WO2022058300A1 - Fuel cell for a fuel cell device, fuel cell device, and method for producing a fuel cell - Google Patents

Fuel cell for a fuel cell device, fuel cell device, and method for producing a fuel cell Download PDF

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WO2022058300A1
WO2022058300A1 PCT/EP2021/075206 EP2021075206W WO2022058300A1 WO 2022058300 A1 WO2022058300 A1 WO 2022058300A1 EP 2021075206 W EP2021075206 W EP 2021075206W WO 2022058300 A1 WO2022058300 A1 WO 2022058300A1
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fuel cell
gas diffusion
membrane device
mea
gas
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PCT/EP2021/075206
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Ulrich Sauter
Ulrich Berner
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell for a fuel cell device, a fuel cell device and a method for producing a fuel cell.
  • reaction gases such as hydrogen and oxygen can be converted into a reaction product, in this case water, electrical energy and heat.
  • the reaction gases can be guided on both sides to a membrane which can transmit charge carriers.
  • the charge carriers When the charge carriers are transmitted from one gas, the other gas can then react with this charge carrier to form a reaction product, giving off heat and energy in the process.
  • gas distribution structures can be used, such as porous structures (so-called "flow field" structures).
  • a gas diffusion layer typically consists of a carbon fiber fleece on the channel side and a microporous particle layer on the catalytic converter side.
  • the present invention provides a fuel cell for a fuel cell device according to claim 1, a fuel cell device according to claim 10 and a method for manufacturing a fuel cell according to claim 11.
  • the idea on which the present invention is based is to specify a fuel cell for a fuel cell device, a fuel cell device and a method for producing a fuel cell, in which an open-pored structure in the second gas diffusion and carrier structure can have support structures that can be produced and are simple to produce are formable, such as by laser sintering. Furthermore, the support stability of the support structures and thus of the open-pored structure can be improved and the openings for gas diffusion can be selected with appropriately selected patterns for the edging of the openings, which can influence the size and shape of the openings and thus the gas diffusion.
  • the fuel cell for a fuel cell device comprises a first gas diffusion and support structure; a membrane device disposed on the first gas diffusion and support structure; and a second gas diffusion and support structure which is arranged on the membrane device, wherein a first gas can be transported to the membrane device with the first gas diffusion and support structure and a second gas can be transported to the membrane device with the second gas diffusion and support structure and the membrane device has a predetermined Allows charge carrier transmission, wherein the second gas diffusion and support structure comprises an open-porous structure, which is arranged on the membrane means and wherein the second gas through the open-porous structure is conductive to the membrane device, wherein the open-porous structure comprises a plurality of support structures and openings between the support structures, wherein the support structures comprise a predetermined height and one or more of the openings encircle.
  • the gas diffusion and carrier structure can have such a shape and structure that the flow or diffusion of the gas through this structure is improved or at least made possible, and an even distribution of the gas over a specific area can advantageously be possible.
  • the gas diffusion and support structure can have certain structures or a shape that can carry and/or support another structure or component of the fuel cell, such as a membrane or other support structures or other elements, at a predetermined height.
  • the gas diffusion and support structure can be continuous or comprise individual, composite or separated regions. This can apply both to the first and to the second, or also to further, gas diffusion and carrier structures.
  • the openings relating to the second gas diffusion and support structure can advantageously be provided so that a second gas can be guided through the second gas diffusion and support structure to the membrane device.
  • openings may face the membrane means in the assembly of the fuel cell, which may be referred to as vertical openings in the second gas diffusion and support structure.
  • the second gas diffusion and support structure in particular the open-pored structure, it can also comprise horizontal openings through which the second gas can be directed perpendicularly to the vertical openings through the second gas diffusion and support structure and along them.
  • the membrane device can correspond to a conventional membrane for fuel cells, which can comprise a medium through which charge carriers such as electrons or protons can be transmitted, although the first and second gases can remain separate from one another in their molecular form.
  • the membrane device can also include an anode and a cathode of the fuel cell. Since numerous configurations of such membranes with electrodes are known, no further details are given here received.
  • the first gas can remain separated from the second gas by the membrane device. However, both gases can be transported to this membrane device from different sides. Charge carrier transmission for a specific type of charge carrier from one gas to the other gas can then take place via the membrane device and a reaction product can be formed.
  • a proton can be transmitted through the membrane device by the hydrogen and react with the oxygen to form water, which applies to the example of a hydrogen-oxygen fuel cell.
  • the transport and the distribution of the second gas over one side of the membrane device can be improved by means of the open-porous structure.
  • the first gas can be hydrogen
  • the second gas can be oxygen
  • the first gas diffusion and support structure and/or the second gas diffusion and support structure comprises a corrugated shape.
  • the waveform can create channels for gas flow from one side of the gas diffusion and support structure and for coolant from the other side of the gas diffusion and support structure.
  • a wave can consist of elevations and a depression in the support structure.
  • the gas diffusion and carrier structure can be formed as a corrugated sheet.
  • the first gas diffusion and support structure and/or the second gas diffusion and support structure comprises a continuous planar shape.
  • the gas diffusion and carrier structure can be planar in its overall appearance, with internal structures being able to deviate from planarity.
  • the support structure can comprise a plate and the gas diffusion structure can comprise a porous foam or the like.
  • the support structures comprise one or more arch structures.
  • Horizontal openings for the gas flow can be spanned and present by arched structures and an improved supporting force can be achieved in the vertical direction, towards the membrane, since arched structures can have a high supporting stability.
  • Multiple arch structures can then wrap around a vertical opening, forming a closed, wraparound shape, such as a polygon.
  • the support structures include vertical areas on which the arched structures are placed.
  • a height of the support structures can be influenced by vertical areas.
  • the vertical areas can be placed or shaped on a floor, such as a plate, and the arched structures can then be placed or shaped on the vertical areas.
  • the support structures are arranged in a polygonal pattern around one of the openings.
  • the support structures can then form triangles, squares, pentagons, particularly preferably hexagons, and other polygons.
  • the supporting structures comprise a laser-sintered material.
  • Shaping the support structures for example as arc structures, can advantageously be suitable for shaping the support structures precisely, easily and quickly.
  • a material can be applied as a powder in a layer to a floor, melted with a laser, and connect further layers with such laser treatment at will and pattern on top.
  • a ramp structure is arranged within one of the openings, which comprises at least one surface with an incline in the direction of the membrane device, via which a movement of the second gas in the opening in the direction of the membrane device can be deflected.
  • the ramp structure can better divert a gas flow, preferably the second gas, from a horizontal gas flow in the vertical direction, ie toward the membrane device, and improve the gas flow through the vertical opening.
  • the shape of the surface can be an inclined plane or any shape.
  • the open-pored structure comprises a base on which the support structures are arranged and on which the ramp structure is arranged, the base being arranged on a side of the support structures remote from the membrane device.
  • the ramp structure can advantageously serve to improve the gas distribution and to optimize the water discharge (directing it in a specific, approximately horizontal flow direction), for example also to generate turbulence.
  • the ramp structure can represent a fin, for example.
  • the fuel cell device comprises at least a first fuel cell according to the invention and a second fuel cell according to the invention, in which the second fuel cell is arranged with its first gas diffusion and support structure on a second gas diffusion and support structure of the first fuel cell.
  • the fuel cell device can also be designed as a fuel cell stack device.
  • the fuel cell stack device can comprise a plurality of fuel cells, in which case one membrane device can be arranged on each of the vertical outer sides and another of the two reaction gases can be supplied from one outer side of the stack in each case.
  • a first or second gas diffusion and carrier structure can then be connected inside the stack to the corresponding outer membrane in order to conduct the corresponding gas inside to the outer membrane and to support the stack inside with respect to the connected fuel cells.
  • An improved design can be achieved for an open porous structure, where the support structures can be made by selective laser sintering.
  • Various arrangements of sheet structures can be particularly stable under mechanical pressure due to stack compression and provide a sufficient contact surface for the membrane electrode assembly (MEA).
  • MEA membrane electrode assembly
  • a first gas diffusion and support structure is provided; placing a membrane device on the first gas diffusion and support structure; arranging a second gas diffusion and support structure on the membrane device, wherein a first gas can be transported to the membrane device with the first gas diffusion and support structure and a second gas can be transported to the membrane device with the second gas diffusion and support structure and the membrane device enables a predetermined charge carrier transmission, wherein the second gas diffusion and Support structure is formed with an open-porous structure, which is arranged on the membrane device and wherein the second gas can be conducted through the open-porous structure to the membrane device, wherein a large number of support structures and openings between the support structures are formed for the open-porous structure, the support structures having a comprise a predetermined height and circumscribe one or more of the openings.
  • the bottom as a base for sintering may comprise a sheet.
  • the support structures are formed on a floor by laser sintering a support structure material.
  • All sinterable materials can be considered for sintering, preferably metals, more preferably stainless steels or titanium.
  • the support structures are each formed with an arc, which is placed on the membrane device.
  • the method can advantageously also be distinguished by the already mentioned features of the fuel cell device and/or the fuel cell and vice versa.
  • Show it: 1 shows a schematic illustration of a lateral cross section of a fuel cell device with a plurality of fuel cells according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a step for laser sintering in a method for producing the support structures according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a side view of a support structure in a fuel cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a side view of a support structure in a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5a shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5b shows a perspective side view of the support structures from FIG. 5a;
  • FIG. 6 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to a further embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8a shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell with a ramp structure according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 8b is a side perspective view of Fig. 8a; and 9 shows a block diagram of method steps of a method for producing a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a lateral cross section of a fuel cell device with a plurality of fuel cells according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the fuel cell (stack) device 10 comprises at least a first fuel cell EZ1 and a second fuel cell EZ2, in which the second fuel cell EZ2 is arranged with its first gas diffusion and support structure TRI on a second gas diffusion and support structure TR2 of the first fuel cell EZ1.
  • the fuel cells EZ1 and EZ2 each comprise a first gas diffusion and carrier structure TRI; a membrane device MEA, which is arranged on the first gas diffusion and support structure TRI; and a second gas diffusion and support structure TR2, which is arranged on the membrane device MEA, with a first gas Gl being transportable with the first gas diffusion and support structure TRI to the membrane device MEA and a second gas G2 with the second gas diffusion and support structure TR2 to the membrane device MEA can be transported and the membrane device MEA enables a predetermined charge carrier transmission, the second gas diffusion and carrier structure TR2 comprising an open-pored structure OS which is arranged on the membrane device MEA and the second gas G2 can be conducted through the open-pored structure OS to the membrane device MEA wherein the open porous structure comprises a plurality of support structures and openings between the support structures, the support structures having a predetermined height and circumscribing one or more of the openings (not shown).
  • the first gas diffusion and support structure TRI can have a corrugated shape, such as a corrugated sheet with elevations and depressions, in order to conduct the first gas there, adjacent to the membrane device. On a side facing away from the membrane device, such an elevation can then form a cavity H opposite the adjacent second gas diffusion and support structure TR2 of the adjacent fuel cell, in which a coolant can be conducted in order to be able to cool the fuel cell or around the to be able to dissipate and use the generated heat.
  • the second gas diffusion and support structure TR2 may comprise a continuous planar form comprising a bottom B and an open porous structure OS thereon through which the second gas G2 may be conductive to the membrane means.
  • the fuel cell (stack) device 10 can comprise a plurality of fuel cells, in which case one membrane device MEA can be arranged on each of the vertical outer sides and another of the two reaction gases can be supplied from one outer side of the stack in each case.
  • a first or second gas diffusion and carrier structure can then be connected inside the stack to the corresponding outer membrane in order to conduct the corresponding gas inside to the outer membrane and to support the stack inside with respect to the connected fuel cells.
  • the membrane devices can each comprise a first electrode A on one side and a second electrode K on the other side.
  • support structures (not shown) can replace the usual expanded metals, foams, fabrics, etc.
  • the first gas diffusion and support structure TRI can extend to the same height as the height of the corrugations (not shown), or the heights of the individual corrugation humps can be different.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a laser sintering step in a method for producing the support structures according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a powder material can be applied and with a Laser light L are traversed along the direction LR and melted on the floor, in particular in the desired two-dimensional areas on the floor. Subsequently, a new layer of the powder material can then be applied to those points which are to be connected three-dimensionally in the vertical direction, as a sintered solid material. The laser L can again melt the powder material in the direction LR in the next applied layer. 2 only shows a one-dimensional movement LR, but this can also be two-dimensional in the plane of the floor and in planes parallel thereto in order to produce a three-dimensional structure by sintering. This is a technology in which metallic materials are produced with the help of a laser by selectively melting metal powder. For 3-dimensional shapes, a new layer of metal particles is applied after each melting.
  • FIG 3 shows a side view of a support structure in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • the support structure ST shown in FIG. 3 comprises an arc BG with a vertical area VB, the latter being formed on a base B, such as a plate, advantageously by means of a laser sintering process.
  • the second gas diffusion and support structure may include a variety of such structures.
  • the arched structure BG advantageously spans a horizontally oriented opening through which a second gas can pass, and a plurality of such support structures ST can run around an area which can form a vertical opening (not shown).
  • a membrane device (not shown) can be supported on top of the arcuate structure BG; the arcuate shape advantageously allows a greater force to be diverted to the vertical regions VB and the supporting force can be increased compared to straight-line structures.
  • the arcuate structure may comprise a semi-circle.
  • a height of the arched structure (with or without a vertical area), for example a distance between the floor and the membrane device, can be about 50 pm - 1000 pm, preferably 100 pm - 500 pm.
  • An arch radius of the arch structure can be half a distance of the Arch structure (semicircle).
  • a thickness of the vertical area VB and/or the arched structure BG can be approximately 2 pm - 20 pm (ie the diameter in the case of a circular cross section).
  • FIG 4 shows a side view of a support structure in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a large number of support structures ST, each with arch structures BG, it being possible for two adjacent arch structures BG to be formed and supported on the same vertical area VB. 4 also shows that the membrane device MEA can be supported on the arched structures BG and that the support structures ST, which can form the second gas diffusion and carrier structure TR2, absorb a supporting force between the base B and the membrane device MEA or pass it on to one another be able.
  • FIG. 5a shows a top view of an opening and support structures in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • the support structures can run around an opening OP, with support structures ST being joined laterally at their base points on the floor ( horizontally adjacent) can connect and can assume a certain angle to each other in a vertical plan view.
  • a plurality of adjacent support structures ST can thus form a polygon with their arc structures BG, which can encircle the vertical opening OP.
  • 5a shows a triangular structure of the border of the opening OP.
  • the vertical direction corresponds to the z-direction (see also FIG. 6).
  • FIG. 5b shows a perspective side view of the support structures from FIG. 5a.
  • each arch structure BG advantageously forms a horizontal opening for the gas flow of the second gas through the second gas diffusion and support structure TR2.
  • FIG. 6 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the vertical extent in the z-direction of the support structures ST advantageously forms a vertical opening OP for the gas flow.
  • the arc structures BG can then form approximately a hexagon horizontally in the xy plane.
  • FIG. 7 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the plan view of the opening OP in FIG. 7 differs from that of FIG. a hexagon 6 or the like, around all the openings OP the same or different.
  • FIG 8a shows a top view of an opening and support structures in a fuel cell with a ramp structure according to an embodiment of the present invention.
  • a ramp structure RS can be arranged within one of the openings OP, e.g Opening OP can be deflected in the direction of the membrane device, ie in the z direction, from a y and/or x direction.
  • FIG. 8b also shows the arrangement of FIG. 8a from the side.
  • the area F for deflection can be a plane, a segment of a circle or any other shape.
  • a vertical height of the ramp structure RS can be approximately 10-90% of the height of the support structure, preferably 20-60% thereof.
  • FIG. 9 shows a block diagram of method steps of a method for producing a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a first gas diffusion and carrier structure is provided S1; arranging S2 a membrane device on the first gas diffusion and support structure; arranging S3 a second gas diffusion and support structure on the membrane device, wherein a first gas can be transported to the membrane device with the first gas diffusion and support structure and a second gas can be transported to the membrane device with the second gas diffusion and support structure and the membrane device enables a predetermined charge carrier transmission , wherein the second gas diffusion and support structure is formed with an open-pored structure, which is arranged on the membrane device and wherein the second gas can be conducted through the open-pored structure to the membrane device, with a plurality of support structures and openings between the support structures for the open-pored structure are formed, the support structures comprising a predetermined height and circumscribing one or more of the openings.

Abstract

The present invention creates a fuel cell (EZ) for a fuel cell device (10) comprising a first gas-diffusion and carrier structure (TR1); a membrane device (MEA), which is arranged on the first gas-diffusion and carrier structure (TR1); and a second gas-diffusion and carrier structure (TR2), which is arranged on the membrane device (MEA), wherein a first gas (G1) is able to be transported to the membrane device (MEA) by the first gas-diffusion and carrier structure (TR1) and a second gas (G2) is able to be transported to the membrane device (MEA) by the second gas-diffusion and carrier structure (TR2), wherein the second gas-diffusion and carrier structure (TR2) comprises an open-pored structure (OS) which is arranged on the membrane device (MEA), wherein the open-pored structure (OS) comprises a multiplicity of supporting structures (ST) and openings (OP) between the supporting structures (ST), wherein the supporting structures (ST) comprise a predetermined height and extend all around one or more of the openings (OP).

Description

Beschreibung description
Titel title
Brennstoffzelle für eine Brennstoffzelleneinrichtung, Brennstoffzelleneinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle Fuel cell for a fuel cell device, fuel cell device and method for producing a fuel cell
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle für eine Brennstoffzelleneinrichtung, eine Brennstoffzelleneinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle. The present invention relates to a fuel cell for a fuel cell device, a fuel cell device and a method for producing a fuel cell.
Stand der Technik State of the art
Übliche Brennstoffzellen können als elektrochemische Energiewandler aufgefasst werden, bei denen Reaktionsgase wie etwa Wasserstoff und Sauerstoff in ein Reaktionsprodukt, hierbei Wasser, elektrische Energie und Wärme gewandelt werden können. Die Reaktionsgase können dabei beidseitig zu einer Membran geführt werden, welche Ladungsträger transmittieren kann. Bei Transmission der Ladungsträger von einem Gas kann dann mit diesem Ladungsträger das andere Gas zu einem Reaktionsprodukt reagieren und dabei Wärme und Energie abgeben. Um zumindest eines der Gase zur Membran zu führen, können Gasverteilstrukturen genutzt werden, etwa poröse Strukturen (sogenannte „Flowfield“- Strukturen). Conventional fuel cells can be regarded as electrochemical energy converters, in which reaction gases such as hydrogen and oxygen can be converted into a reaction product, in this case water, electrical energy and heat. The reaction gases can be guided on both sides to a membrane which can transmit charge carriers. When the charge carriers are transmitted from one gas, the other gas can then react with this charge carrier to form a reaction product, giving off heat and energy in the process. In order to lead at least one of the gases to the membrane, gas distribution structures can be used, such as porous structures (so-called "flow field" structures).
Bekannt sind sogenannte PEM-Brennstoffzellen etwa mit einer Betriebstemperatur von kleiner als 120°C. Eine Gasdiffusionslage besteht typischerweise kanalseitig aus einem Kohlefaserflies und katalysatorseitig aus einer mikroporösen Partikelschicht. So-called PEM fuel cells with an operating temperature of less than 120° C. are known. A gas diffusion layer typically consists of a carbon fiber fleece on the channel side and a microporous particle layer on the catalytic converter side.
In der DE 601 33 326 T2 wird eine Brennstoffzelle mit einem wellenförmigen Membranelektrodensatz beschrieben. Offenbarung der Erfindung DE 601 33 326 T2 describes a fuel cell with a wave-shaped set of membrane electrodes. Disclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Brennstoffzelle für eine Brennstoffzelleneinrichtung nach Anspruch 1, eine Brennstoffzelleneinrichtung nach Anspruch 10 und ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle nach Anspruch 11. The present invention provides a fuel cell for a fuel cell device according to claim 1, a fuel cell device according to claim 10 and a method for manufacturing a fuel cell according to claim 11.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Preferred developments are the subject of the dependent claims.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Brennstoffzelle für eine Brennstoffzelleneinrichtung, eine Brennstoffzelleneinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle anzugeben, bei welchen eine offenporöse Struktur in der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur über Stützstrukturen verfügen kann, die in einfacher Weise herstellbar und formbar sind, etwa durch ein Lasersintern. Des Weiteren kann die Stützstabilität der Stützstrukturen und damit der offenporösen Struktur verbessert sein und die Öffnungen zur Gasdiffusion mit entsprechend gewählten Mustern für die Umrandung der Öffnungen gewählt werden, was die Größe und Form der Öffnungen und somit die Gasdiffusion beeinflussen kann. The idea on which the present invention is based is to specify a fuel cell for a fuel cell device, a fuel cell device and a method for producing a fuel cell, in which an open-pored structure in the second gas diffusion and carrier structure can have support structures that can be produced and are simple to produce are formable, such as by laser sintering. Furthermore, the support stability of the support structures and thus of the open-pored structure can be improved and the openings for gas diffusion can be selected with appropriately selected patterns for the edging of the openings, which can influence the size and shape of the openings and thus the gas diffusion.
Erfindungsgemäß umfasst die Brennstoffzelle für eine Brennstoffzelleneinrichtung eine erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur; eine Membraneinrichtung, welche auf der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur angeordnet ist; und eine zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur, welche auf der Membraneinrichtung angeordnet ist, wobei ein erstes Gas mit der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur zur Membraneinrichtung transportierbar ist und ein zweites Gas mit der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur zur Membraneinrichtung transportierbar ist und die Membraneinrichtung eine vorbestimmte Ladungsträgertransmission ermöglicht, wobei die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur eine offenporöse Struktur umfasst, welche auf der Membraneinrichtung angeordnet ist und wobei das zweite Gas durch die offenporöse Struktur bis zur Membraneinrichtung leitbar ist, wobei die offenporöse Struktur eine Vielzahl von Stützstrukturen und Öffnungen zwischen den Stützstrukturen umfasst, wobei die Stützstrukturen eine vorbestimmte Höhe umfassen und eine oder mehrere der Öffnungen ringsum umlaufen. According to the invention, the fuel cell for a fuel cell device comprises a first gas diffusion and support structure; a membrane device disposed on the first gas diffusion and support structure; and a second gas diffusion and support structure which is arranged on the membrane device, wherein a first gas can be transported to the membrane device with the first gas diffusion and support structure and a second gas can be transported to the membrane device with the second gas diffusion and support structure and the membrane device has a predetermined Allows charge carrier transmission, wherein the second gas diffusion and support structure comprises an open-porous structure, which is arranged on the membrane means and wherein the second gas through the open-porous structure is conductive to the membrane device, wherein the open-porous structure comprises a plurality of support structures and openings between the support structures, wherein the support structures comprise a predetermined height and one or more of the openings encircle.
Die Gasdiffusions- und Trägerstruktur kann schon deren Namen nach eine solche Form und Struktur aufweisen, dass der Durchfluss oder die Diffusion des Gases durch diese Struktur verbessert oder zumindest ermöglicht ist, vorteilhaft eine Gleichverteilung des Gases über einen bestimmten Bereich möglich sein kann. Des Weiteren kann die Gasdiffusions- und Trägerstruktur bestimmte Strukturen oder eine solche Form aufweisen, die an einer vorbestimmten Höhe eine andere Struktur oder ein Bauelement der Brennstoffzelle, etwa eine Membran oder andere Trägerstrukturen oder andere Elemente, tragen und/oder stützen kann. Die Gasdiffusions- und Trägerstruktur kann zusammenhängend sein oder einzelne, zusammengesetzte oder separierte, Bereiche umfassen. Dies kann sowohl für die erste wie auch für die zweite, oder auch für weitere, Gasdiffusions- und Trägerstrukturen gelten. Die Öffnungen betreffend die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur können vorteilhaft dazu vorgesehen sein, dass ein zweites Gas durch die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur zur Membraneinrichtung geführt werden kann. Diese Öffnungen können in der Anordnung der Brennstoffzelle der Membraneinrichtung zugewandt sein, welche als vertikale Öffnungen in der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur bezeichnet werden können. Im Inneren der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur, insbesondere der offenporösen Struktur, kann diese auch horizontale Öffnungen umfassen, durch welche das zweite Gas senkrecht zu den vertikalen Öffnungen durch die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur und entlang dieser geleitet werden kann. As the name suggests, the gas diffusion and carrier structure can have such a shape and structure that the flow or diffusion of the gas through this structure is improved or at least made possible, and an even distribution of the gas over a specific area can advantageously be possible. Furthermore, the gas diffusion and support structure can have certain structures or a shape that can carry and/or support another structure or component of the fuel cell, such as a membrane or other support structures or other elements, at a predetermined height. The gas diffusion and support structure can be continuous or comprise individual, composite or separated regions. This can apply both to the first and to the second, or also to further, gas diffusion and carrier structures. The openings relating to the second gas diffusion and support structure can advantageously be provided so that a second gas can be guided through the second gas diffusion and support structure to the membrane device. These openings may face the membrane means in the assembly of the fuel cell, which may be referred to as vertical openings in the second gas diffusion and support structure. Inside the second gas diffusion and support structure, in particular the open-pored structure, it can also comprise horizontal openings through which the second gas can be directed perpendicularly to the vertical openings through the second gas diffusion and support structure and along them.
Die Membraneinrichtung kann einer üblichen Membran für Brennstoffzellen entsprechen, welche ein Medium umfassen kann, durch welches Ladungsträger wie Elektronen oder Protonen transmittiert werden können, wobei das erste und das zweite Gas in deren molekularer Form allerdings voneinander getrennt bleiben können. Die Membraneinrichtung kann weiterhin eine Anode sowie eine Kathode der Brennstoffzelle umfassen. Da zahlreiche Ausformungen von solchen Membranen mit Elektroden bekannt sind, wird hierbei nicht näher darauf eingegangen. Durch die Membraneinrichtung kann jedenfalls das erste Gas von den zweiten Gas getrennt bleiben. Beide Gase können jedoch jeweils von verschiedenen Seiten zu dieser Membraneinrichtung transportiert werden. Über die Membraneinrichtung kann dann eine Ladungsträgertransmission für einen bestimmten Typ eines Ladungsträgers von einem Gas zum anderen Gas erfolgen und ein Reaktionsprodukt gebildet werden. Bei Wasserstoff und Sauerstoff als erstes und zweites Gas kann ein Proton durch die Membraneinrichtung vom Wasserstoff transmittiert werden und mit dem Sauerstoff zu Wasser reagieren, was etwa für das Beispiel einer Wasserstoff- Sauerstoff Brennstoffzelle gilt. Mittels der offenporösen Struktur kann der Transport und die Verteilung des zweiten Gases über eine Seite der Membraneinrichtung verbessert werden. The membrane device can correspond to a conventional membrane for fuel cells, which can comprise a medium through which charge carriers such as electrons or protons can be transmitted, although the first and second gases can remain separate from one another in their molecular form. The membrane device can also include an anode and a cathode of the fuel cell. Since numerous configurations of such membranes with electrodes are known, no further details are given here received. In any case, the first gas can remain separated from the second gas by the membrane device. However, both gases can be transported to this membrane device from different sides. Charge carrier transmission for a specific type of charge carrier from one gas to the other gas can then take place via the membrane device and a reaction product can be formed. With hydrogen and oxygen as the first and second gas, a proton can be transmitted through the membrane device by the hydrogen and react with the oxygen to form water, which applies to the example of a hydrogen-oxygen fuel cell. The transport and the distribution of the second gas over one side of the membrane device can be improved by means of the open-porous structure.
Das erste Gas kann Wasserstoff sein, das zweite Gas kann Sauerstoff sein. The first gas can be hydrogen, the second gas can be oxygen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle umfasst die erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur und/oder die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur eine Wellenform. According to a preferred embodiment of the fuel cell, the first gas diffusion and support structure and/or the second gas diffusion and support structure comprises a corrugated shape.
Durch die Wellenform können Kanäle für den Gasfluss von einer Seite der Gasdiffusions- und Trägerstruktur sowie für ein Kühlmittel von der anderen Seite der Gasdiffusions- und Trägerstruktur geschaffen sein. Dazu kann eine solche Welle aus Erhöhungen und einer Vertiefung in der Trägerstruktur bestehen. Die Gasdiffusions- und Trägerstruktur kann dazu als ein Wellblech ausgeformt sein. The waveform can create channels for gas flow from one side of the gas diffusion and support structure and for coolant from the other side of the gas diffusion and support structure. For this purpose, such a wave can consist of elevations and a depression in the support structure. For this purpose, the gas diffusion and carrier structure can be formed as a corrugated sheet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle umfasst die erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur und/oder die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur eine durchgehend planare Form. According to a preferred embodiment of the fuel cell, the first gas diffusion and support structure and/or the second gas diffusion and support structure comprises a continuous planar shape.
Um platzsparend in der Höhe ausgeformt zu sein, kann die Gasdiffusions- und Trägerstruktur in deren Gesamtbild planar sein, wobei interne Strukturen von der Planarität abweichen können. So kann die Trägerstruktur beispielsweise eine Platte umfassen und die Gasdiffusionsstruktur eine porösen Schaum oder ähnliches. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle umfassen die Stützstrukturen, eine oder mehrere Bogenstrukturen. In order to be shaped in a space-saving manner in terms of height, the gas diffusion and carrier structure can be planar in its overall appearance, with internal structures being able to deviate from planarity. For example, the support structure can comprise a plate and the gas diffusion structure can comprise a porous foam or the like. According to a preferred embodiment of the fuel cell, the support structures comprise one or more arch structures.
Durch Bogenstrukturen können horizontale Öffnungen für den Gasfluss überspannt sein und vorhanden sein und in vertikaler Richtung, zur Membran hin, kann eine verbesserte Stützkraft erzielt werden, da Bogenstrukturen eine hohe Stützstabilität aufweisen können. Mehrere Bogenstrukturen können dann eine vertikale Öffnung umlaufen und eine geschlossene, umlaufende Form bilden, etwa ein Polygon. Horizontal openings for the gas flow can be spanned and present by arched structures and an improved supporting force can be achieved in the vertical direction, towards the membrane, since arched structures can have a high supporting stability. Multiple arch structures can then wrap around a vertical opening, forming a closed, wraparound shape, such as a polygon.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle umfassen die Stützstrukturen Vertikalbereiche, auf welchen die Bogenstrukturen aufgesetzt sind. According to a preferred embodiment of the fuel cell, the support structures include vertical areas on which the arched structures are placed.
Durch Vertikalbereiche kann eine Höhe der Stützstrukturen beeinflusst werden. Die Vertikalbereiche können auf einem Boden, etwa einer Platte, aufgesetzt oder ausgeformt sein und die Bogenstrukturen dann auf den Vertikalbereichen aufgesetzt oder ausgeformt sein. A height of the support structures can be influenced by vertical areas. The vertical areas can be placed or shaped on a floor, such as a plate, and the arched structures can then be placed or shaped on the vertical areas.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle sind die Stützstrukturen in einem polygonalen Muster um eine der Öffnungen angeordnet. According to a preferred embodiment of the fuel cell, the support structures are arranged in a polygonal pattern around one of the openings.
Die Stützstrukturen können in der vertikalen Draufsicht dann etwa Dreiecke, Vierecke, Fünfecke, besonders bevorzugt Sechsecke, und weitere Vielecke bilden. In the vertical top view, the support structures can then form triangles, squares, pentagons, particularly preferably hexagons, and other polygons.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle umfassen die Stützstrukturen ein lasergesintertes Material. According to a preferred embodiment of the fuel cell, the supporting structures comprise a laser-sintered material.
Das Ausformen der Stützstrukturen, etwa als Bogenstrukturen, kann sich vorteilhaft für eine präzise, einfache und schnelle Ausformung der Stützstrukturen eignen. Dabei kann ein Material als Pulver in einer Schicht auf einen Boden aufgebracht werden, mit einem Laser aufgeschmolzen werden, und nach Belieben und Muster weitere Schichten mit einer solchen Laserbehandlung darauf anschließen. Shaping the support structures, for example as arc structures, can advantageously be suitable for shaping the support structures precisely, easily and quickly. A material can be applied as a powder in a layer to a floor, melted with a laser, and connect further layers with such laser treatment at will and pattern on top.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle ist innerhalb einer der Öffnungen eine Rampenstruktur angeordnet, welche zumindest eine Fläche mit einer Steigung in Richtung der Membraneinrichtung umfasst, über welche eine Bewegung des zweiten Gases in der Öffnung in Richtung der Membraneinrichtung umlenkbar ist. According to a preferred embodiment of the fuel cell, a ramp structure is arranged within one of the openings, which comprises at least one surface with an incline in the direction of the membrane device, via which a movement of the second gas in the opening in the direction of the membrane device can be deflected.
Die Rampenstruktur kann mit der Fläche einen Gasfluss, vorzugsweise das zweite Gas, in vertikaler Richtung, also zur Membraneinrichtung hin, von einem horizontalen Gasfluss besser umleiten und den Gasfluss durch die vertikale Öffnung verbessern. Die Form der Fläche kann dabei eine geneigte Ebene oder beliebig sein. With the surface, the ramp structure can better divert a gas flow, preferably the second gas, from a horizontal gas flow in the vertical direction, ie toward the membrane device, and improve the gas flow through the vertical opening. The shape of the surface can be an inclined plane or any shape.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffzelle umfasst die offenporöse Struktur einen Boden, auf welchem die Stützstrukturen angeordnet sind und auf welchem die Rampenstruktur angeordnet ist, wobei der Boden auf einer der Membraneinrichtung abgewandten Seite der Stützstrukturen angeordnet ist. According to a preferred embodiment of the fuel cell, the open-pored structure comprises a base on which the support structures are arranged and on which the ramp structure is arranged, the base being arranged on a side of the support structures remote from the membrane device.
Die Rampenstruktur kann vorteilhaft dazu dienen die Gasverteilung zu verbessern und den Wasseraustrag (diesen in eine bestimmte, etwa horizontale Fließrichtung lenken) zu optimieren, etwa auch um Turbulenz zu erzeugen. Die Rampenstruktur kann etwa eine Finne darstellen. The ramp structure can advantageously serve to improve the gas distribution and to optimize the water discharge (directing it in a specific, approximately horizontal flow direction), for example also to generate turbulence. The ramp structure can represent a fin, for example.
Erfindungsgemäß umfasst die Brennstoffzelleneinrichtung zumindest eine erste erfindungsgemäße Brennstoffzelle und eine zweite erfindungsgemäße Brennstoffzelle, bei welcher die zweite Brennstoffzelle mit deren erster Gasdiffusions- und Trägerstruktur auf einer zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur der ersten Brennstoffzelle angeordnet ist. According to the invention, the fuel cell device comprises at least a first fuel cell according to the invention and a second fuel cell according to the invention, in which the second fuel cell is arranged with its first gas diffusion and support structure on a second gas diffusion and support structure of the first fuel cell.
Die Brennstoffzelleneinrichtung kann auch als Brennstoffzellenstapeleinrichtung ausgeformt sein. Die Brennstoffzellenstapeleinrichtung kann mehrere Brennstoffzellen umfassen, wobei an den vertikalen Außenseiten jeweils eine Membraneinrichtung angeordnet sein kann und von jeweils einer Außenseite des Stapels ein anderes der beiden Reaktionsgase zugeführt werden kann. Dazu kann dann im Inneren des Stapels zur entsprechenden Außenmembran hin eine erste oder zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur anschließen, um das entsprechende Gas im Inneren zur Außenmembran zu leiten und den Stapel im Inneren gegenüber den anschließenden Brennstoffzellen zu stützen. The fuel cell device can also be designed as a fuel cell stack device. The fuel cell stack device can comprise a plurality of fuel cells, in which case one membrane device can be arranged on each of the vertical outer sides and another of the two reaction gases can be supplied from one outer side of the stack in each case. For this purpose, a first or second gas diffusion and carrier structure can then be connected inside the stack to the corresponding outer membrane in order to conduct the corresponding gas inside to the outer membrane and to support the stack inside with respect to the connected fuel cells.
Ein verbessertes Design kann für eine offenporöse Struktur erzielt werden, wobei die Stützstrukturen durch selektives Laser-Sintern hergestellt werden können. Verschiedene Anordnungen von Bogenstrukturen können unter mechanischem Druck durch die Stapelkompression besonders stabil sein und eine ausreichende Auflagefläche für die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) bieten. An improved design can be achieved for an open porous structure, where the support structures can be made by selective laser sintering. Various arrangements of sheet structures can be particularly stable under mechanical pressure due to stack compression and provide a sufficient contact surface for the membrane electrode assembly (MEA).
Durch die Form der Bogenstrukturen kann eine optimale Kraft-Weiterleitung bei minimaler Auflagefläche an den Boden und/oder die Membraneinrichtung und/oder andere Stapelkomponenten erzielt werden. Due to the shape of the arch structures, an optimal transfer of force can be achieved with a minimal contact surface on the floor and/or the membrane device and/or other stack components.
Es kann bei bogenförmigen Stützstrukturen auf Spitzen oder Kanten im Bereich der Membranauflage verzichtet werden und eine sehr offene Struktur für minimale Druckverluste der Öffnung (vertikal) erzielt werden. Des Weiteren kann auf unnötige Struktur-Teile wie z.B auf Schäume die nicht zur Funktion beitragen, verzichtet werden und es kann die Strom- und Wärmeableitung verbessert werden. In the case of arched support structures, points or edges in the area of the membrane support can be dispensed with and a very open structure for minimal pressure losses of the opening (vertical) can be achieved. Furthermore, unnecessary structural parts such as foams that do not contribute to the function can be dispensed with and the power and heat dissipation can be improved.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle ein Bereitstellen einer ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur; ein Anordnen einer Membraneinrichtung auf der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur; ein Anordnen einer zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur auf der Membraneinrichtung, wobei ein erstes Gas mit der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur zur Membraneinrichtung transportierbar ist und ein zweites Gas mit der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur zur Membraneinrichtung transportierbar ist und die Membraneinrichtung eine vorbestimmte Ladungsträgertransmission ermöglicht, wobei die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur mit einer offenporösen Struktur ausgeformt wird, welche auf der Membraneinrichtung angeordnet wird und wobei das zweite Gas durch die offenporöse Struktur bis zur Membraneinrichtung leitbar ist, wobei für die offenporöse Struktur eine Vielzahl von Stützstrukturen und Öffnungen zwischen den Stützstrukturen gebildet werden, wobei die Stützstrukturen eine vorbestimmte Höhe umfassen und eine oder mehrere der Öffnungen ringsum umlaufen. Der Boden als Grundlage zum Sintern kann ein Blech umfassen. According to the invention, in the method for producing a fuel cell, a first gas diffusion and support structure is provided; placing a membrane device on the first gas diffusion and support structure; arranging a second gas diffusion and support structure on the membrane device, wherein a first gas can be transported to the membrane device with the first gas diffusion and support structure and a second gas can be transported to the membrane device with the second gas diffusion and support structure and the membrane device enables a predetermined charge carrier transmission, wherein the second gas diffusion and Support structure is formed with an open-porous structure, which is arranged on the membrane device and wherein the second gas can be conducted through the open-porous structure to the membrane device, wherein a large number of support structures and openings between the support structures are formed for the open-porous structure, the support structures having a comprise a predetermined height and circumscribe one or more of the openings. The bottom as a base for sintering may comprise a sheet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Stützstrukturen auf einem Boden durch Lasersintern eines Stützstrukturmaterials ausgeformt. According to a preferred embodiment of the method, the support structures are formed on a floor by laser sintering a support structure material.
Zum Sintern können alle sinterbaren Materialien in Frage kommen, bevorzugt Metalle, weiter bevorzugt Edelstähle oder Titan. All sinterable materials can be considered for sintering, preferably metals, more preferably stainless steels or titanium.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Stützstrukturen jeweils mit einem Bogen ausgeformt, welche auf der Membraneinrichtung aufgesetzt werden. According to a preferred embodiment of the method, the support structures are each formed with an arc, which is placed on the membrane device.
Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits genannten Merkmale der Brennstoffzelleneinrichtung und/oder der Brennstoffzelle auszeichnen und umgekehrt. The method can advantageously also be distinguished by the already mentioned features of the fuel cell device and/or the fuel cell and vice versa.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of embodiments of the invention result from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment specified in the schematic figures of the drawing.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines seitlichen Querschnitts einer Brennstoffzelleneinrichtung mit mehreren Brennstoffzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Show it: 1 shows a schematic illustration of a lateral cross section of a fuel cell device with a plurality of fuel cells according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schrittes zum Lasersintern bei einem Verfahren zum Herstellen der Stützstrukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 shows a schematic illustration of a step for laser sintering in a method for producing the support structures according to an embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Stützstruktur in einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 shows a side view of a support structure in a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Stützstruktur in einer Brennstoffzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 is a side view of a support structure in a fuel cell according to another embodiment of the present invention;
Fig. 5a eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5a shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
Fig. 5b eine perspektivische Seitenansicht der Stützstrukturen aus der Fig. 5a; FIG. 5b shows a perspective side view of the support structures from FIG. 5a; FIG.
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to a further embodiment of the present invention;
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 8a eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle mit einer Rampenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 8a shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell with a ramp structure according to an embodiment of the present invention;
Fig. 8b eine perspektivische Seitenansicht der Fig. 8a; und Fig. 9 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 8b is a side perspective view of Fig. 8a; and 9 shows a block diagram of method steps of a method for producing a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente. In the figures, the same reference symbols denote the same elements or elements with the same function.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines seitlichen Querschnitts einer Brennstoffzelleneinrichtung mit mehreren Brennstoffzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic illustration of a lateral cross section of a fuel cell device with a plurality of fuel cells according to an exemplary embodiment of the present invention.
Die Brennstoffzellen(stapel)einrichtung 10 umfasst zumindest eine erste Brennstoffzelle EZ1 und eine zweite Brennstoffzelle EZ2, bei welcher die zweite Brennstoffzelle EZ2 mit deren erster Gasdiffusions- und Trägerstruktur TRI auf einer zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2 der ersten Brennstoffzelle EZ1 angeordnet ist. The fuel cell (stack) device 10 comprises at least a first fuel cell EZ1 and a second fuel cell EZ2, in which the second fuel cell EZ2 is arranged with its first gas diffusion and support structure TRI on a second gas diffusion and support structure TR2 of the first fuel cell EZ1.
Die Brennstoffzellen EZ1 und EZ2 umfassend jeweils eine erste Gasdiffusionsund Trägerstruktur TRI; eine Membraneinrichtung MEA, welche auf der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur TRI angeordnet ist; und eine zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2, welche auf der Membraneinrichtung MEA angeordnet ist, wobei ein erstes Gas Gl mit der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur TRI zur Membraneinrichtung MEA transportierbar ist und ein zweites Gas G2 mit der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2 zur Membraneinrichtung MEA transportierbar ist und die Membraneinrichtung MEA eine vorbestimmte Ladungsträgertransmission ermöglicht, wobei die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2 eine offenporöse Struktur OS umfasst, welche auf der Membraneinrichtung MEA angeordnet ist und wobei das zweite Gas G2 durch die offenporöse Struktur OS bis zur Membraneinrichtung MEA leitbar ist, wobei die offenporöse Struktur eine Vielzahl von Stützstrukturen und Öffnungen zwischen den Stützstrukturen umfasst, wobei die Stützstrukturen eine vorbestimmte Höhe umfassen und eine oder mehrere der Öffnungen ringsum umlaufen (nicht gezeigt). Die erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur TRI kann eine Wellenform umfassen, etwa ein Wellblech mit Erhebungen und Vertiefungen um dort das erste Gas zu leiten, anliegend an die Membraneinrichtung. Auf einer Seite, welche der Membraneinrichtung abgewandt ist, kann eine solche Erhebung dann gegenüber der anliegenden zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2 der benachbarten Brennstoffzelle einen Hohlraum H bilden, in welchem ein Kühlmittel leitbar ist, um die Brennstoffzelle kühlen zu können, bzw. um die entstehende Wärme abtransportieren und nutzen zu können. Die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2 kann eine durchgehend planare Form umfassen und dabei einen Boden B und eine offenporöse Struktur OS darauf umfassen, durch welche das zweite Gas G2 zur Membraneinrichtung leitbar sein kann. The fuel cells EZ1 and EZ2 each comprise a first gas diffusion and carrier structure TRI; a membrane device MEA, which is arranged on the first gas diffusion and support structure TRI; and a second gas diffusion and support structure TR2, which is arranged on the membrane device MEA, with a first gas Gl being transportable with the first gas diffusion and support structure TRI to the membrane device MEA and a second gas G2 with the second gas diffusion and support structure TR2 to the membrane device MEA can be transported and the membrane device MEA enables a predetermined charge carrier transmission, the second gas diffusion and carrier structure TR2 comprising an open-pored structure OS which is arranged on the membrane device MEA and the second gas G2 can be conducted through the open-pored structure OS to the membrane device MEA wherein the open porous structure comprises a plurality of support structures and openings between the support structures, the support structures having a predetermined height and circumscribing one or more of the openings (not shown). The first gas diffusion and support structure TRI can have a corrugated shape, such as a corrugated sheet with elevations and depressions, in order to conduct the first gas there, adjacent to the membrane device. On a side facing away from the membrane device, such an elevation can then form a cavity H opposite the adjacent second gas diffusion and support structure TR2 of the adjacent fuel cell, in which a coolant can be conducted in order to be able to cool the fuel cell or around the to be able to dissipate and use the generated heat. The second gas diffusion and support structure TR2 may comprise a continuous planar form comprising a bottom B and an open porous structure OS thereon through which the second gas G2 may be conductive to the membrane means.
Die Brennstoffzellen(stapel)einrichtung 10 kann mehrere Brennstoffzellen umfassen, wobei an den vertikalen Außenseiten jeweils eine Membraneinrichtung MEA angeordnet sein kann und von jeweils einer Außenseite des Stapels ein anderes der beiden Reaktionsgase zugeführt werden kann. Dazu kann dann im Inneren des Stapels zur entsprechenden Außenmembran hin eine erste oder zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur anschließen, um das entsprechende Gas im Inneren zur Außenmembran zu leiten und den Stapel im Inneren gegenüber den anschließenden Brennstoffzellen zu stützen. Die Membraneinrichtungen können jeweils auf einer Seite eine erste Elektrode A und auf der anderen Seite eine zweite Elektrode K umfassen. Bei der offenporösen Struktur OS können Stützstrukturen (nicht gezeigt) die üblichen Streckmetalle, Schäume, Gewebe etc. ersetzen. Die erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur TRI kann sich mit der Höhe der Wellenformen jeweils bis zu einer gleichen Höhe erstrecken (nicht gezeigt), oder die Höhen der einzelnen Wellenbuckel können unterschiedlich sein. The fuel cell (stack) device 10 can comprise a plurality of fuel cells, in which case one membrane device MEA can be arranged on each of the vertical outer sides and another of the two reaction gases can be supplied from one outer side of the stack in each case. For this purpose, a first or second gas diffusion and carrier structure can then be connected inside the stack to the corresponding outer membrane in order to conduct the corresponding gas inside to the outer membrane and to support the stack inside with respect to the connected fuel cells. The membrane devices can each comprise a first electrode A on one side and a second electrode K on the other side. In the case of the open-pored structure OS, support structures (not shown) can replace the usual expanded metals, foams, fabrics, etc. The first gas diffusion and support structure TRI can extend to the same height as the height of the corrugations (not shown), or the heights of the individual corrugation humps can be different.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schrittes zum Lasersintern bei einem Verfahren zum Herstellen der Stützstrukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. FIG. 2 shows a schematic representation of a laser sintering step in a method for producing the support structures according to an exemplary embodiment of the present invention.
Auf eine Unterlage, etwa den Boden (B in Fig. 1) aus der zweite Gasdiffusionsund Trägerstruktur, kann ein Pulvermaterial aufgebracht werden und mit einem Laserlicht L entlang der Richtung LR abgefahren und auf dem Boden aufgeschmolzen werden, insbesondere an den gewünschten Bereichen zweidimensional auf dem Boden. In weiterer Folge kann dann eine erneute Schicht des Pulvermaterials auf solche Stellen aufgebracht werden, welche in vertikaler Richtung dreidimensional verbunden sein sollen, als gesintertes festes Material. Dabei kann in der nächstaufgebrachten Schicht wieder der Laser L in der Richtung LR das Pulvermaterial aufschmelzen. Die Fig. 2 zeigt nur eine eindimensionale Bewegung LR, diese kann jedoch in der Ebene des Bodens und in dazu parallelen Ebenen auch zweidimensional sein um eine räumliche Struktur durch Sintern zu erzeugen. Hierbei handelt es sich um eine Technologie, bei der metallische Werkstoffe mit Hilfe eines Lasers durch selektives Aufschmelzen von Metallpulver erzeugt werden. Für 3- dimensionale Formen wird nach jedem Aufschmelzen eine neue Schicht aus Metallpartikeln aufgebracht. On a base, such as the bottom (B in Fig. 1) from the second gas diffusion and support structure, a powder material can be applied and with a Laser light L are traversed along the direction LR and melted on the floor, in particular in the desired two-dimensional areas on the floor. Subsequently, a new layer of the powder material can then be applied to those points which are to be connected three-dimensionally in the vertical direction, as a sintered solid material. The laser L can again melt the powder material in the direction LR in the next applied layer. 2 only shows a one-dimensional movement LR, but this can also be two-dimensional in the plane of the floor and in planes parallel thereto in order to produce a three-dimensional structure by sintering. This is a technology in which metallic materials are produced with the help of a laser by selectively melting metal powder. For 3-dimensional shapes, a new layer of metal particles is applied after each melting.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer Stützstruktur in einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows a side view of a support structure in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
Die Stützstruktur ST, die in der Fig. 3 gezeigt ist, umfasst einen Bogen BG mit einem Vertikalbereich VB, wobei letzterer auf einem Boden B, etwa einer Platte, ausgeformt ist, vorteilhaft mittels eines Lasersinterprozesses. Die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur kann eine Vielzahl solcher Strukturen umfassen. Dabei überspannt die Bogenstruktur BG vorteilhaft eine horizontal ausgerichtete Öffnung, durch welche ein zweites Gas durchtreten kann, und mehrere solcher Stützstrukturen ST können einen Bereich umlaufen, welcher eine vertikale Öffnung bilden kann (nicht gezeigt). Oben auf die Bogenstruktur BG kann eine Membraneinrichtung (nicht gezeigt) abgestützt sein, vorteilhaft kann durch die Bogenform eine größere Kraft auf die Vertikalbereiche VB abgeleitet werden und gegenüber geradlinigen Strukturen die Stützkraft vergrößert werden. Die Bogenstruktur kann einen Halbkreis umfassen. The support structure ST shown in FIG. 3 comprises an arc BG with a vertical area VB, the latter being formed on a base B, such as a plate, advantageously by means of a laser sintering process. The second gas diffusion and support structure may include a variety of such structures. In this case, the arched structure BG advantageously spans a horizontally oriented opening through which a second gas can pass, and a plurality of such support structures ST can run around an area which can form a vertical opening (not shown). A membrane device (not shown) can be supported on top of the arcuate structure BG; the arcuate shape advantageously allows a greater force to be diverted to the vertical regions VB and the supporting force can be increased compared to straight-line structures. The arcuate structure may comprise a semi-circle.
Eine Höhe der Bogenstruktur (mit oder ohne Vertikalbereich), etwa ein Abstand zwischen Boden und Membraneinrichtung kann etwa 50pm - 1000pm, bevorzugt 100pm - 500pm betragen. Ein Abstand zwischen Vertikalbereichen, also eine Spannbreite der Bogenstruktur kann 10pm - 100pm, bevorzugt 10pm - 50pm betragen. Ein Bogen- Radius der Bogenstruktur kann ein halber Abstand der Bogenstruktur (Halbkreis) sein. Eine Dicke des Vertikalbereichs VB und/oder der Bogenstruktur BG kann etwa 2pm - 20pm sein (bei kreisrundem Querschnitt also der Durchmesser). A height of the arched structure (with or without a vertical area), for example a distance between the floor and the membrane device, can be about 50 pm - 1000 pm, preferably 100 pm - 500 pm. A distance between vertical areas, ie a span width of the arched structure, can be 10 pm - 100 pm, preferably 10 pm - 50 pm. An arch radius of the arch structure can be half a distance of the Arch structure (semicircle). A thickness of the vertical area VB and/or the arched structure BG can be approximately 2 pm - 20 pm (ie the diameter in the case of a circular cross section).
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Stützstruktur in einer Brennstoffzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 shows a side view of a support structure in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
Die Fig. 4 zeigt eine Vielzahl von Stützstrukturen ST jeweils mit Bogenstrukturen BG, wobei zwei benachbarte Bogenstrukturen BG auf einem gleichen Vertikalbereich VB ausgeformt und abgestützt sein können. In der Fig. 4 wird noch gezeigt, dass die Membraneinrichtung MEA auf den Bogenstrukturen BG abgestützt sein kann und dass die Stützstrukturen ST, welche die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2 bilden können, eine Stützkraft zwischen Boden B und Membraneinrichtung MEA aufnehmen bzw. zueinander weitergeben können. FIG. 4 shows a large number of support structures ST, each with arch structures BG, it being possible for two adjacent arch structures BG to be formed and supported on the same vertical area VB. 4 also shows that the membrane device MEA can be supported on the arched structures BG and that the support structures ST, which can form the second gas diffusion and carrier structure TR2, absorb a supporting force between the base B and the membrane device MEA or pass it on to one another be able.
Fig. 5a zeigt eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5a shows a top view of an opening and support structures in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
In Draufsicht aus der vertikalen Richtung, also senkrecht auf eine planare Erstreckungsrichtung der xy- Ebene (etwa wie aus der Fig. 6 ersichtlich) der Membraneinrichtung, können die Stützstrukturen eine Öffnung OP umlaufen, wobei Stützstrukturen ST aneinander an deren Fußpunkten auf dem Boden lateral (horizontal benachbart) anschließen können und in vertikaler Draufsicht einen bestimmten Winkel zueinander einnehmen können. Somit können mehrere benachbarte Stützstrukturen ST mit deren Bogenstrukturen BG ein Polygon ausformen, welches die vertikale Öffnung OP umlaufen kann. Die Fig. 5a zeigt eine Dreieckstruktur der Umrandung der Öffnung OP. Die vertikale Richtung entspricht dabei der z- Richtung (siehe dazu auch Fig. 6). In a plan view from the vertical direction, ie perpendicular to a planar extension direction of the xy plane (as can be seen from FIG. 6) of the membrane device, the support structures can run around an opening OP, with support structures ST being joined laterally at their base points on the floor ( horizontally adjacent) can connect and can assume a certain angle to each other in a vertical plan view. A plurality of adjacent support structures ST can thus form a polygon with their arc structures BG, which can encircle the vertical opening OP. 5a shows a triangular structure of the border of the opening OP. The vertical direction corresponds to the z-direction (see also FIG. 6).
Fig. 5b zeigt eine perspektivische Seitenansicht der Stützstrukturen aus der Fig. 5a. FIG. 5b shows a perspective side view of the support structures from FIG. 5a.
Die Fig. 5b zeigt auch die seitliche Form der Dreiecksbegrenzung der Öffnung OP. Dabei formt jede Bogenstruktur BG vorteilhaft eine horizontale Öffnung für den Gasfluss des zweiten Gases durch die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur TR2. 5b also shows the lateral shape of the triangular delimitation of the opening OP. In this case, each arch structure BG advantageously forms a horizontal opening for the gas flow of the second gas through the second gas diffusion and support structure TR2.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
Die vertikale Ausdehnung in z- Richtung der Stützstrukturen ST bildet vorteilhaft eine vertikale Öffnung OP für den Gasfluss. Horizontal in der xy-Ebene können die Bogenstrukturen BG dann etwa ein Sechseck bilden. The vertical extent in the z-direction of the support structures ST advantageously forms a vertical opening OP for the gas flow. The arc structures BG can then form approximately a hexagon horizontally in the xy plane.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. FIG. 7 shows a plan view of an opening and support structures in a fuel cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
Die Draufsicht auf die Öffnung OP in der Fig. 7 unterscheidet sich von jener der Fig. 5a darin, dass die Bogenstrukturen BG der Stützstrukturen ST die Öffnungen OP derart umlaufen können, dass die umlaufende Umrandungen der Öffnungen OP ein Viereck 4, ein Fünfeck 5, ein Sechseck 6 oder ähnliches darstellen können, um alle Öffnungen OP gleich oder verschieden. The plan view of the opening OP in FIG. 7 differs from that of FIG. a hexagon 6 or the like, around all the openings OP the same or different.
Fig. 8a zeigt eine Draufsicht auf eine Öffnung und Stützstrukturen in einer Brennstoffzelle mit einer Rampenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8a shows a top view of an opening and support structures in a fuel cell with a ramp structure according to an embodiment of the present invention.
Innerhalb einer der Öffnungen OP kann eine Rampenstruktur RS angeordnet sein, etwa auf dem Boden, welche zumindest eine Fläche F mit einer Steigung in Richtung der Membraneinrichtung MEA, also in z-Richtung, umfassen kann, über welche eine Bewegung des zweiten Gases G2 in der Öffnung OP in Richtung der Membraneinrichtung, also in z-Richtung, umlenkbar ist, dies von einer y-und/oder x-Richtung. Die Fig. 8b zeigt die Anordnung der Fig. 8a auch von der Seite. Die Fläche F zur Umlenkung kann eine Ebene, ein Kreissegment oder eine beliebige andere Form sein. Eine vertikale Höhe der Rampenstruktur RS kann etwa 10 - 90% der Höhe der Stützstruktur, bevorzugt 20-60% davon betragen. A ramp structure RS can be arranged within one of the openings OP, e.g Opening OP can be deflected in the direction of the membrane device, ie in the z direction, from a y and/or x direction. FIG. 8b also shows the arrangement of FIG. 8a from the side. The area F for deflection can be a plane, a segment of a circle or any other shape. A vertical height of the ramp structure RS can be approximately 10-90% of the height of the support structure, preferably 20-60% thereof.
Fig. 9 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. FIG. 9 shows a block diagram of method steps of a method for producing a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle erfolgt ein Bereitstellen S1 einer ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur; ein Anordnen S2 einer Membraneinrichtung auf der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur; ein Anordnen S3 einer zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur auf der Membraneinrichtung, wobei ein erstes Gas mit der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur zur Membraneinrichtung transportierbar ist und ein zweites Gas mit der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur zur Membraneinrichtung transportierbar ist und die Membraneinrichtung eine vorbestimmte Ladungsträgertransmission ermöglicht, wobei die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur mit einer offenporösen Struktur ausgeformt wird, welche auf der Membraneinrichtung angeordnet wird und wobei das zweite Gas durch die offenporöse Struktur bis zur Membraneinrichtung leitbar ist, wobei für die offenporöse Struktur eine Vielzahl von Stützstrukturen und Öffnungen zwischen den Stützstrukturen gebildet werden, wobei die Stützstrukturen eine vorbestimmte Höhe umfassen und eine oder mehrere der Öffnungen ringsum umlaufen. In the method for producing a fuel cell, a first gas diffusion and carrier structure is provided S1; arranging S2 a membrane device on the first gas diffusion and support structure; arranging S3 a second gas diffusion and support structure on the membrane device, wherein a first gas can be transported to the membrane device with the first gas diffusion and support structure and a second gas can be transported to the membrane device with the second gas diffusion and support structure and the membrane device enables a predetermined charge carrier transmission , wherein the second gas diffusion and support structure is formed with an open-pored structure, which is arranged on the membrane device and wherein the second gas can be conducted through the open-pored structure to the membrane device, with a plurality of support structures and openings between the support structures for the open-pored structure are formed, the support structures comprising a predetermined height and circumscribing one or more of the openings.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Although the present invention has been fully described above with reference to the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto but can be modified in a variety of ways.

Claims

Ansprüche Brennstoffzelle (EZ) für eine Brennstoffzelleneinrichtung (10) umfassend Claims Fuel cell (EZ) for a fuel cell device (10) comprising
- eine erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI); - a first gas diffusion and support structure (TRI);
- eine Membraneinrichtung (MEA), welche auf der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI) angeordnet ist; und - A membrane device (MEA) which is arranged on the first gas diffusion and support structure (TRI); and
- eine zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TR2), welche auf der Membraneinrichtung (MEA) angeordnet ist, wobei ein erstes Gas (Gl) mit der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI) zur Membraneinrichtung (MEA) transportierbar ist und ein zweites Gas (G2) mit der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TR2) zur Membraneinrichtung (MEA) transportierbar ist und die Membraneinrichtung (MEA) eine vorbestimmte Ladungsträgertransmission ermöglicht, wobei die zweite Gasdiffusionsund Trägerstruktur (TR2) eine offenporöse Struktur (OS) umfasst, welche auf der Membraneinrichtung (MEA) angeordnet ist und wobei das zweite Gas (G2) durch die offenporöse Struktur (OS) bis zur Membraneinrichtung (MEA) leitbar ist, wobei die offenporöse Struktur (OS) eine Vielzahl von Stützstrukturen (ST) und Öffnungen (OP) zwischen den Stützstrukturen (ST) umfasst, wobei die Stützstrukturen (ST) eine vorbestimmte Höhe umfassen und eine oder mehrere der Öffnungen (OP) ringsum umlaufen. Brennstoffzelle (EZ) nach Anspruch 1, bei welcher die erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI) und/oder die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TR2) eine Wellenform umfasst. Brennstoffzelle (EZ) nach Anspruch 1, bei welcher die erste Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI) und/oder die zweite Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TR2) eine durchgehend planare Form umfasst. Brennstoffzelle (EZ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Stützstrukturen (ST) Bogenstrukturen (BG) umfassen. Brennstoffzelle (EZ) nach Anspruch 4, bei welcher die Stützstrukturen (ST) Vertikalbereiche (VB) umfassen, auf welchen die Bogenstrukturen (BG) aufgesetzt sind. Brennstoffzelle (EZ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Stützstrukturen (ST) in einem polygonalen Muster um eine der Öffnungen (OP) angeordnet sind. Brennstoffzelle (EZ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Stützstrukturen (ST) ein lasergesintertes Material umfassen. Brennstoffzelle (EZ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher innerhalb einer der Öffnungen (OP) eine Rampenstruktur (RS) angeordnet ist, welche zumindest eine Fläche (F) mit einer Steigung in Richtung der Membraneinrichtung (MEA) umfasst, über welche eine Bewegung des zweiten Gases (G2) in der Öffnung (OP) in Richtung der Membraneinrichtung (MEA) umlenkbar ist. Brennstoffzelle (EZ) nach Anspruch 8, bei welcher die offenporöse Struktur (OS) einen Boden (B) umfasst, auf welchem die Stützstrukturen (ST) angeordnet sind und auf welchem die Rampenstruktur (RS) angeordnet ist, wobei der Boden (B) auf einer der Membraneinrichtung (MEA) abgewandten Seite der Stützstrukturen (ST) angeordnet ist. Brennstoffzelleneinrichtung (10) umfassend zumindest eine erste Brennstoffzelle (EZ1) und eine zweite Brennstoffzelle (EZ2), jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die zweite Brennstoffzelle (EZ2) mit deren erster Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI) auf einer zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TR2) der ersten Brennstoffzelle (EZ1) angeordnet ist. Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle (EZ), umfassend die Schritte: - A second gas diffusion and support structure (TR2), which is arranged on the membrane device (MEA), wherein a first gas (Gl) can be transported with the first gas diffusion and support structure (TRI) to the membrane device (MEA) and a second gas ( G2) can be transported with the second gas diffusion and support structure (TR2) to the membrane device (MEA) and the membrane device (MEA) enables a predetermined charge carrier transmission, the second gas diffusion and support structure (TR2) comprising an open-porous structure (OS) which is on the membrane device (MEA) is arranged and wherein the second gas (G2) can be conducted through the open-porous structure (OS) to the membrane device (MEA), the open-porous structure (OS) having a plurality of support structures (ST) and openings (OP) between the Support structures (ST) comprises, wherein the support structures (ST) comprise a predetermined height and one or more of the openings (OP) encircle. Fuel cell (EZ) according to Claim 1, in which the first gas diffusion and support structure (TRI) and/or the second gas diffusion and support structure (TR2) comprises a waveform. Fuel cell (EZ) according to Claim 1, in which the first gas diffusion and support structure (TRI) and/or the second gas diffusion and support structure (TR2) comprises a continuously planar shape. Fuel cell (EZ) according to one of Claims 1 to 3, in which the supporting structures (ST) comprise arched structures (BG). Fuel cell (EZ) according to Claim 4, in which the support structures (ST) comprise vertical regions (VB) on which the curved structures (BG) are placed. Fuel cell (EZ) according to one of Claims 1 to 5, in which the support structures (ST) are arranged in a polygonal pattern around one of the openings (OP). Fuel cell (EZ) according to one of Claims 1 to 6, in which the support structures (ST) comprise a laser-sintered material. Fuel cell (EZ) according to one of Claims 1 to 7, in which a ramp structure (RS) is arranged within one of the openings (OP), which comprises at least one surface (F) with a slope in the direction of the membrane device (MEA) over which a movement of the second gas (G2) in the opening (OP) in the direction of the membrane device (MEA) can be deflected. Fuel cell (EZ) according to claim 8, in which the open-porous structure (OS) comprises a base (B) on which the support structures (ST) are arranged and on which the ramp structure (RS) is arranged, the base (B) on is arranged on a side of the support structures (ST) facing away from the membrane device (MEA). Fuel cell device (10) comprising at least a first fuel cell (EZ1) and a second fuel cell (EZ2), each according to one of Claims 1 to 9, in which the second fuel cell (EZ2) with its first gas diffusion and carrier structure (TRI) on a second Gas diffusion and support structure (TR2) of the first fuel cell (EZ1) is arranged. Method for producing a fuel cell (EZ), comprising the steps:
- Bereitstellen (Sl) einer ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI); - Providing (Sl) a first gas diffusion and carrier structure (TRI);
- Anordnen (S2) einer Membraneinrichtung (MEA) auf der ersten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TRI); - Arranging (S2) a membrane device (MEA) on the first gas diffusion and support structure (TRI);
- Anordnen (S3) einer zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TR2) auf der Membraneinrichtung (MEA), wobei ein erstes Gas (Gl) mit der ersten Gasdiffusionsund Trägerstruktur (TRI) zur Membraneinrichtung (MEA) transportierbar ist und ein zweites Gas (G2) mit der zweiten Gasdiffusions- und Trägerstruktur (TR2) zur Membraneinrichtung (MEA) transportierbar ist und die Membraneinrichtung (MEA) eine vorbestimmte Ladungsträgertransmission ermöglicht, wobei die zweite Gasdiffusionsund Trägerstruktur (TR2) mit einer offenporösen Struktur (OS) ausgeformt wird, welche auf der Membraneinrichtung (MEA) angeordnet wird und wobei das zweite Gas (G2) - 18 - durch die offenporöse Struktur (OS) bis zur Membraneinrichtung (MEA) leitbar ist, wobei für die offenporöse Struktur (OS) eine Vielzahl von Stützstrukturen (ST) und Öffnungen (OP) zwischen den Stützstrukturen (ST) gebildet werden, wobei die Stützstrukturen (ST) eine vorbestimmte Höhe umfassen und eine oder mehrere der Öffnungen (OP) ringsum umlaufen. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Stützstrukturen (ST) auf einem Boden durch Lasersintern eines Stützstrukturmaterials ausgeformt werden. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem die Stützstrukturen (ST) jeweils mit einem Bogen (BG) ausgeformt werden, welche auf der Membraneinrichtung (MEA) aufgesetzt werden. - Arranging (S3) a second gas diffusion and support structure (TR2) on the membrane device (MEA), wherein a first gas (Gl) with the first gas diffusion and support structure (TRI) to the membrane device (MEA) can be transported and a second gas (G2) can be transported with the second gas diffusion and support structure (TR2) to the membrane device (MEA) and the membrane device (MEA) enables a predetermined charge carrier transmission, the second gas diffusion and support structure (TR2) being formed with an open-pored structure (OS) which is formed on the membrane device (MEA) is arranged and wherein the second gas (G2) - 18 - through the open-porous structure (OS) to the membrane device (MEA) can be conducted, with a large number of support structures (ST) and openings (OP) being formed between the support structures (ST) for the open-porous structure (OS), the Support structures (ST) comprise a predetermined height and one or more of the openings (OP) encircle. Method according to Claim 11, in which the support structures (ST) are formed on a floor by laser sintering a support structure material. Method according to Claim 11 or 12, in which the support structures (ST) are each formed with a sheet (BG) which is placed on the membrane device (MEA).
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