich der Membran- Elektroden- Einheit 10 gegen die benachbarten Bipolarplatten 40 ab. Das Dichtungselement 93 ist elektrisch leitfähig und weist einen definierten ohmschen Widerstand auf. Das
Dichtungselement 93 stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen jeweils zwei benachbarten Bipolarplatten 40 dar. Das Dichtungselement 93 definiert somit einen Konduktor 90. Damit sind auch die Anode 21 und die Kathode 22 der
zwischen den benachbarten Bipolarplatten 40 angeordneten Membran- Elektroden- Einheit 10 mittels des Konduktors 90 elektrisch verbunden.
In dem Brennstoffzellenstapel 5 gemäß der dritten Ausführungsform ist jede Membran- Elektroden- Einheit 10 zwischen einer ersten Teilplatte 41 und einer zweiten Teilplatte 42 angeordnet, insbesondere eingeschlossen. Die erste Teilplatte 41 umfasst dabei den ersten Verteilbereich 50 und den dritten
Verteilbereich 70, und die zweite Teilplatte 42 umfasst den zweiten Verteilbereich 60. Es ist auch denkbar, dass die erste Teilplatte 41 nur den ersten
Verteilbereich 50 umfasst, und dass die zweite Teilplatte 42 den zweiten
Verteilbereich 60 und den dritten Verteilbereich 70 umfasst. In dem
Brennstoffzellenstapel 5 bildet dann eine erste Teilplatte 41 mit einer
benachbarten zweiten Teilplatte 42 eine Bipolarplatte 40. Die Teilplatten 41 und 42 können hierzu mechanisch verbunden sein oder auch nur aneinander gestapelt.
Figur 5 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einer vierten
Ausführungsform. Randbereiche der Membran- Elektroden- Einheit 10 und Stirnseiten der Bipolarplatten 40 sind von einer Vergussmasse 94 umgeben. Die Vergussmasse 94 liegt somit insbesondere an Stirnseiten von benachbarten Bipolarplatten 40 an. Die Vergussmasse 94 ist elektrisch leitfähig und weist einen definierten ohmschen Widerstand auf. Die Vergussmasse 94 stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen jeweils zwei benachbarten Bipolarplatten 40 dar. Die Vergussmasse 94 definiert somit einen Konduktor 90. Damit sind auch die Anode 21 und die Kathode 22 der zwischen den benachbarten Bipolarplatten 40 angeordneten Membran- Elektroden- Einheit 10 mittels des Konduktors 90 elektrisch verbunden.
Figur 6 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einer fünften
Ausführungsform. Randbereiche der Membran- Elektroden- Einheit 10 und Stirnseiten der Bipolarplatten 40 sind von einer Folie 95 bedeckt. Die Folie 95 liegt somit insbesondere an Stirnseiten von benachbarten Bipolarplatten 40 an. Die Folie 95 ist aus einem dotierten Halbleitermaterial gefertigt. Die Folie 95 wird beispielsweise dann leitend, wenn eine anliegende Spannung einen Schwellwert überschreitet. Die Folie 95 stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen
jeweils zwei benachbarten Bipolarplatten 40 dar. Die Folie 95 definiert somit einen Konduktor 90. Damit sind auch die Anode 21 und die Kathode 22 der zwischen den benachbarten Bipolarplatten 40 angeordneten Membran- Elektroden- Einheit 10 mittels des Konduktors 90 elektrisch verbunden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
Claims
1. Brennstoffzelle (2), umfassend
mindestens eine Membran- Elektroden- Einheit (10) mit einer ersten Elektrode (21) und einer zweiten Elektrode (22), welche voneinander durch eine Membran (18) getrennt sind, und
mindestens eine Polarplatte (40), welche
einen ersten Verteilbereich (50) zur Verteilung eines Brennstoffs an die erste Elektrode (21) und/oder
einen zweiten Verteilbereich (60) zur Verteilung eines Oxidationsmittels an die zweite Elektrode (22) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrode (21) und die zweite Elektrode (22) der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit (10) mittels eines Konduktors (90) elektrisch verbunden sind.
2. Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konduktor (90) einen ohmschen Widerstand umfasst.
3. Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konduktor (90) ein Halbleiterelement umfasst.
4. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Konduktor (90) als diskretes Bauelement (91) ausgebildet ist.
5. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Konduktor (90) als Verstärkungselement (92) ausgebildet ist, welches an einem Randbereich der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit (10) angeordnet ist.
6. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Konduktor (90) als Dichtungselement (93) ausgebildet ist, welches einen Randbereich der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit (10) gegen mindestens eine Polarplatte (40) abdichtet.
7. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Konduktor (90) als Klebemasse ausgebildet ist.
8. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Konduktor (90) als Vergussmasse (94) ausgebildet ist, welche einen Randbereich der mindestens einen Membran- Elektroden- Einheit (10) und eine Stirnseite der mindestens einen Polarplatte (40) umgibt.
9. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Konduktor (90) folienartig oder bandförmig oder drahtförmig oder schaumartig ausgebildet ist und an mindestens einer Stirnseite der mindestens einen Polarplatte (40) anliegt.
10. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Konduktor (90) auf eine Stirnseite der mindestens einen Polarplatte (40) auf ged ruckt ist.
11. Brennstoffzellenstapel (5), umfassend eine Mehrzahl von
Brennstoffzellen (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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