DE102021104456A1

DE102021104456A1 - fuel cell unit

Info

Publication number: DE102021104456A1
Application number: DE102021104456.1A
Authority: DE
Inventors: Andy Gottschalk; Robert Landvogt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-08-25

Abstract

Brennstoffzelleneinheit (1) als Brennstoffzellenstapel (1) zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie, umfassend gestapelt angeordnete Brennstoffzellen (2), die Brennstoffzellen (2) umfassend jeweils eine Protonenaustauschermembran (6), eine Anode (7), eine Kathode (8), eine Bipolarplatte (10), wenigstens eine Gasdiffusionsschicht (9), wobei die Protonenaustauschermembran (6), die Anode (7) und die Kathode (8) eine Membranelektrodenanordnung (6) bilden, wenigstens einen Zuführkanal (43) als Oxidationsmittelkanal (45) zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2), wenigstens einen Abführkanal (44) als Oxidationsmittelkanal (46, 47) zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2), wobei wenigstens eine erster Oxidationsmittelkanal (45) zwischen den Membranelektrodenanordnungen (6) der Brennstoffzellen (2) angeordnet ist und an einem dem Gasraum (31) für Brennstoff zugewandten ersten Seite (73) der Bipolarplatte (10) erste streifenförmige Auflagebereiche (71) ausgebildet sind und die ersten streifenförmigen Auflagebereiche (71) auf der Gasdiffusionsschicht (10) in dem Gasraum (31) für Brennstoff aufliegen und an einer dem Gasraum (32) für Oxidationsmittel zugewandten zweiten Seite (74) der Bipolarplatte (10) zweite streifenförmige Auflagebereiche (72) ausgebildet sind und die zweiten streifenförmigen Auflagebereiche (72) auf der Gasdiffusionsschicht (10) in dem Gasraum (32) für Oxidationsmittel aufliegen.Fuel cell unit (1) as a fuel cell stack (1) for the electrochemical generation of electrical energy, comprising stacked fuel cells (2), the fuel cells (2) each comprising a proton exchange membrane (6), an anode (7), a cathode (8), a Bipolar plate (10), at least one gas diffusion layer (9), the proton exchange membrane (6), the anode (7) and the cathode (8) forming a membrane electrode arrangement (6), at least one feed channel (43) as an oxidizing agent channel (45) for feeding of oxidizing agent into the gas spaces (32) for oxidizing agent of the fuel cells (2), at least one discharge channel (44) as an oxidizing agent channel (46, 47) for discharging oxidizing agent from the gas spaces (32) for oxidizing agent of the fuel cells (2), at least one first oxidizing agent channel (45) is arranged between the membrane electrode assemblies (6) of the fuel cells (2) and on the gas space (31) for fuel First strip-shaped bearing regions (71) are formed on the first side (73) of the bipolar plate (10) facing towards them and the first strip-shaped bearing regions (71) rest on the gas diffusion layer (10) in the gas chamber (31) for fuel and on one of the gas chamber (32) second side (74) of the bipolar plate (10) facing towards the oxidizing agent, second strip-shaped bearing regions (72) are formed and the second strip-shaped bearing regions (72) lie on the gas diffusion layer (10) in the gas chamber (32) for oxidizing agents.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bipolarplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Brennstoffzelleneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 und ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.The present invention relates to a bipolar plate according to the preamble of claim 1, a fuel cell unit according to the preamble of claim 2 and a fuel cell system according to the preamble of claim 15.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittels in elektrische Energie und Wasser um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In Brennstoffzelleneinheiten sind eine Vielzahl von Brennstoffzellen übereinander in einem Stapel als Stack angeordnet.Fuel cell units as galvanic cells convert continuously supplied fuel and oxidant into electrical energy and water by means of redox reactions at an anode and cathode. Fuel cells are used in a wide variety of stationary and mobile applications, for example in houses without a connection to a power grid or in motor vehicles, in rail transport, in aviation, in space travel and in shipping. In fuel cell units, a large number of fuel cells are arranged one above the other in a stack as a stack.

In Brennstoffzelleneinheiten sind eine große Anzahl von Brennstoffzellen übereinander zu einem Brennstoffzellenstapel angeordnet. Innerhalb der Brennstoffzellen ist jeweils ein Gasraum für Oxidationsmittel vorhanden, das heißt ein Strömungsraum zum Durchleiten von Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft aus der Umgebung mit Sauerstoff. Der Gasraum für Oxidationsmittel ist von Kanälen an der Bipolarplatte und von einer Gasdiffusionsschicht für eine Kathode gebildet. Die Kanäle sind somit von einer entsprechenden Kanalstruktur einer Bipolarplatte gebildet und durch die Gasdiffusionsschicht gelangt das Oxidationsmittel, nämlich Sauerstoff, zu der Kathode der Brennstoffzellen. An den Kathoden entsteht aufgrund der elektrochemischen Reaktion Wasser, sodass es dadurch an dem Gasraum für Oxidationsmittel, insbesondere an der Gasdiffusionsschicht, zu einer Anreicherung von Wasser bzw. Kondensat kommt. Die Anreicherung von Wasser im Bereich der Kathode, das heißt insbesondere an der Gasdiffusionsschicht für die Kathode, führt zu einer Unterversorgung der Katalysatorschicht mit Oxidationsmittel aufgrund der Flutung der Gasdiffusionsschicht mit Wasser, sodass dadurch die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Spannung stark abnimmt. Ferner verursacht dies eine erhöhte Alterung der Brennstoffzelle aufgrund der Anreicherung mit Wasser. Aus diesem Grund wird versucht, derartige Anreicherungen von Wasser in dem Gasraum für Oxidationsmittel zu vermeiden. Die Luft aus der Umgebung wird mit einer Gasfördereinrichtung, beispielsweise einem Gebläse oder einem Kompressor, in die Gasräume für Oxidationsmittel eingeleitet.In fuel cell units, a large number of fuel cells are arranged one above the other to form a fuel cell stack. Inside each fuel cell there is a gas space for oxidizing agent, ie a flow space for conducting oxidizing agent, such as air from the environment with oxygen, through. The oxidant gas space is formed by channels on the bipolar plate and by a gas diffusion layer for a cathode. The channels are thus formed by a corresponding channel structure of a bipolar plate and the oxidizing agent, namely oxygen, reaches the cathode of the fuel cells through the gas diffusion layer. Due to the electrochemical reaction, water is formed at the cathodes, so that an accumulation of water or condensate occurs in the gas space for oxidizing agents, in particular at the gas diffusion layer. The accumulation of water in the area of the cathode, i.e. in particular on the gas diffusion layer for the cathode, leads to an undersupply of the catalyst layer with oxidizing agent due to the flooding of the gas diffusion layer with water, so that the electrical voltage generated by the fuel cell decreases significantly. Furthermore, this causes increased aging of the fuel cell due to the accumulation of water. For this reason, attempts are made to avoid such accumulations of water in the gas space for oxidizing agents. The air from the environment is introduced into the gas spaces for oxidizing agents with a gas conveying device, for example a blower or a compressor.

Das Oxidationsmittel wird durch wenigsten einen Zuführkanal in die Gasräume für Oxidationsmittel eingeleitet und durch wenigstens einen Abführkanal aus den Gasräumen für Oxidationsmittel ausgebleitet. In den Bipolarplatten und den Membranelektrodenanordnungen sind Verlängerungen als Abdichtplatten ausgebildet und in den Abdichtplatten sind Fluidöffnungen eingearbeitet. Die Fluidöffnungen sind fluchtend gestapelt in der Brennstoffzelleneinheit ausgerichtet, so dass die Fluidöffnungen den wenigstens einen Zuführkanal und den wenigstens einen Abführkanal bilden. Zwischen den Abdichtplatten im Bereich der Fluidöffnungen sind Dichtungen angeordnet, damit das Oxidationsmittel nicht unkontrolliert in die Zwischenräume zwischen den Abdichtplatten gelangt. Zu- und Abführkanäle für Brennstoff und Kühlmittel sind in analoger Weise als Fluidöffnungen an den Abdichtplatten ausgebildet.The oxidizing agent is introduced into the oxidizing agent gas spaces through at least one supply channel and is bled out of the oxidizing agent gas spaces through at least one discharge channel. Extensions are formed as sealing plates in the bipolar plates and the membrane electrode assemblies, and fluid openings are machined into the sealing plates. The fluid openings are aligned and stacked in the fuel cell unit such that the fluid openings form the at least one supply channel and the at least one discharge channel. Seals are arranged between the sealing plates in the area of the fluid openings, so that the oxidizing agent does not get into the gaps between the sealing plates in an uncontrolled manner. Supply and discharge channels for fuel and coolant are designed in an analogous manner as fluid openings on the sealing plates.

Der wenigstens eine Zuführkanal für Oxidationsmittel ist an einer Seite bzw. im Bereich eines Endes der Membranelektrodenanordnung und der Gasdiffusionssicht angeordnet und der wenigstens eine Abführkanal für Oxidationsmittel an einer anderen gegenüberliegenden Seite bzw. im Bereich eines anderen gegenüberliegenden Endes der Membranelektrodenanordnung und der Gasdiffusionssicht angeordnet. Das Oxidationsmittel muss damit bei einer Anordnung des wenigstens einen Zuführkanales und wenigstens einen Abführkanales an einer Längsseite die gesamte Querausdehnung des Gasraumes, d. h. die gesamte Querausdehnung der Kanäle für Oxidationsmittel und der Gasdiffusionsschicht für Oxidationsmittel, durchströmen, so dass dies zu großen Unterschieden in der Temperatur und der Feuchtigkeit in dem Gasraum für Oxidationsmittel führt. Ferner treten in nachteilige Weise ein großer Druckabfall und eine erhebliche Sauerstoffverarmung des Oxidationsmittels bis zum Ausströmen aus dem Gasraum auf. Damit nimmt die Leistung der Brennstoffzelle ab und die Alterung wird erhöht.The at least one supply channel for oxidizing agent is arranged on one side or in the area of one end of the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer, and the at least one discharge channel for oxidizing agent is arranged on another opposite side or in the area of another opposite end of the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer. When the at least one supply channel and at least one discharge channel are arranged on one longitudinal side, the oxidizing agent must cover the entire transverse extent of the gas space, i. H. the entire transverse extent of the oxidant channels and the oxidant gas diffusion layer, so that this leads to large differences in temperature and humidity in the oxidant gas space. Furthermore, a large drop in pressure and a considerable depletion of oxygen in the oxidizing agent occur in a disadvantageous manner before it flows out of the gas space. This reduces the performance of the fuel cell and increases aging.

Die DE 10 2006 019 114 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen, wobei jede der Brennstoffzellen eine Membranelektrodenanordnung, eine Anodenkatalysatorschicht auf einer ersten Seite der Membranelektrodenanordnung und eine Kathodenkatalysatorschicht auf einer zweiten Seite der Membranelektrodenanordnung umfasst, wobei die Vielzahl von Brennstoffzellen in zumindest zwei Stufen angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Brennstoffzellen in jeder der zumindest zwei Stufen in einer parallelen Anordnung angeordnet sind und die Stufen in einer seriellen Anordnung angeordnet sind, wobei eine erste Stufe eine erste Vielzahl von Brennstoffzellen aufweist und eine zweite Stufe eine zweite Vielzahl von Brennstoffzellen aufweist, wobei die erste Vielzahl von Brennstoffzellen eine größere Anzahl von Brennstoffzellen als die zweite Vielzahl von Brennstoffzellen umfasst; einem Anodengaseinlassverteiler in Verbindung mit der ersten Stufe; zumindest einem Einlass/Austragsverteiler für Anodengas, wobei der Einlass/Austragsverteiler für Anodengas ermöglicht, dass Anodenabgas die erste Stufe verlassen kann, und ermöglicht, dass das Anodenabgas in die zweite Stufe eintreten kann; und einem Anodengasaustragsverteiler in Verbindung mit der zweiten Stufe.the DE 10 2006 019 114 A1 discloses a fuel cell system having a plurality of fuel cells, each of the fuel cells comprising a membrane electrode assembly, an anode catalyst layer on a first side of the membrane electrode assembly, and a cathode catalyst layer on a second side of the membrane electrode assembly, the plurality of fuel cells being arranged in at least two stages, the plurality of fuel cells in each of the at least two stages are arranged in a parallel arrangement and the stages are arranged in a serial arrangement, a first stage having a first plurality of fuel cells and a second stage having a second plurality of fuel cells, the first plurality of fuel cells includes a greater number of fuel cells than the second plurality of fuel cells; an anode gas flow manifold in connection with the first stage; at least one anode gas inlet/exhaust manifold, the anode gas inlet/exhaust manifold allowing anode off-gas to exit the first stage and allowing anode off-gas to enter the second stage; and an anode gas exhaust manifold in communication with the second stage.

Die DE 10 2020 203 048 A1 zeigt ein Brennstoffzelleneinheit mit Bipolarplatten mit Kanälen für die getrennte Durchleitung von Oxidationsmittel, Brennstoff und Kühlfluid. Ein Oxidationsmittelkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Bipolarplatte, ist zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte angeordnet.the DE 10 2020 203 048 A1 shows a fuel cell unit with bipolar plates with channels for the separate passage of oxidant, fuel and cooling fluid. An oxidant channel, formed as a fluid opening in the bipolar plate, is arranged between the channel structures of the bipolar plate.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Erfindungsgemäßes Bipolarplatte, welche eine fiktive Ebene aufspannt, für eine Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel mit gestapelt angeordneten Brennstoffzellen zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie, die Bipolarplatte umfassend drei getrennte Kanalstrukturen mit Kanälen für die getrennte Durchleitung von Oxidationsmittel, Brennstoff und Kühlfluid, vorzugsweise eine Abdichtplatte, wenigstens einen Zuführkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Bipolarplatte, als Oxidationsmittelkanal zur Zuleitung von Oxidationsmittel in Gasräume für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen, insbesondere in wenigstens einen Kanal für Oxidationsmittel der Kanalstruktur, wenigstens einen Abführkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Bipolarplatte, als Oxidationsmittelkanal zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen, insbesondere aus wenigstens einem Kanal für Oxidationsmittel der Kanalstruktur, wobei wenigstens eine erster Oxidationsmittelkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Bipolarplatte, zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte angeordnet ist und die Kanäle für das Kühlfluid in Strömungsrichtung des Kühlfluides unterschiedliche Ausdehnungen in einer Richtung senkrecht zu der fiktiven Ebene aufweisen und/oder an der dem Gasraum für Brennstoff zugewandten ersten Seite der Bipolarplatte erste streifenförmige Auflagebereiche zur Auflage auf die Gasdiffusionsschicht in dem Gasraum für Brennstoff ausgebildet sind und an der dem Gasraum für Oxidationsmittel zugewandten zweiten Seite der Bipolarplatte zweite streifenförmige Auflagebereiche zur Auflage auf die Gasdiffusionsschicht in dem Gasraum für Oxidationsmittel ausgebildet sind.Bipolar plate according to the invention, which spans an imaginary plane, for a fuel cell unit as a fuel cell stack with stacked fuel cells for the electrochemical generation of electrical energy, the bipolar plate comprising three separate channel structures with channels for the separate passage of oxidizing agent, fuel and cooling fluid, preferably a sealing plate, at least one Feed channel, designed as a fluid opening in the bipolar plate, as an oxidizing agent channel for feeding oxidizing agent into gas chambers for oxidizing agents of the fuel cells, in particular in at least one channel for oxidizing agents of the channel structure, at least one discharge channel, designed as a fluid opening in the bipolar plate, as an oxidizing agent channel for discharging oxidizing agent the gas spaces for oxidizing agents of the fuel cells, in particular at least one channel for oxidizing agents of the channel structure, with at least one first The oxidizing agent channel, designed as a fluid opening in the bipolar plate, is arranged between the channel structures of the bipolar plate and the channels for the cooling fluid have different expansions in the direction of flow of the cooling fluid in a direction perpendicular to the imaginary plane and/or on the first side facing the gas space for fuel first strip-shaped contact areas are formed on the bipolar plate for contacting the gas diffusion layer in the gas space for fuel and second strip-shaped contact areas for contacting the gas diffusion layer in the gas space for oxidizing agents are provided on the second side of the bipolar plate facing the gas space for oxidizing agents.

In einer weiteren Variante umfasst die Bipolarplatte eine Abdichtplatte, insbesondere als, vorzugsweise einteilige, Verlängerung der übrigen Bipolarplatte.In a further variant, the bipolar plate comprises a sealing plate, in particular as a preferably one-piece extension of the rest of the bipolar plate.

In einer weiteren Variante unterscheiden sich in Strömungsrichtung des Kühlfluides die unterschiedlichen Ausdehnungen als erste und zweite Ausdehnungen in einer Richtung senkrecht zu der fiktiven Ebene der Kanäle für Kühlfluid um wenigstens 20%, 30%, 40%, 50% oder 70%.In a further variant, the different expansions differ in the direction of flow of the cooling fluid as first and second expansions in a direction perpendicular to the imaginary plane of the channels for cooling fluid by at least 20%, 30%, 40%, 50% or 70%.

In einer weiteren Variante entspricht die Anzahl der ersten und/oder zweiten Ausdehnungen im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, der Anzahl der Kanäle für Brennstoff und/oder Oxidationsmittel.In a further variant, the number of the first and/or second expansions essentially corresponds, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%, to the number of channels for fuel and/or oxidizing agent.

In einer weiteren Variante ist der wenigstens ein erste Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebene, insbesondere zu wenigstens 70%, 80% oder 90%, zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte angeordnet.In a further variant, the at least one first oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the imaginary plane spanned by the bipolar plate, in particular at least 70%, 80% or 90% between the channel structures of the bipolar plate.

In einer weiteren Variante ist der wenigstens ein erste Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebene, insbesondere zu wenigstens 70%, 80% oder 90%, zwischen der Protonenaustauschermembran, Anode und Kathode der Membranelektrodenanordnung angeordnet.In a further variant, the at least one first oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the fictitious plane spanned by the membrane electrode arrangement, in particular at least 70%, 80% or 90%, between the proton exchange membrane, anode and cathode of the membrane electrode arrangement.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal im Wesentlichen senkrecht zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebene ausgerichtet. Die Ausrichtung des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanales ist die Längsachse und/oder die Strömungsrichtung des Oxidationsmittels in dem Oxidationsmittelkanal. Die Ausrichtung des wenigstens eine ersten Oxidationsmittelkanales im Wesentlichen senkrecht zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebenen bedeutet vorzugsweise, dass der wenigstens eine Oxidationsmittelkanal mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° senkrecht zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist.In an additional configuration, the at least one first oxidizing agent channel is aligned essentially perpendicular to the imaginary plane spanned by the bipolar plate. The orientation of the at least one first oxidant channel is the longitudinal axis and/or the flow direction of the oxidant in the oxidant channel. The orientation of the at least one first oxidizing agent channel essentially perpendicular to the fictitious plane spanned by the bipolar plate preferably means that the at least one oxidizing agent channel is oriented perpendicular to the fictitious plane spanned by the bipolar plate with a deviation of less than 30°, 20° or 10° is.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal im Wesentlichen senkrecht zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebene ausgerichtet. Die Ausrichtung des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanales ist die Längsachse und/oder die Strömungsrichtung des Oxidationsmittels in dem Oxidationsmittelkanal. Die Ausrichtung des wenigstens eine ersten Oxidationsmittelkanales im Wesentlichen senkrecht zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebenen bedeutet vorzugsweise, dass der wenigstens eine Oxidationsmittelkanal mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° senkrecht zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist. In an additional configuration, the at least one first oxidizing agent channel is aligned essentially perpendicular to the imaginary plane spanned by the membrane electrode arrangement. The orientation of the at least one first oxidant channel is the longitudinal axis and/or the flow direction of the oxidant in the oxidant channel. The orientation of the at least one first oxidant channel essentially perpendicular to the spanned by the membrane electrode arrangement fictitious planes preferably means that the at least an oxidizing agent channel is aligned with a deviation of less than 30°, 20° or 10° perpendicular to the fictitious plane spanned by the membrane electrode arrangement.

Zweckmäßig unterteilt der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte die Kanalstrukturen in je einen ersten Teil der Kanalstrukturen und je einen zweiten Teil der Kanalstrukturen. Die Querausdehnungen des ersten und zweiten Teils der Kanalstrukturen sind vorzugsweise im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, identisch. Der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal ist somit in Querrichtung im Wesentlichen mittig in der Bipolarplatte ausgebildet.The at least one first oxidizing agent channel between the channel structures of the bipolar plate expediently divides the channel structures into a first part of the channel structures and a second part of the channel structures. The transverse extents of the first and second parts of the channel structures are preferably essentially identical, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The at least one first oxidizing agent channel is thus formed substantially centrally in the bipolar plate in the transverse direction.

Zweckmäßig unterteilt der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen der Protonenaustauschermembran, Anode und Kathode der Membranelektrodenanordnungen die Membranelektrodenanordnung in je einen ersten Teil der Membranelektrodenanordnung und je einen zweiten Teil der Membranelektrodenanordnung. Die Querausdehnungen des ersten und zweiten Teils der Membranelektrodenanordnungen sind vorzugsweise im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, identisch. Der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal ist somit in Querrichtung im Wesentlichen mittig in der Membranelektrodenanordnung ausgebildet.The at least one first oxidizing agent channel between the proton exchange membrane, anode and cathode of the membrane electrode assemblies expediently divides the membrane electrode assembly into a first part of the membrane electrode assembly and a second part of the membrane electrode assembly. The transverse extents of the first and second parts of the membrane electrode assemblies are preferably essentially identical, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The at least one first oxidizing agent channel is thus formed essentially centrally in the membrane electrode arrangement in the transverse direction.

In einer ergänzenden Ausgestaltung weist die Bipolarplatte in einer Längsrichtung eine Längsausdehnung und in einer Querrichtung eine Querausdehnung auf und die Längsrichtung und Querrichtung sind zueinander senkrecht und parallel zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebene ausgerichtet.In a supplementary embodiment, the bipolar plate has a longitudinal extent in a longitudinal direction and a transverse extent in a transverse direction, and the longitudinal direction and transverse direction are aligned perpendicular to one another and parallel to the imaginary plane spanned by the bipolar plate.

In einer ergänzenden Ausgestaltung weist die Membranelektrodenanordnung in einer Längsrichtung eine Längsausdehnung und in einer Querrichtung eine Querausdehnung auf und die Längsrichtung und Querrichtung sind zueinander senkrecht und parallel zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebene ausgerichtet. Vorzugsweise sind die Längsausdehnung der Bipolarplatten und/oder der Membranelektrodenanordnungen und/oder der Brennstoffzellen und/oder der Brennstoffzelleneinheit im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5%, identisch. Vorzugsweise sind die Querausdehnung der Bipolarplatten und/oder der Membranelektrodenanordnungen und/oder der Brennstoffzellen und/oder der Brennstoffzelleneinheit im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5%, identisch.In a supplementary embodiment, the membrane electrode arrangement has a longitudinal extent in a longitudinal direction and a transverse extent in a transverse direction, and the longitudinal direction and transverse direction are aligned perpendicular to one another and parallel to the imaginary plane spanned by the membrane electrode arrangement. The longitudinal extent of the bipolar plates and/or the membrane electrode arrangements and/or the fuel cells and/or the fuel cell unit are preferably essentially identical, in particular with a deviation of less than 30%, 20%, 10% or 5%. The transverse dimensions of the bipolar plates and/or the membrane electrode arrangements and/or the fuel cells and/or the fuel cell unit are preferably essentially identical, in particular with a deviation of less than 30%, 20%, 10% or 5%.

Falls die Ausdehnung oder die Summe der Ausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte in einer Richtung parallel zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebene in Längsrichtung wesentlich größer ist als in Querrichtung, dann entspricht vorzugsweise die Längsausdehnung oder die Summe der Längsausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanals zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte im Wesentlichen der Längsausdehnung der Bipolarplatte. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%. Die Kanalstrukturen sind somit von dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal in Querrichtung in den ersten und zweiten Teil unterteilt.If the extent or the sum of the extents of the at least one first oxidizing agent channel between the channel structures of the bipolar plate in a direction parallel to the fictitious plane spanned by the bipolar plate is significantly greater in the longitudinal direction than in the transverse direction, then the longitudinal extent or the sum of the longitudinal extents of the at least a first oxidant channel between the channel structures of the bipolar plate in substantially the longitudinal extent of the bipolar plate. Substantially preferably means a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The channel structures are thus divided from the at least one first oxidant channel in the transverse direction into the first and second parts.

Falls die Ausdehnung oder die Summe der Ausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal zwischen der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode der Membranelektrodenanordnung in einer Richtung parallel zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebene in Längsrichtung wesentlich größer ist als in Querrichtung, dann entspricht vorzugsweise die Längsausdehnung oder die Summe der Längsausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanals zwischen der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode der Membranelektrodenanordnung im Wesentlichen der Längsausdehnung der Membranelektrodenanordnung. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%. Die Protonenaustauschermembran, die Anode und der Kathode sind somit von dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal in Querrichtung in den ersten und zweiten Teil unterteilt.If the extent or the sum of the extents of the at least one first oxidizing agent channel between the proton exchange membrane, the anode and the cathode of the membrane electrode arrangement in a direction parallel to the fictitious plane spanned by the membrane electrode arrangement is significantly greater in the longitudinal direction than in the transverse direction, then the longitudinal extent preferably corresponds or the sum of the longitudinal extents of the at least one first oxidant channel between the proton exchange membrane, the anode and the cathode of the membrane electrode assembly substantially equal to the longitudinal extent of the membrane electrode assembly. Substantially preferably means a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The proton exchange membrane, the anode and the cathode are thus transversely divided into the first and second parts by the at least one first oxidant channel.

Falls die Ausdehnung oder die Summe der Ausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte in einer Richtung parallel zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebene in Querrichtung wesentlich größer ist als in Längsrichtung, dann entspricht vorzugsweise die Querausdehnung oder die Summe der Querausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanals zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatte im Wesentlichen der Querausdehnung der Bipolarplatte. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%. Die Kanalstrukturen sind somit von dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal in Längsrichtung in den ersten und zweiten Teil unterteilt.If the expansion or the sum of the expansions of the at least one first oxidizing agent channel between the channel structures of the bipolar plate in a direction parallel to the fictitious plane spanned by the bipolar plate is significantly greater in the transverse direction than in the longitudinal direction, then the transverse expansion or the sum of the transverse expansions of the at least a first oxidant channel between the channel structures of the bipolar plate in substantially the transverse extent of the bipolar plate. Substantially preferably means a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The channel structures are thus divided by the at least one first oxidizing agent channel in the longitudinal direction into the first and second parts.

Falls die Ausdehnung oder die Summe der Ausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal zwischen der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode der Membranelektrodenanordnung in einer Richtung parallel zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebene in Querrichtung wesentlich größer ist als in Längsrichtung, dann entspricht vorzugsweise die Querausdehnung oder die Summe der Querausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanals zwischen der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode der Membranelektrodenanordnung im Wesentlichen der Querausdehnungen der Membranelektrodenanordnung. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%. Die Protonenaustauschermembran, die Anode und die Kathode sind somit von dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal in Längsrichtung in den ersten und zweiten Teil unterteilt.If the extension or the sum of the extensions of the at least one first oxidant channel between the proton exchange membrane, the anode and the cathode of the membrane electrode assembly is in a direction parallel to of the fictitious plane spanned by the membrane electrode arrangement is substantially larger in the transverse direction than in the longitudinal direction, then the transverse extent or the sum of the transverse extents of the at least one first oxidizing agent channel between the proton exchange membrane, the anode and the cathode of the membrane electrode arrangement corresponds essentially to the transverse extents of the membrane electrode arrangement. Substantially preferably means a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The proton exchange membrane, the anode and the cathode are thus longitudinally divided into the first and second parts by the at least one first oxidant channel.

In einer ergänzenden Variante umfasst die Bipolarplatte wenigstens einen zweiten Oxidationsmittelkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Bipolarplatte, und wenigstens einen dritten Oxidationsmittelkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Bipolarplatte. Vorzugsweise ist der erstes und/oder zweite und/oder dritte Oxidationsmittelkanal der Bipolarplatte als Fluidöffnung in der Abdichtplatte der Bipolarplatte ausgebildet.In an additional variant, the bipolar plate comprises at least one second oxidizing agent channel, designed as a fluid opening in the bipolar plate, and at least one third oxidizing agent channel, designed as a fluid opening in the bipolar plate. The first and/or second and/or third oxidizing agent channel of the bipolar plate is preferably designed as a fluid opening in the sealing plate of the bipolar plate.

In einer ergänzenden Variante umfasst die Membranelektrodenanordnung wenigstens einen zweiten Oxidationsmittelkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Membranelektrodenanordnung, und wenigstens einen dritten Oxidationsmittelkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Membranelektrodenanordnung. Vorzugsweise ist der erste und/oder zweite und/oder dritte Oxidationsmittelkanal der Membranelektrodenanordnung als Fluidöffnung in der Abdichtplatte der Membranelektrodenanordnung ausgebildet. In a supplementary variant, the membrane electrode arrangement comprises at least one second oxidizing agent channel, designed as a fluid opening in the membrane electrode arrangement, and at least one third oxidizing agent channel, designed as a fluid opening in the membrane electrode arrangement. The first and/or second and/or third oxidizing agent channel of the membrane electrode assembly is preferably formed as a fluid opening in the sealing plate of the membrane electrode assembly.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine zweite Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebene gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal bezüglich des ersten Teils der Kanalstrukturen angeordnet.In a further configuration, the at least one second oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the imaginary plane spanned by the bipolar plate opposite the at least one first oxidizing agent channel with respect to the first part of the channel structures.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine zweite Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebene gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal bezüglich des ersten Teils der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode angeordnet.In a further configuration, the at least one second oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the imaginary plane spanned by the membrane electrode arrangement opposite the at least one first oxidizing agent channel with respect to the first part of the proton exchange membrane, the anode and the cathode.

In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu der von der Bipolarplatte aufgespannten fiktiven Ebene gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal bezüglich des zweiten Teils der Kanalstrukturen angeordnet.In a further embodiment, the at least one third oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the imaginary plane spanned by the bipolar plate opposite the at least one first oxidizing agent channel with respect to the second part of the channel structures.

In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu der von der Membranelektrodenanordnung aufgespannten fiktiven Ebene gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal bezüglich des zweiten Teils der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode angeordnet.In a further embodiment, the at least one third oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the imaginary plane spanned by the membrane electrode arrangement opposite the at least one first oxidizing agent channel with respect to the second part of the proton exchange membrane, the anode and the cathode.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen ein Zuführkanal zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume der Brennstoffzellen und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal sind Abführkanäle zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen der Brennstoffzellen.In a further configuration, the at least one first oxidant channel between the channel structures is a supply channel for supplying oxidant into the gas chambers of the fuel cells, and the at least one second and at least one third oxidant channel are discharge channels for discharging oxidant from the gas chambers of the fuel cells.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode ein Zuführkanal zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume der Brennstoffzellen und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal sind Abführkanäle zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen der Brennstoffzellen.In a further configuration, the at least one first oxidizing agent channel between the proton exchange membrane, the anode and the cathode is a supply channel for supplying oxidizing agent into the gas spaces of the fuel cells, and the at least one second and at least one third oxidizing agent channel are discharge channels for discharging oxidizing agent from the gas spaces of the fuel cells.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen ein Abführkanal zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen der Brennstoffzellen und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal sind Zuführkanäle zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume der Brennstoffzellen.The at least one first oxidant channel between the channel structures is preferably a discharge channel for discharging oxidant from the gas spaces of the fuel cells and the at least one second and at least one third oxidant channel are supply channels for supplying oxidant into the gas spaces of the fuel cells.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen der Protonenaustauschermembran, der Anode und der Kathode ein Abführkanal zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen der Brennstoffzellen und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal sind Zuführkanäle zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume der Brennstoffzellen.The at least one first oxidant channel between the proton exchange membrane, the anode and the cathode is preferably a discharge channel for discharging oxidant from the gas spaces of the fuel cells, and the at least one second and at least one third oxidant channel are supply channels for supplying oxidant into the gas spaces of the fuel cells.

Zweckmäßig ist der wenigstens eine Zuführkanal und/oder Abführkanal für Oxidationsmittel und/oder Brennstoff und/oder Kühlmittel als Fluidöffnung in der Abdichtplatte der Bipolarplatte und/oder Membranelektrodenanordnung ausgebildet.The at least one feed channel and/or discharge channel for oxidizing agent and/or fuel and/or coolant is expediently designed as a fluid opening in the sealing plate of the bipolar plate and/or membrane electrode arrangement.

Erfindungsgemäße Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie, umfassend gestapelt angeordnete Brennstoffzellen, die Brennstoffzellen umfassend jeweils eine Protonenaustauschermembran, eine Anode, eine Kathode, eine Bipolarplatte, wenigstens eine Gasdiffusionsschicht, wobei die Protonenaustauschermembran, die Anode und die Kathode eine Membranelektrodenanordnung bilden, wenigstens einen Zuführkanal als Oxidationsmittelkanal zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen, wenigstens einen Abführkanal als Oxidationsmittelkanal zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen, wobei wenigstens eine erster Oxidationsmittelkanal zwischen den Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen angeordnet ist und an einer dem Gasraum für Brennstoff zugewandten ersten Seite der Bipolarplatte erste streifenförmige Auflagebereiche ausgebildet sind und die ersten streifenförmigen Auflagebereiche auf der Gasdiffusionsschicht in dem Gasraum für Brennstoff aufliegen und an einer dem Gasraum für Oxidationsmittel zugewandten zweiten Seite der Bipolarplatte zweite streifenförmige Auflagebereiche ausgebildet sind und die zweiten streifenförmigen Auflagebereiche auf der Gasdiffusionsschicht in dem Gasraum für Oxidationsmittel aufliegen und/oder die Brennstoffzelleneinheit in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Bipolarplatten umfasst und/oder die Brennstoffzelleneinheit in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Membranelektrodenanordnungen umfasst. Das Oxidationsmittel legt damit eine kleine Wegstrecke beim Durchströmen des Gasraumes für Oxidationsmittel zurück, so dass das Oxidationsmittel während des Durchströmens des Gasraumes für Oxidationsmittel einen kleinen Druckabfall und eine niedrige Temperaturdifferenz zwischen dem Ein- und Ausleiten in und aus dem Gasraum für Oxidationsmittel aufweist. Die Leistung der Brennstoffzelleneinheit kann damit erhöht werden bei einer kleinen Alterung aufgrund einer geringen Anreicherung des Gasraumes für Oxidationsmittel mit flüssigem und/oder gasförmigem Wasser.Fuel cell unit according to the invention as a fuel cell stack for the electrochemical generation of electrical energy, comprising stacked fuel cells arranged, the combustion fuel cells each comprising a proton exchange membrane, an anode, a cathode, a bipolar plate, at least one gas diffusion layer, the proton exchange membrane, the anode and the cathode forming a membrane electrode arrangement, at least one feed channel as an oxidizing agent channel for feeding oxidizing agent into the gas spaces for oxidizing agents of the fuel cells, at least a discharge channel as an oxidizing agent channel for discharging oxidizing agent from the gas chambers for oxidizing agent of the fuel cells, with at least one first oxidizing agent channel being arranged between the membrane electrode arrangements of the fuel cells and first strip-shaped bearing areas and the first strip-shaped bearing areas being formed on a first side of the bipolar plate facing the gas chamber for fuel on top of the gas diffusion layer in the fuel headspace and on a second one facing the oxidant headspace Side of the bipolar plate, second strip-shaped contact areas are formed and the second strip-shaped contact areas lie on the gas diffusion layer in the gas space for oxidizing agent and/or the fuel cell unit comprises bipolar plates described in this property right application and/or the fuel cell unit comprises membrane electrode arrangements described in this property right application. The oxidant thus covers a small distance in flowing through the oxidant gas space, so that the oxidant has a small pressure drop and a low temperature difference between the inlet and outlet in and out of the oxidant gas space while flowing through the oxidant gas space. The performance of the fuel cell unit can thus be increased with little aging due to a slight enrichment of the gas space for oxidizing agent with liquid and/or gaseous water.

In einer weiteren Variante entspricht die Anzahl der ersten und/oder zweiten streifenförmigen Auflagebereiche im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, der Anzahl der Kanäle für Brennstoff und/oder Oxidationsmittel.In a further variant, the number of the first and/or second strip-shaped contact areas essentially corresponds, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%, to the number of channels for fuel and/or oxidizing agent.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Bipolarplatten aus je zwei Platten als eine erste Platte und zweite Platte, insbesondere nur je zwei Platten, ausgebildet und die je zwei Platten sind im Bereich der Kanäle für die getrennte Durchleitung von Oxidationsmittel, Brennstoff und Kühlfluid wellenförmig ausgebildet und eine erste Richtung der ersten Wellen an der je ersten Platte und eine zweite Richtung der zweiten Wellen an der je zweiten Platte sind im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet. Im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet bedeutet vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°.In a further embodiment, the bipolar plates are formed from two plates each as a first plate and a second plate, in particular only two plates each, and the two plates each are corrugated in the area of the channels for the separate passage of oxidizing agent, fuel and cooling fluid and one a first direction of the first corrugations on each first plate and a second direction of the second corrugations on each second plate are oriented substantially at right angles to each other. Substantially aligned at right angles to one another means preferably with a deviation of less than 30°, 20° or 10°.

Zweckmäßig sind in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen zwischen den ersten Platten Kanäle für Brennstoff und in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen zwischen den zweiten Platten Kanäle für Oxidationsmittel ausgebildet.Channels for fuel are expediently formed in a direction parallel to the fictitious planes spanned by the fuel cells between the first plates for fuel and in a direction parallel to the fictitious planes spanned by the fuel cells between the second plates channels for oxidizing agent.

In einer ergänzenden Variante sind die zwischen den ersten Platten ausgebildeten Kanäle für Brennstoff und die zwischen den zweiten Platten ausgebildeten Kanäle für Oxidationsmittel im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet. Im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet bedeutet vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°.In an additional variant, the channels for fuel formed between the first plates and the channels for oxidizing agent formed between the second plates are oriented substantially at right angles to each other. Substantially aligned at right angles to one another means preferably with a deviation of less than 30°, 20° or 10°.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Kanäle für Kühlmittel von den ersten und zweiten Platten der Brennstoffzellen begrenzt und zwischen den ersten und zweiten Platten ausgebildet und die Kanäle für das Kühlfluid weisen in Strömungsrichtung des Kühlfluides unterschiedliche Ausdehnungen in einer Richtung senkrecht zu der fiktiven Ebene auf, da an je einer Brennstoffzelle die zweiten Richtungen der Wellen der zweiten Platte im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlfluides ausgerichtet sind. Im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet bedeutet vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°,In a further embodiment, the channels for coolant are delimited by the first and second plates of the fuel cells and formed between the first and second plates and the channels for the cooling fluid have different extensions in the flow direction of the cooling fluid in a direction perpendicular to the imaginary plane, since the second directions of the corrugations of the second plate are aligned essentially perpendicular to the flow direction of the cooling fluid on each fuel cell. Oriented essentially vertically means preferably with a deviation of less than 30°, 20° or 10°,

In einer zusätzlichen Variante umfasst die Membranelektrodenanordnung eine Protonenaustauschermembran, eine Anode, eine Kathode, vorzugweise eine Abdichtplatte, wenigstens einen Zuführkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Membranelektrodenanordnung, als Oxidationsmittelkanal zur Zuleitung von Oxidationsmittel in Gasräume für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen, wenigstens einen Abführkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Membranelektrodenanordnung, als Oxidationsmittelkanal zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen und wenigstens eine erster Oxidationsmittelkanal, ausgebildet als Fluidöffnung in der Membranelektrodenanordnung, zwischen der Protonenaustauschermembran, Anode und Kathode der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist.In an additional variant, the membrane electrode assembly comprises a proton exchange membrane, an anode, a cathode, preferably a sealing plate, at least one feed channel, designed as a fluid opening in the membrane electrode assembly, as an oxidant channel for feeding oxidant into gas spaces for oxidant of the fuel cells, at least one discharge channel, designed as Fluid opening in the membrane electrode assembly, as an oxidizing agent channel for discharging oxidizing agent from the gas chambers for oxidizing agent of the fuel cells and at least one first oxidizing agent channel, designed as a fluid opening in the membrane electrode assembly, between the proton exchange membrane, anode and cathode of the membrane electrode assembly is arranged.

In einer weiteren Variante ist der wenigstens ein erste Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen, insbesondere zu wenigstens 70%, 80% oder 90%, zwischen den Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen angeordnet.In a further variant, the at least one first oxidizing agent channel is in a direction parallel to the fictitious planes spanned by the fuel cells, in particular at least 70%, 80% or 90% between the membranes Arranged electrode assemblies of the fuel cells.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal im Wesentlichen senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet. Die Ausrichtung des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanales ist die Längsachse und/oder die Strömungsrichtung des Oxidationsmittels in dem Oxidationsmittelkanal. Die Ausrichtung des wenigstens eine ersten Oxidationsmittelkanales im Wesentlichen senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen bedeutet vorzugsweise, dass der wenigstens eine Oxidationsmittelkanal mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist.In an additional configuration, the at least one first oxidizing agent channel is aligned essentially perpendicular to the imaginary planes spanned by the fuel cells. The orientation of the at least one first oxidant channel is the longitudinal axis and/or the flow direction of the oxidant in the oxidant channel. The orientation of the at least one first oxidant channel essentially perpendicular to the notional planes spanned by the fuel cells preferably means that the at least one oxidant channel is oriented perpendicular to the notional planes spanned by the fuel cells with a deviation of less than 30°, 20° or 10° is.

Zweckmäßig unterteilt der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen die Membranelektrodenanordnungen in je einen ersten Teil der Membranelektrodenanordnung an einer Brennstoffzelle und je einen zweiten Teil der Membranelektrodenanordnung an einer Brennstoffzelle. Die Querausdehnungen des ersten und zweiten Teils der Membranelektrodenanordnungen sind vorzugsweise im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, identisch. Der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal ist somit in Querrichtung im Wesentlichen mittig ausgebildet.The at least one first oxidant channel between the membrane electrode assemblies of the fuel cells expediently divides the membrane electrode assemblies into a first part of the membrane electrode assembly on a fuel cell and a second part of the membrane electrode assembly on a fuel cell. The transverse extents of the first and second parts of the membrane electrode assemblies are preferably essentially identical, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The at least one first oxidizing agent channel is thus formed essentially centrally in the transverse direction.

In einer ergänzenden Ausgestaltung weist die Brennstoffzelleneinheit, insbesondere die Brennstoffzellen, in einer Längsrichtung eine Längsausdehnung und in einer Querrichtung eine Querausdehnung auf und die Längsrichtung und Querrichtung sind zueinander senkrecht und parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet.In a supplementary embodiment, the fuel cell unit, in particular the fuel cells, has a longitudinal extent in a longitudinal direction and a transverse extent in a transverse direction, and the longitudinal and transverse directions are aligned perpendicular to one another and parallel to the imaginary planes spanned by the fuel cells.

Falls die Ausdehnung oder die Summe der Ausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal zwischen den Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen in Längsrichtung wesentlich größer ist insbesondere um das 2-Fache,- 3-Fache oder 5-Fache größer ist, als in Querrichtung, dann entspricht vorzugsweise die Längsausdehnung oder die Summe der Längsausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanals zwischen den Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen im Wesentlichen der Längsausdehnung der Membranelektrodenanordnung. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%. Die Membranelektrodenanordnung ist somit von dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal in Querrichtung in den ersten und zweiten Teil unterteilt.If the extension or the sum of the extensions of the at least one first oxidant channel between the membrane electrode arrangements of the fuel cells in a direction parallel to the fictitious planes spanned by the fuel cells in the longitudinal direction is significantly larger, in particular by a factor of 2, 3 or 5 is greater than in the transverse direction, then the longitudinal extent or the sum of the longitudinal extents of the at least one first oxidizing agent channel between the membrane electrode assemblies of the fuel cells preferably corresponds essentially to the longitudinal extent of the membrane electrode assembly. Substantially preferably means a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The membrane electrode assembly is thus divided transversely into the first and second parts by the at least one first oxidant channel.

Falls die Ausdehnung oder die Summe der Ausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal zwischen den Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen in Querrichtung wesentlich größer ist, insbesondere um das 2-Fache,- 3-Fache oder 5-Fache größer ist, als in Längsrichtung, dann entspricht vorzugsweise die Querausdehnung oder die Summe der Querausdehnungen des wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanals zwischen den Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen im Wesentlichen den Querausdehnungen der Membranelektrodenanordnungen. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%. Die Membranelektrodenanordnung ist somit von dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal in Längsrichtung in den ersten und zweiten Teil unterteilt.If the expansion or the sum of the expansions of the at least one first oxidizing agent channel between the membrane electrode arrangements of the fuel cells in a direction parallel to the fictitious planes spanned by the fuel cells is significantly larger in the transverse direction, in particular by a factor of 2, 3 or 5 times greater than in the longitudinal direction, then preferably the transverse extent or the sum of the transverse extents of the at least one first oxidant channel between the membrane electrode assemblies of the fuel cells essentially corresponds to the transverse extents of the membrane electrode assemblies. Substantially preferably means a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The membrane electrode assembly is thus divided by the at least one first oxidant channel in the longitudinal direction into the first and second parts.

In einer ergänzenden Variante umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens einen zweiten Oxidationsmittelkanal und wenigstens einen dritten Oxidationsmittelkanal.In an additional variant, the fuel cell unit comprises at least one second oxidant channel and at least one third oxidant channel.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine zweite Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal bezüglich des ersten Teils der Membranelektrodenanordnung angeordnet.In a further configuration, the at least one second oxidizing agent channel is arranged opposite the at least one first oxidizing agent channel with respect to the first part of the membrane electrode arrangement in a direction parallel to the fictitious planes spanned by the fuel cells.

In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal bezüglich des zweiten Teils der Membranelektrodenanordnung angeordnet.In a further embodiment, the at least one third oxidizing agent channel is arranged opposite the at least one first oxidizing agent channel with respect to the second part of the membrane electrode arrangement in a direction parallel to the fictitious planes spanned by the fuel cells.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Membranelektrodenanordnungen ein Zuführkanal zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume der Brennstoffzellen und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal sind Abführkanäle zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen der Brennstoffzellen.In a further configuration, the at least one first oxidizing agent channel between the membrane electrode arrangements is a supply channel for supplying oxidizing agent into the gas spaces of the fuel cells, and the at least one second and at least one third oxidizing agent channel are discharge channels for discharging oxidizing agent from the gas spaces of the fuel cells.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Membranelektrodenanordnungen ein Abführkanal zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen der Brennstoffzellen und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal sind Zuführkanäle zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume der Brennstoffzellen.Preferably, the at least one first oxidant channel between the membrane electrode assemblies is a discharge channel for discharging oxidant from the gas spaces of the fuel cells and the at least one second and at least one third oxidant channel are Feed ducts for feeding oxidizing agent into the gas chambers of the fuel cells.

Erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel mit Brennstoffzellen, einen Druckgasspeicher zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, eine Gasfördervorrichtung zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden der Brennstoffzellen, wobei die Brennstoffzelleneinheit als eine in dieser Schutzrechtsanmelddung beschriebene Brennstoffzelleneinheit ausgebildet ist.Fuel cell system according to the invention, in particular for a motor vehicle, comprising a fuel cell unit as a fuel cell stack with fuel cells, a compressed gas store for storing gaseous fuel, a gas delivery device for delivering a gaseous oxidizing agent to the cathodes of the fuel cells, the fuel cell unit being designed as a fuel cell unit described in this patent application.

In einer zusätzlichen Variante ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen der Brennstoffzellen angeordnet.In an additional variant, the at least one first oxidant channel is arranged between the channel structures of the fuel cells.

In einer weiteren Variante ist der wenigstens ein erste Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen, insbesondere zu wenigstens 70%, 80% oder 90%, zwischen den Kanalstrukturen der Brennstoffzellen angeordnet.In a further variant, the at least one first oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the imaginary planes spanned by the fuel cells, in particular at least 70%, 80% or 90% between the channel structures of the fuel cells.

In einer ergänzenden Ausgestaltung unterteilt der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Gasdiffusionsschichten der Brennstoffzellen die Gasdiffusionsschichten in je einen ersten Teil der Gasdiffusionsschicht an einer Brennstoffzelle und je einen zweiten Teil der Gasdiffusionsschicht an einer Brennstoffzelle.In an additional configuration, the at least one first oxidant channel between the gas diffusion layers of the fuel cells divides the gas diffusion layers into a first part of the gas diffusion layer on a fuel cell and a second part of the gas diffusion layer on a fuel cell.

In einer ergänzenden Ausgestaltung unterteilt der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen der Brennstoffzellen die Kanalstrukturen in je einen ersten Teil der Kanalstrukturen an einer Brennstoffzelle und je einen zweiten Teil der Kanalstrukturen an einer Brennstoffzelle.In an additional configuration, the at least one first oxidant channel between the channel structures of the fuel cells divides the channel structures into a first part of the channel structures on a fuel cell and a second part of the channel structures on a fuel cell.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Gasdiffusionsschichten angeordnet.The at least one first oxidant channel is preferably arranged between the gas diffusion layers.

In einer weiteren Variante ist der wenigstens ein erste Oxidationsmittelkanal in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen, insbesondere zu wenigstens 70%, 80% oder 90%, zwischen den Gasdiffusionsschichten der Brennstoffzellen angeordnet.In a further variant, the at least one first oxidizing agent channel is arranged in a direction parallel to the imaginary planes spanned by the fuel cells, in particular at least 70%, 80% or 90% between the gas diffusion layers of the fuel cells.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Querausdehnungen und/oder Längsausdehnungen der ersten Teile der Kanalstrukturen und/oder der ersten Teile der Membranelektrodenanordnungen und/oder der ersten Teile der Gasdiffusionsschichten im Wesentlichen identisch. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%.In a further configuration, the transverse extents and/or longitudinal extents of the first parts of the channel structures and/or the first parts of the membrane electrode arrangements and/or the first parts of the gas diffusion layers are essentially identical. Substantially means preferably with a deviation of less than 30%, 20% or 10%.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die ersten Teile der Kanalstrukturen und/oder die ersten Teile der Membranelektrodenanordnungen und/oder die ersten Teile der Gasdiffusionsschichten fluchtend gestapelt in der Brennstoffzelleneinheit angeordnet.In a further configuration, the first parts of the channel structures and/or the first parts of the membrane electrode arrangements and/or the first parts of the gas diffusion layers are stacked in alignment in the fuel cell unit.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Längsausdehnungen der zweiten Teile der Kanalstrukturen und/oder der zweiten Teile der Membranelektrodenanordnungen und/oder der zweiten Teile der Gasdiffusionsschichten im Wesentlichen identisch. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%.In a further configuration, the longitudinal extensions of the second parts of the channel structures and/or the second parts of the membrane electrode arrangements and/or the second parts of the gas diffusion layers are essentially identical. Substantially means preferably with a deviation of less than 30%, 20% or 10%.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die zweiten Teile der Kanalstrukturen und/oder die zweiten Teile der Membranelektrodenanordnungen und/oder die zweiten Teile der Gasdiffusionsschichten fluchtend gestapelt in der Brennstoffzelleneinheit angeordnet.In a further configuration, the second parts of the channel structures and/or the second parts of the membrane electrode arrangements and/or the second parts of the gas diffusion layers are stacked in alignment in the fuel cell unit.

Zweckmäßig unterteilt der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal zwischen den Kanalstrukturen der Bipolarplatten der Brennstoffzellen die Kanalstrukturen in je einen ersten Teil der Kanalstrukturen an einer Brennstoffzelle und je einen zweiten Teil der Kanalstrukturen an einer Brennstoffzelle. Die Querausdehnungen des ersten und zweiten Teils der Kanalstrukturen sind vorzugsweise im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, identisch. Der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal ist somit in Querrichtung im Wesentlichen mittig ausgebildet.The at least one first oxidant channel between the channel structures of the bipolar plates of the fuel cells expediently divides the channel structures into a first part of the channel structures on a fuel cell and a second part of the channel structures on a fuel cell. The transverse extents of the first and second parts of the channel structures are preferably essentially identical, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%. The at least one first oxidizing agent channel is thus formed essentially centrally in the transverse direction.

In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens einen Zuführkanal zur Zuleitung von Brennstoff in die Brennstoffzellen.In an additional configuration, the fuel cell unit comprises at least one feed channel for feeding fuel into the fuel cells.

In einer weiteren Variante umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens einen Abführkanal zur Ableitung von Brennstoff aus den Brennstoffzellen.In a further variant, the fuel cell unit comprises at least one discharge channel for discharging fuel from the fuel cells.

In einer ergänzenden Variante umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens einen Zuführkanal zur Zuleitung von Kühlmittel in die Brennstoffzellen.In an additional variant, the fuel cell unit comprises at least one feed channel for feeding coolant into the fuel cells.

In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens einen Abführkanal zur Ableitung von Kühlmittel aus den Brennstoffzellen.In an additional configuration, the fuel cell unit comprises at least one discharge channel for discharging coolant from the fuel cells.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens einen Zuführkanal zur Zuleitung von Brennstoff in die Brennstoffzellen im Wesentlichen senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet. Im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet bedeutet vorzugsweise, dass die Ausrichtung mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist. Die Ausrichtung des wenigstens Zuführkanales ist die Strömungsrichtung und/oder Längsachse des wenigstens einen Zuführkanales.In a further refinement, the at least one feed channel for feeding fuel into the fuel cells is aligned essentially perpendicular to the imaginary planes spanned by the fuel cells. Oriented essentially vertically preferably means that the alignment is aligned with a deviation of less than 30°, 20° or 10° perpendicular to the fictitious planes spanned by the fuel cells. The orientation of the at least one feed channel is the direction of flow and/or the longitudinal axis of the at least one feed channel.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens einen Abführkanal zur Ableitung von Brennstoff aus den Brennstoffzellen im Wesentlichen senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet. Im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet bedeutet vorzugsweise, dass die Ausrichtung mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist. Die Ausrichtung des wenigstens Abführkanales ist die Strömungsrichtung und/oder Längsachse des wenigstens einen Abführkanals.In a further refinement, the at least one discharge channel for discharging fuel from the fuel cells is aligned essentially perpendicular to the imaginary planes spanned by the fuel cells. Aligned essentially perpendicularly preferably means that the alignment is oriented perpendicular to the fictitious planes spanned by the fuel cells with a deviation of less than 30°, 20° or 10°. The orientation of the at least one discharge channel is the direction of flow and/or the longitudinal axis of the at least one discharge channel.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens einen Zuführkanal zur Zuleitung von Kühlmittel in die Brennstoffzellen im Wesentlichen senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet. Im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet bedeutet vorzugsweise, dass die Ausrichtung mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist. Die Ausrichtung des wenigstens Zuführkanales ist die Strömungsrichtung und/oder Längsachse des wenigstens einen Zuführkanales.In a further refinement, the at least one feed channel for feeding coolant into the fuel cells is aligned essentially perpendicular to the imaginary planes spanned by the fuel cells. Aligned essentially perpendicularly preferably means that the alignment is oriented perpendicular to the fictitious planes spanned by the fuel cells with a deviation of less than 30°, 20° or 10°. The orientation of the at least one feed channel is the direction of flow and/or the longitudinal axis of the at least one feed channel.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens einen Abführkanal zur Ableitung von Kühlmittel aus den Brennstoffzellen im Wesentlichen senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet. Im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet bedeutet vorzugsweise, dass die Ausrichtung mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° senkrecht zu den von den Brennstoffzellen aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist. Die Ausrichtung des wenigstens Abführkanales ist die Strömungsrichtung und/oder Längsachse des wenigstens einen Abführkanales.In a further configuration, the at least one discharge channel for discharging coolant from the fuel cells is aligned essentially perpendicular to the imaginary planes spanned by the fuel cells. Aligned essentially perpendicularly preferably means that the alignment is oriented perpendicular to the fictitious planes spanned by the fuel cells with a deviation of less than 30°, 20° or 10°. The orientation of the at least one discharge channel is the direction of flow and/or the longitudinal axis of the at least one discharge channel.

In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Brennstoffzelleneinheit ein Gehäuse und/oder eine Lagerplatte und/oder eine Anschlussplatte.In an additional embodiment, the fuel cell unit comprises a housing and/or a bearing plate and/or a connection plate.

In einer ergänzenden Variante sind die Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinheit fluchtend gestapelt, insbesondere übereinander, angeordnet.In a supplementary variant, the fuel cells of the fuel cell unit are stacked in alignment, in particular arranged one above the other.

In einer weiteren Variante umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere mehrere Verbindungsvorrichtungen, und Spannelemente.In a further variant, the fuel cell unit comprises at least one connecting device, in particular several connecting devices, and tensioning elements.

Zweckmäßig sind Komponenten für Brennstoffzellen Protonenaustauschermembranen, Anoden, Kathoden, Gasdiffusionsschichten und Bipolarplatten.Components for fuel cells are expediently proton exchange membranes, anodes, cathodes, gas diffusion layers and bipolar plates.

In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Brennstoffzellen jeweils eine Protonenaustauschermembran, eine Anode, eine Kathode, wenigstens eine Gasdiffusionsschicht, vorzugsweise zwei Gasdiffusionsschichten, und wenigstens eine Bipolarplatte.In a further configuration, the fuel cells each comprise a proton exchange membrane, an anode, a cathode, at least one gas diffusion layer, preferably two gas diffusion layers, and at least one bipolar plate.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung als ein Bolzen ausgebildet und/oder ist stabförmig und/oder ist als ein Spanngurt ausgebildet.In a further embodiment, the connecting device is designed as a bolt and/or is rod-shaped and/or is designed as a tension belt.

Zweckmäßig sind die Spannelemente als Spannplatten ausgebildet.The clamping elements are expediently designed as clamping plates.

In einer weiteren Variante ist die Gasfördervorrichtung als ein Gebläse und/oder ein Kompressor und/oder eine Druckbehälter mit Oxidationsmittel ausgebildet.In a further variant, the gas conveying device is designed as a blower and/or a compressor and/or a pressure vessel with oxidizing agent.

Insbesondere umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens 3, 4, 5 oder 6 Verbindungsvorrichtungen.In particular, the fuel cell unit comprises at least 3, 4, 5 or 6 connection devices.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Spannelemente plattenförmig und/oder scheibenförmig und/oder eben ausgebildet und/oder als ein Gitter ausgebildet.In a further embodiment, the tensioning elements are plate-shaped and/or disk-shaped and/or flat and/or designed as a lattice.

Vorzugsweise ist der Brennstoff Wasserstoff, wasserstoffreiches Gas, Reformatgas oder Erdgas.Preferably the fuel is hydrogen, hydrogen rich gas, reformate gas or natural gas.

Zweckmäßig sind die Brennstoffzellen im Wesentlichen eben und/oder scheibenförmig ausgebildet.The fuel cells are expediently designed to be essentially flat and/or disc-shaped.

In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel Luft mit Sauerstoff oder reiner Sauerstoff.In a supplementary variant, the oxidizing agent is air with oxygen or pure oxygen.

Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit eine PEM-Brennstoffzelleneinheit mit PEM-Brennstoffzellen.The fuel cell unit is preferably a PEM fuel cell unit with PEM fuel cells.

Figurenlistecharacter list

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine stark vereinfachte Explosionsdarstellung eines Brennstoffzellensystems mit Komponenten einer Brennstoffzelle,
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennstoffzelle mit einer stark vereinfachten schichtartigen Darstellung der Bipolarplatten,
3 einen Längsschnitt durch eine Brennstoffzelle,
4 eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel, d. h. einen Brennstoffzellenstack,
5 einen Schnitt durch die Brennstoffzelleneinheit gemäß 4,
6 eine Draufsicht einer Bipolarplatte der Brennstoffzelleneinheit in einem ersten Ausführungsbeispiel,
7 eine Draufsicht einer Membranelektrodenanordnung der Brennstoffzelleneinheit in dem ersten Ausführungsbeispiel,
8 eine perspektivische Ansicht einer Bipolarplatte der Brennstoffzelleneinheit sowie nur einer Gasdiffusionsschicht in dem ersten Ausführungsbeispiel,
9 einen Schnitt A-A gemäß 6 und 8 der Bipolarplatte mit Darstellung der Gasdiffusionssichten an den Gasräumen für Brennstoff und Oxidationsmittel,
10 einen Schnitt B-B gemäß 6 und 8 der Bipolarplatte mit Darstellung der Gasdiffusionssichten an den Gasräumen für Brennstoff und Oxidationsmittel,
11 eine Draufsicht einer Bipolarplatte der Brennstoffzelleneinheit in einem dritten Ausführungsbeispiel.

Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 a greatly simplified exploded view of a fuel cell system with components of a fuel cell,
2 a perspective view of part of a fuel cell with a greatly simplified th layered representation of the bipolar plates,
3 a longitudinal section through a fuel cell,
4 a perspective view of a fuel cell unit as a fuel cell stack, ie a fuel cell stack,
5 according to a section through the fuel cell unit 4 ,
6 a plan view of a bipolar plate of the fuel cell unit in a first embodiment,
7 a plan view of a membrane electrode assembly of the fuel cell unit in the first embodiment,
8th a perspective view of a bipolar plate of the fuel cell unit and only one gas diffusion layer in the first embodiment,
9 a section AA according to 6 and 8th the bipolar plate showing the gas diffusion views at the gas spaces for fuel and oxidant,
10 a cut according to BB 6 and 8th the bipolar plate showing the gas diffusion views at the gas spaces for fuel and oxidant,
11 a plan view of a bipolar plate of the fuel cell unit in a third embodiment.

In den 1 bis 3 ist der grundlegende Aufbau einer Brennstoffzelle 2 als einer PEM-Brennstoffzelle 3 (Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle 3) dargestellt. Das Prinzip von Brennstoffzellen 2 besteht darin, dass mittels einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie bzw. elektrischer Strom erzeugt wird. An eine Anode 7 wird Wasserstoff H₂ als gasförmiger Brennstoff geleitet und die Anode 7 bildet den Minuspol. An eine Kathode 8 wird ein gasförmiges Oxidationsmittel, nämlich Luft mit Sauerstoff, geleitet, d. h. der Sauerstoff in der Luft stellt das notwendige gasförmige Oxidationsmittel zur Verfügung. An der Kathode 8 findet eine Reduktion (Elektronenaufnahme) statt. Die Oxidation als Elektronenabgabe wird an der Anode 7 ausgeführt.In the 1 until 3 the basic structure of a fuel cell 2 is shown as a PEM fuel cell 3 (polymer electrolyte fuel cell 3). The principle of fuel cells 2 is that electrical energy or electrical current is generated by means of an electrochemical reaction. Hydrogen H ₂ is passed as a gaseous fuel to an anode 7 and the anode 7 forms the negative pole. A gaseous oxidizing agent, namely air with oxygen, is fed to a cathode 8, ie the oxygen in the air provides the necessary gaseous oxidizing agent. A reduction (acceptance of electrons) takes place at the cathode 8 . The oxidation as electron release is carried out at the anode 7 .

Die Redoxgleichungen der elektrochemischen Vorgänge lauten:

Kathode: O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- --» 2 H₂O
Anode: 2 H₂ --» 4 H⁺ + 4 e^-
Summenreaktionsgleichung von Kathode und Anode: 2 H₂ + O₂ --» 2 H₂O

The redox equations of the electrochemical processes are:

Cathode: O ₂ + 4 H ⁺ + 4 e ^- --» 2 H ₂ O
Anode: 2 H ₂ --» 4 H ⁺ + 4 e ^-
Summation reaction equation of cathode and anode: _2H2 ₊ O2 --» _2H2O

Die Differenz der Normalpotentiale der Elektrodenpaare unter Standardbedingungen als reversible Brennstoffzellenspannung oder Leerlaufspannung der unbelasteten Brennstoffzelle 2 beträgt 1,23 V. Diese theoretische Spannung von 1,23 V wird in der Praxis nicht erreicht. Im Ruhezustand und bei kleinen Strömen können Spannungen über 1,0 V erreicht werden und im Betrieb mit größeren Strömen werden Spannungen zwischen 0,5 V und 1,0 V erreicht. Die Reihenschaltung von mehreren Brennstoffzellen 2, insbesondere eine Brennstoffzelleneinheit 1 als Brennstoffzellenstapel 1 von mehreren übereinander angeordneten Brennstoffzellen 2, weist eine höhere Spannung auf, welche der Zahl der Brennstoffzellen 2 multipliziert mit der Einzelspannung je einer Brennstoffzelle 2 entspricht.The difference between the normal potentials of the pairs of electrodes under standard conditions as a reversible fuel cell voltage or no-load voltage of the unloaded fuel cell 2 is 1.23 V. This theoretical voltage of 1.23 V is not reached in practice. In the idle state and with small currents, voltages of over 1.0 V can be reached and when operating with larger currents, voltages between 0.5 V and 1.0 V are reached. The series connection of several fuel cells 2, in particular a fuel cell unit 1 as a fuel cell stack 1 of several fuel cells 2 arranged one above the other, has a higher voltage, which corresponds to the number of fuel cells 2 multiplied by the individual voltage of each fuel cell 2.

Die Brennstoffzelle 2 umfasst außerdem eine Protonenaustauschermembran 5 (Proton Exchange Membrane, PEM), welche zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 angeordnet ist. Die Anode 7 und Kathode 8 sind schichtförmig bzw. scheibenförmig ausgebildet. Die PEM 5 fungiert als Elektrolyt, Katalysatorträger und Separator für die Reaktionsgase. Die PEM 5 fungiert außerdem als elektrischer Isolator und verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anode 7 und Kathode 8. Im Allgemeinen werden 12 µm bis 150 µm dicke, protonenleitende Folien aus perfluorierten und sulfonierten Polymeren eingesetzt. Die PEM 5 leitet die Protonen H⁺ und sperrt andere Ionen als Protonen H⁺ im Wesentlichen, so dass aufgrund der Durchlässigkeit der PEM 5 für die Protonen H⁺ der Ladungstransport erfolgen kann. Die PEM 5 ist für die Reaktionsgase Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ im Wesentlichen undurchlässig, d. h. sperrt die Strömung von Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ zwischen einem Gasraum 31 an der Anode 7 mit Brennstoff Wasserstoff H₂ und dem Gasraum 32 an der Kathode 8 mit Luft bzw. Sauerstoff O₂ als Oxidationsmittel. Die Protonenleitfähigkeit der PEM 5 vergrößert sich mit steigender Temperatur und steigenden Wassergehalt.The fuel cell 2 also includes a proton exchange membrane 5 (proton exchange membrane, PEM), which is arranged between the anode 7 and the cathode 8 . The anode 7 and cathode 8 are in the form of layers or discs. The PEM 5 acts as an electrolyte, catalyst support and separator for the reaction gases. The PEM 5 also acts as an electrical insulator and prevents an electrical short circuit between the anode 7 and cathode 8. In general, 12 μm to 150 μm thick, proton-conducting foils made from perfluorinated and sulfonated polymers are used. The PEM 5 conducts the H ⁺ protons and essentially blocks ions other than H ⁺ protons, so that the charge transport can take place due to the permeability of the PEM 5 for the H ⁺ protons. The PEM 5 is essentially impermeable to the reaction gases oxygen O ₂ and hydrogen H ₂ , ie blocks the flow of oxygen O ₂ and hydrogen H ₂ between a gas space 31 at the anode 7 with fuel hydrogen H ₂ and the gas space 32 at the cathode 8 with air or oxygen O ₂ as the oxidizing agent. The proton conductivity of the PEM 5 increases with increasing temperature and increasing water content.

Auf den beiden Seiten der PEM 5, jeweils zugewandt zu den Gasräumen 31, 32, liegen die Elektroden 7, 8 als die Anode 7 und Kathode 8 auf. Eine Einheit aus der PEM 5 und den Elektroden 6, 7 wird als Membranelektrodenanordnung 6 (Membran Electrode Assembly, MEA) bezeichnet. Die Elektroden 7, 8 sind mit der PEM 5 verpresst. Die Elektroden 6, 7 sind platinhaltige Kohlenstoffpartikel, die an PTFE (Polytetrafluorethylen), FEP (Fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer), PFA (Perfluoralkoxy), PVDF (Polyvinylidenfluorid) und/oder PVA (Polyvinylalkohol) gebunden sind und in mikroporösen Kohlefaser-, Glasfaser- oder Kunststoffmatten heißverpresst sind. An den Elektroden 6, 7 sind auf der Seite zu den Gasräumen 31, 32 hin normalerweise jeweils eine Katalysatorschichten 30 aufgebracht. Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 31 mit Brennstoff an der Anode 7 umfasst nanodisperses Platin-Ruthenium auf grafitierten Rußpartikeln, die an einem Bindemittel gebunden sind. Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 32 mit Oxidationsmittel an der Kathode 8 umfasst analog nanodisperses Platin. Als Bindemittel werden beispielsweise Nafion®, eine PTFE-Emulsion oder Polyvinylalkohol eingesetzt.The electrodes 7 , 8 as the anode 7 and cathode 8 lie on the two sides of the PEM 5 , each facing towards the gas chambers 31 , 32 . A unit made up of the PEM 5 and the electrodes 6, 7 is referred to as a membrane electrode assembly 6 (membrane electrode assembly, MEA). The electrodes 7, 8 are pressed with the PEM 5. The electrodes 6, 7 are platinum-containing carbon particles bonded to PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (fluorinated ethylene-propylene copolymer), PFA (perfluoroalkoxy), PVDF (polyvinylidene fluoride) and/or PVA (polyvinyl alcohol) are bonded and hot pressed into microporous carbon fiber, glass fiber or plastic mats. A catalyst layer 30 is normally applied to each of the electrodes 6 , 7 on the side facing the gas chambers 31 , 32 . The catalyst layer 30 on the gas space 31 with fuel on the anode 7 comprises nanodisperse platinum-ruthenium on graphitized soot particles which are bound to a binder. The catalyst layer 30 on the gas space 32 with oxidizing agent on the cathode 8 analogously comprises nanodispersed platinum. Examples of binders used are Nafion®, a PTFE emulsion or polyvinyl alcohol.

Auf der Anode 7 und der Kathode 8 liegt eine Gasdiffusionsschicht 9 (Gas Diffusion Layer, GDL) auf. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Anode 7 verteilt den Brennstoff aus Kanälen 12 für Brennstoff gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Anode 7. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Kathode 8 verteilt das Oxidationsmittel aus Kanälen 13 für Oxidationsmittel gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Kathode 8. Die GDL 9 zieht außerdem Reaktionswasser in umgekehrter Richtung zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase ab, d. h. in einer Richtung je von der Katalysatorschicht 30 zu den Kanälen 12, 13. Ferner hält die GDL 9 die PEM 5 feucht und leitet den Strom. Die GDL 9 ist beispielsweise aus einem hydrophobierten Kohlepapier und einer gebundenen Kohlepulverschicht aufgebaut.On the anode 7 and the cathode 8 there is a gas diffusion layer 9 (gas diffusion layer, GDL). The gas diffusion layer 9 on the anode 7 distributes the fuel from fuel channels 12 evenly onto the catalyst layer 30 on the anode 7. The gas diffusion layer 9 on the cathode 8 distributes the oxidant from oxidant channels 13 evenly onto the catalyst layer 30 on the cathode 8. The GDL 9 also withdraws reaction water in the reverse direction to the direction of flow of the reaction gases, i. H. in one direction each from the catalyst layer 30 to the channels 12, 13. Furthermore, the GDL 9 keeps the PEM 5 wet and conducts the current. The GDL 9, for example, is made up of hydrophobic carbon paper and a bonded layer of carbon powder.

Auf der GDL 9 liegt eine Bipolarplatte 10 auf. Die elektrisch leitfähige Bipolarplatte 10 dient als Stromkollektor, zur Wasserableitung und zur Leitung der Reaktionsgase durch eine Kanalstruktur 29 und/oder ein Flussfeld 29 und zur Ableitung der Abwärme, welche insbesondere bei der exothermischen elektrochemischen Reaktion an der Kathode 8 auftritt. Zum Ableiten der Abwärme sind in die Bipolarplatte 10 Kanäle 14 zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels eingearbeitet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 31 für Brennstoff ist von Kanälen 12 gebildet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel ist von Kanälen 13 gebildet. Als Material für die Bipolarplatten 10 werden beispielsweise Metall, leitfähige Kunststoffe und Kompositwerkstoffe oder Grafit eingesetzt. Die Bipolarplatte 10 umfasst somit die drei Kanalstrukturen 29, gebildet von den Kanälen 12, 13 und 14, zur getrennten Durchleitung von Brennstoff, Oxidationsmittel und Kühlmittel.A bipolar plate 10 rests on the GDL 9 . The electrically conductive bipolar plate 10 serves as a current collector, for water drainage and for conducting the reaction gases through a channel structure 29 and/or a flow field 29 and for dissipating the waste heat, which occurs in particular during the exothermic electrochemical reaction at the cathode 8 . Channels 14 for the passage of a liquid or gaseous coolant are incorporated into the bipolar plate 10 in order to dissipate the waste heat. The channel structure 29 in the gas space 31 for fuel is formed by channels 12 . The channel structure 29 in the gas space 32 for the oxidizing agent is formed by channels 13 . Metal, conductive plastics and composite materials or graphite, for example, are used as the material for the bipolar plates 10 . The bipolar plate 10 thus comprises the three channel structures 29 formed by the channels 12, 13 and 14 for the separate passage of fuel, oxidizing agent and coolant.

In einer Brennstoffzelleneinheit 1 und/oder einem Brennstoffzellenstapel 1 und/oder einem Brennstoffzellenstack 1 sind mehrere Brennstoffzellen 2 fluchtend gestapelt angeordnet (4). In 1 ist eine Explosionsdarstellung von zwei gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 2 abgebildet. Eine Dichtung 11 dichtet die Gasräume 31, 32 fluiddicht ab. In einem Druckgasspeicher 21 (1) ist Wasserstoff H₂ als Brennstoff mit einem Druck von beispielsweise 350 bar bis 700 bar gespeichert. Aus dem Druckgasspeicher 21 wird der Brennstoff durch eine Hochdruckleitung 18 zu einem Druckminderer 20 geleitet zur Reduzierung des Druckes des Brennstoffes in einer Mitteldruckleitung 17 von ungefähr 10 bar bis 20 bar. Aus der Mitteldruckleitung 17 wird der Brennstoff zu einem Injektor 19 geleitet. An dem Injektor 19 wird der Druck des Brennstoffes auf einen Einblasdruck zwischen 1 bar und 3 bar reduziert. Von dem Injektor 19 wird der Brennstoff einer Zufuhrleitung 16 für Brennstoff (1) zugeführt und von der Zufuhrleitung 16 den Kanälen 12 für Brennstoff, welche die Kanalstruktur 29 für Brennstoff bilden. Der Brennstoff durchströmt dadurch den Gasraum 31 für den Brennstoff. Der Gasraum 31 für den Brennstoff ist von den Kanälen 12 und der GDL 9 an der Anode 7 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 12 wird der nicht in der Redoxreaktion an der Anode 7 verbrauchte Brennstoff und gegebenenfalls Wasser aus einer kontrollieren Befeuchtung der Anode 7 durch eine Abfuhrleitung 15 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet.In a fuel cell unit 1 and/or a fuel cell stack 1 and/or a fuel cell stack 1, a plurality of fuel cells 2 are arranged stacked in alignment ( 4 ). In 1 an exploded view of two stacked fuel cells 2 is shown. A seal 11 seals the gas chambers 31, 32 in a fluid-tight manner. In a compressed gas accumulator 21 ( 1 ) hydrogen H ₂ is stored as a fuel at a pressure of, for example, 350 bar to 700 bar. From the compressed gas reservoir 21, the fuel is passed through a high-pressure line 18 to a pressure reducer 20 to reduce the pressure of the fuel in a medium-pressure line 17 from approximately 10 bar to 20 bar. The fuel is routed to an injector 19 from the medium-pressure line 17 . At the injector 19, the pressure of the fuel is reduced to an injection pressure of between 1 bar and 3 bar. From the injector 19, the fuel is supplied to a supply line 16 for fuel ( 1 ) and from the supply line 16 to the channels 12 for fuel, which form the channel structure 29 for fuel. As a result, the fuel flows through the gas space 31 for the fuel. The gas space 31 for the fuel is formed by the channels 12 and the GDL 9 on the anode 7 . After flowing through the channels 12 , the fuel not consumed in the redox reaction at the anode 7 and any water from controlled humidification of the anode 7 are discharged from the fuel cells 2 through a discharge line 15 .

Eine Gasfördereinrichtung 22, beispielsweise als ein Gebläse 23 oder ein Kompressor 24 ausgebildet, fördert Luft aus der Umgebung als Oxidationsmittel in eine Zufuhrleitung 25 für Oxidationsmittel. Aus der Zufuhrleitung 25 wird die Luft den Kanälen 13 für Oxidationsmittel, welche eine Kanalstruktur 29 an den Bipolarplatten 10 für Oxidationsmittel bilden, zugeführt, so dass das Oxidationsmittel den Gasraum 32 für das Oxidationsmittel durchströmt. Der Gasraum 32 für das Oxidationsmittel ist von den Kanälen 13 und der GDL 9 an der Kathode 8 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 13 bzw. des Gasraumes 32 für das Oxidationsmittel 32 wird das nicht an der Kathode 8 verbrauchte Oxidationsmittel und das an der Kathode 8 aufgrund der elektrochemischen Redoxreaktion entstehenden Reaktionswasser durch eine Abfuhrleitung 26 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet. Eine Zufuhrleitung 27 dient zur Zuführung von Kühlmittel in die Kanäle 14 für Kühlmittel und eine Abfuhrleitung 28 dient zur Ableitung des durch die Kanäle 14 geleiteten Kühlmittels. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 sind in 1 aus Vereinfachungsgründen als gesonderte Leitungen dargestellt und sind konstruktiv tatsächlich am Endbereich in der Nähe der Kanäle 12, 13, 14 als fluchtende Fluidöffnungen 42 an Abdichtplatten 41 als Verlängerung am Endbereich der aufeinander liegender Bipolarplatten 10 (6) und Membranelektrodenanordnungen 6 (6 und 7) ausgebildet. Der Brennstoffzellenstack 1 zusammen mit dem Druckgasspeicher 21 und der Gasfördereinrichtung 22 bildet ein Brennstoffzellensystem 4.A gas conveying device 22, embodied for example as a fan 23 or a compressor 24, conveys air from the environment as oxidizing agent into a supply line 25 for oxidizing agent. The air is supplied from the supply line 25 to the channels 13 for oxidizing agent, which form a channel structure 29 on the bipolar plates 10 for oxidizing agent, so that the oxidizing agent flows through the gas space 32 for the oxidizing agent. The gas space 32 for the oxidizing agent is formed by the channels 13 and the GDL 9 on the cathode 8 . After the oxidizing agent 32 has flowed through the channels 13 or the gas space 32, the oxidizing agent not consumed at the cathode 8 and the water of reaction formed at the cathode 8 due to the electrochemical redox reaction are discharged from the fuel cells 2 through a discharge line 26. A supply line 27 is used to supply coolant into the channels 14 for coolant and a discharge line 28 is used to discharge the coolant conducted through the channels 14 . The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 are in 1 shown as separate lines for reasons of simplification and are actually structurally at the end area in the vicinity of the channels 12, 13, 14 as aligned fluid openings 42 on sealing plates 41 as an extension at the end area of the bipolar plates 10 ( 6 ) and membrane electrode assemblies 6 ( 6 and 7 ) educated. The fuel cell stack 1 together with the compressed gas reservoir 21 and the gas delivery device 22 forms a fuel cell system 4.

In der Brennstoffzelleneinheit 1 sind die Brennstoffzellen 2 zwischen zwei Spannelementen 33 als Spannplatten 34 angeordnet. Eine obere Spannplatte 35 liegt auf der obersten Brennstoffzelle 2 auf und eine untere Spannplatte 36 liegt auf der untersten Brennstoffzelle 2 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 1 umfasst ungefähr 200 bis 400 Brennstoffzellen 2, die aus zeichnerischen Gründen nicht alle in 4 dargestellt sind. Die Spannelemente 33 bringen auf die Brennstoffzellen 2 eine Druckkraft auf, d. h. die obere Spannplatte 35 liegt mit einer Druckkraft auf der obersten Brennstoffzelle 2 auf und die untere Spannplatte 36 liegt mit einer Druckkraft auf der untersten Brennstoffzelle 2 auf. Damit ist der Brennstoffzellenstapel 2 verspannt, um die Dichtheit für den Brennstoff, das Oxidationsmittel und das Kühlmittel, insbesondere aufgrund der elastischen Dichtung 11, zu gewährleisten und außerdem den elektrischen Kontaktwiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels 1 möglichst klein zu halten. Zur Verspannung der Brennstoffzellen 2 mit den Spannelementen 33 sind an der Brennstoffzelleneinheit 1 vier Verbindungsvorrichtungen 39 als Bolzen 40 ausgebildet, welche auf Zug beansprucht sind. Die vier Bolzen 40 sind mit den Spanplatten 34 fest verbunden.The fuel cells 2 are arranged as clamping plates 34 between two clamping elements 33 in the fuel cell unit 1 . An upper clamping plate 35 lies on top fuel cell 2 and a lower clamping plate 36 lies on bottom fuel cell 2 . The fuel cell unit 1 comprises approximately 200 to 400 fuel cells 2, not all of which are shown in 4 are shown. The clamping elements 33 apply a compressive force to the fuel cells 2, ie the upper clamping plate 35 rests on the uppermost fuel cell 2 with a compressive force and the lower clamping plate 36 rests on the lowermost fuel cell 2 with a compressive force. The fuel cell stack 2 is thus braced in order to ensure tightness for the fuel, the oxidizing agent and the coolant, in particular due to the elastic seal 11, and also to keep the electrical contact resistance within the fuel cell stack 1 as small as possible. In order to brace the fuel cells 2 with the tensioning elements 33, four connecting devices 39 are designed as bolts 40 on the fuel cell unit 1, which are subjected to tensile stress. The four bolts 40 are firmly connected to the chipboards 34 .

Die 1 bis 5 dienen lediglich zur Darstellung der grundlegenden Funktionsweise von Brennstoffzellen 2 und erfindungswesentliche Merkmale sind in den 1 bis 5 teilweise nicht abgebildet.the 1 until 5 serve only to illustrate the basic functioning of fuel cells 2 and essential features are in the 1 until 5 partly not shown.

In den 6 bis 10 ist eine Brennstoffzelle 2 einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Bipolarplatte 10 ist aus zwei umgeformten Platten 69, 70 aufgebaut, nämlich einer ersten Platte 69 und einer zweiten Platte 70 (8, 9 und 10). Die Fluidöffnungen 42 an den Abdichtplatten 41 der Bipolarplatten 10 und Membranelektrodenanordnungen 6 sind fluchtend übereinander angeordnet innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 1, so dass sich Kanäle 43 bis 51 ausbilden. Dabei sind zwischen den Abdichtplatten 41 nicht dargestellte Dichtungen angeordnet zur fluiddichten Abdichtung der von den Fluidöffnungen 42 gebildeten Kanäle 43 bis 51. Die Bipolarplatten 10 (6) und Membranelektrodenanordnungen 6 (7) sind im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weisen eine Längsausdehnung 59 als Länge 59 in einer Längsrichtung 57 auf und eine Querausdehnung 60 in einer Querrichtung 58 auf. Die im Wesentlichen schichtförmigen Bipolarplatten 10, Membranelektrodenanordnungen 6, Gasdiffusionsschichten 9 und Brennstoffzellen 2 spannen fiktive Ebenen 52 auf. Die Zeichenebenen der 6 und 7 sind in den fiktiven Ebenen 52 bzw. parallel zu diesen ausgerichtet. Die Membranelektrodenanordnung 6 mit der Protonenaustauschermembran 5 und der Anoden 7 und Kathode 8, d. h. ohne der Abdichtplatte 41, ist in einen ersten Teil 53 und einen zweiten Teil 54 unterteilt. Anlog ist die Kanalstruktur 29 der Bipolarplatte 10 in einen ersten Teil 55 und einen zweiten Teil 56 unterteilt. Zwischen dem ersten Teil 53, 55 und dem zweiten Teil 54, 56 ist eine schlitzförmige Fluidöffnung 42 ausgebildet, welche einen Zuführkanal 43 für Oxidationsmittel als ersten Oxidationsmittelkanal 45 ausbildet. Analog ist auch die Gasdiffusionsschicht 9 in einem ersten und zweiten Teil (nicht dargestellt) unterteilt. Aus dem ersten Oxidationsmittelkanal 45, welcher senkrecht zu den fiktiven Ebenen 52 ausgerichtet ist, strömt die Luft als das Oxidationsmittel in die Kanäle 13 für das Oxidationsmittel in Querrichtung 58 zwischen der zweiten Platte 70 der Bipolarplatte 10 und der Gasdiffusionsschicht 9 in dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel (8 und 9) zu einem Abführkanal 44 für Oxidationsmittel als einem zweiten Oxidationsmittelkanal 46. Außerdem strömt die Luft aus dem ersten Oxidationsmittelkanal 45 durch die Kanäle 13 für das Oxidationsmittel in Querrichtung 58 zwischen der ersten Platte 70 der Bipolarplatte 10 und der Gasdiffusionsschicht 9 in dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel (8 und 9) zu einem Abführkanal 44 für Oxidationsmittel als einem dritten Oxidationsmittelkanal 47. Die Querrichtung 58 ist parallel zur Zeichenebene von 6 ausgerichtet. Der zweite und dritte Oxidationsmittelkanal 46, 47 ist schlitzförmig ausgebildet. Der erste Oxidationsmittelkanal 45 unterteilt die Kanalstruktur 29 und die Membranelektrodenanordnung 6 in den ersten Teil 53, 55 und den zweiten Teil 54, 56 und die Gasdiffusionssicht 9 in einen nicht dargestellten ersten und zweiten Teil.In the 6 until 10 a fuel cell 2 of a fuel cell unit 1 according to the invention is shown in a first exemplary embodiment. The bipolar plate 10 is made up of two deformed plates 69, 70, namely a first plate 69 and a second plate 70 ( 8th , 9 and 10 ). The fluid openings 42 on the sealing plates 41 of the bipolar plates 10 and membrane electrode arrangements 6 are aligned one above the other within the fuel cell unit 1, so that channels 43 to 51 are formed. In this case, seals (not shown) are arranged between the sealing plates 41 for fluid-tight sealing of the channels 43 to 51 formed by the fluid openings 42. The bipolar plates 10 ( 6 ) and membrane electrode assemblies 6 ( 7 ) are essentially rectangular and have a longitudinal extension 59 as a length 59 in a longitudinal direction 57 and a transverse extension 60 in a transverse direction 58 . The essentially layered bipolar plates 10 , membrane electrode arrangements 6 , gas diffusion layers 9 and fuel cells 2 span imaginary levels 52 . The character levels of 6 and 7 are aligned in the fictitious planes 52 or parallel to them. The membrane electrode arrangement 6 with the proton exchange membrane 5 and the anodes 7 and cathode 8, ie without the sealing plate 41, is divided into a first part 53 and a second part 54. Similarly, the channel structure 29 of the bipolar plate 10 is divided into a first part 55 and a second part 56 . Between the first part 53, 55 and the second part 54, 56 there is a slit-shaped fluid opening 42 which forms a supply channel 43 for oxidizing agent as the first oxidizing agent channel 45. Similarly, the gas diffusion layer 9 is divided into a first and second part (not shown). From the first oxidant channel 45, which is oriented perpendicularly to the notional planes 52, the air flows as the oxidant into the channels 13 for the oxidant in the transverse direction 58 between the second plate 70 of the bipolar plate 10 and the gas diffusion layer 9 in the gas space 32 for oxidant ( 8th and 9 ) to an oxidant discharge duct 44 as a second oxidant duct 46. In addition, the air from the first oxidant duct 45 flows through the oxidant ducts 13 in the transverse direction 58 between the first plate 70 of the bipolar plate 10 and the gas diffusion layer 9 in the oxidant gas space 32 ( 8th and 9 ) to a discharge channel 44 for oxidizing agent as a third oxidizing agent channel 47. The transverse direction 58 is parallel to the plane of FIG 6 aligned. The second and third oxidizing agent channels 46, 47 are slot-shaped. The first oxidizing agent channel 45 divides the channel structure 29 and the membrane electrode arrangement 6 into the first part 53, 55 and the second part 54, 56 and the gas diffusion layer 9 into a first and second part (not shown).

Die Längsausdehnung 61 des ersten Oxidationsmittelkanales 45 entspricht im Wesentlichen der Längsausdehnung 63 (7) des ersten und zweiten Teils 53, 54 der Membranelektrodenanordnung 6 und entspricht ferner im Wesentlichen der Längsausdehnung 66 (6) des ersten und zweiten Teils 55, 56 der Kanalstruktur 29. Dadurch ist beim Ausströmen des Oxidationsmittels aus dem ersten Oxidationsmittelkanal 45 in die Kanäle 13 im Wesentlichen keine Verteilung des Oxidationsmittels in der Längsrichtung 57 notwendig. Analog ist beim Einströmen des Oxidationsmittels aus den Kanälen 13 in den ersten und zweiten Oxidationsmittelkanal 46, 47 im Wesentlichen keine Verteilung des Oxidationsmittels in der Längsrichtung 57 notwendig. Die Querausdehnung 62 des ersten Oxidationsmittelkanales 45 entspricht im Wesentlichen dem Abstand in der Querrichtung 58 zwischen dem ersten und zweite Teil 53, 54 der Membranelektrodenanordnung 6 und dem ersten und zweiten Teil 55, 56 der Kanalstruktur 29. Die Längsausdehnung 61 des ersten Oxidationsmittelkanales 45 ist wesentlich größer als die Querausdehnung 62 des ersten Oxidationsmittelkanales 45. Der erste Oxidationsmittelkanal 45 ist senkrecht zu der Zeichenebene von 6 und 7 und/oder der fiktiven Ebene 52 ausgerichtet, d. h. das Oxidationsmittel strömt senkrecht zu der Zeichenebene von 6 und 7 durch den ersten Oxidationsmittelkanal 45.The longitudinal extent 61 of the first oxidizing agent channel 45 essentially corresponds to the longitudinal extent 63 ( 7 ) of the first and second parts 53, 54 of the membrane electrode assembly 6 and also essentially corresponds to the longitudinal extension 66 ( 6 ) of the first and second parts 55, 56 of the channel structure 29. As a result, when the oxidizing agent flows out of the first oxidizing agent channel 45 into the channels 13, essentially no distribution of the oxidizing agent in the longitudinal direction 57 is necessary. Similarly, when the oxidizing agent flows from the channels 13 into the first and second oxidizing agent channels 46, 47, essentially no distribution of the oxidizing agent in the longitudinal direction 57 is necessary. The transverse extent 62 of the first oxidant channel 45 essentially corresponds to the distance in the transverse direction 58 between the first and second parts 53, 54 of the membrane electrode assembly 6 and the first and second parts 55, 56 of the channel structure 29. The longitudinal extent 61 of the first oxidant channel 45 is essential greater than the transverse extent 62 of the first oxidant channel 45. The first oxidant channel 45 is perpendicular to the plane of FIG 6 and 7 and or aligned with the notional plane 52, ie the oxidizing agent flows perpendicularly to the plane of the drawing 6 and 7 through the first oxidant channel 45.

In den Abdichtplatten 41 sind an einer Seite zwei Zuführkanäle 48 für Brennstoff und an einer anderen, gegenüberliegenden Seite in Längsrichtung 57 zwei Abführkanäle 49 für Brennstoff ausgebildet. Die eine und andere, gegenüberliegende Seite befindet sich im Bereich oder in der Nähe der Kanalstruktur 29 bzw. Kanalstrukturen 29 und der Membranelektrodenanordnung 6, jedoch außerhalb der Kanalstruktur 29 bzw. Kanalstrukturen 29 und außerhalb der Membranelektrodenanordnung 6. Aus den Zuführkanälen 48 wird der Brennstoff den Kanälen 12 (in 6 strichliert dargestellt) in dem ersten und zweiten Teil 55, 56 der Kanalstruktur 29 zugeleitet und strömt in Längsrichtung 57 zu den Abführkanälen 49 für Brennstoff. Außerdem sind an der einen Seite der Abdichtplatten 41 zwei Zuführkanäle 50 für Kühlmittel und an der anderen Seite zwei Abführkanäle 51 für Kühlmittel ausgebildet.Two supply channels 48 for fuel are formed in the sealing plates 41 on one side and two discharge channels 49 for fuel are formed on another, opposite side in the longitudinal direction 57 . One and the other, opposite side is in the area or in the vicinity of the channel structure 29 or channel structures 29 and the membrane electrode assembly 6, but outside of the channel structure 29 or channel structures 29 and outside of the membrane electrode assembly 6. From the feed channels 48, the fuel is the channels 12 (in 6 shown in dashed lines) in the first and second parts 55, 56 of the channel structure 29 and flows in the longitudinal direction 57 to the discharge channels 49 for fuel. In addition, two coolant supply channels 50 are formed on one side of the sealing plates 41 and two coolant discharge channels 51 are formed on the other side.

Die Querausdehnung 67 des ersten Teils 55 der Kanalstruktur 29 ist geringfügig kleiner als die Querausdehnung des oberen Zuführkanales 50 und des oberen Abführkanales 51 für Kühlmittel gemäß 6 und 7, so dass beim Einleiten des Kühlmittels aus dem oberen Zuführkanal 50 in die Kanäle 14 für Kühlmittel im Wesentlichen keine oder nur eine geringfügige Verteilung in der Querrichtung 58 notwendig ist. Analog ist beim Ausleiten des Kühlmittels aus den Kanälen 14 für Kühlmittel in den oberen Abführkanal 51 im Wesentlichen keine oder nur eine geringfügige Verteilung in der Querrichtung 58 notwendig ist. Dies gilt analog für den unteren Zuführkanal 50, den zweiten Teil 56 der Kanalstruktur 29 mit der Querausdehnung 68 und den unteren Abführkanal 51.The transverse extent 67 of the first part 55 of the channel structure 29 is slightly smaller than the transverse extent of the upper feed channel 50 and the upper discharge channel 51 for coolant according to FIG 6 and 7 , so that when introducing the coolant from the upper feed channel 50 into the channels 14 for coolant essentially no or only a slight distribution in the transverse direction 58 is necessary. Analogously, when the coolant is discharged from the coolant channels 14 into the upper discharge channel 51 , essentially no distribution or only a slight distribution in the transverse direction 58 is necessary. This applies analogously to the lower feed channel 50, the second part 56 of the channel structure 29 with the transverse extent 68 and the lower discharge channel 51.

Die Längsausdehnung 63 des ersten und zweiten Teils 53, 54 der Membranelektrodenanordnung 6 entspricht im Wesentlichen der Längsausdehnung 66 des ersten und zweiten Teils 55, 56 der Kanalstruktur 29. Die Querausdehnung 64 des ersten Teils 53 der Membranelektrodenanordnung 6 entspricht im Wesentlichen der Querausdehnung 67 des ersten Teils 55 der Kanalstruktur 29. Die Querausdehnung 65 des zweiten Teils 54 der Membranelektrodenanordnung 6 entspricht im Wesentlichen der Querausdehnung 68 des zweiten Teils 56 der Kanalstruktur 29. Die Querausdehnungen 64, 65, 67 und 68 sowie die Längsausdehnungen 63, 66 sind im Wesentlichen identisch, so dass die ersten und zweiten Teile 53, 54, 55, 56 eine im Wesentlichen identische Fläche und Form in Richtung der fiktiven Ebenen 52 aufweisen.The longitudinal extent 63 of the first and second part 53, 54 of the membrane electrode assembly 6 corresponds essentially to the longitudinal extent 66 of the first and second part 55, 56 of the channel structure 29. The transverse extent 64 of the first part 53 of the membrane electrode assembly 6 corresponds essentially to the transverse extent 67 of the first Part 55 of the channel structure 29. The transverse extent 65 of the second part 54 of the membrane electrode arrangement 6 essentially corresponds to the transverse extent 68 of the second part 56 of the channel structure 29. The transverse extents 64, 65, 67 and 68 and the longitudinal extents 63, 66 are essentially identical, so that the first and second parts 53, 54, 55, 56 have a substantially identical area and shape in the direction of the notional planes 52.

Die Bipolarplatte 10 ist aus nur zwei Platten 69, 70 (8 bis 10) ausgebildet, nämlich der ersten Platte 69 und der zweiten Platte 70. Die zwei Platten 69, 70 sind umgeformt, so dass die zwei Platten 69, 70 wellenförmig und mäanderförmig sind, wobei an den Wellen auch Ecken ausgebildet sein können. Die Wellen in der ersten Platte 69 weisen eine erste Richtung 75 auf und die Wellen in der zweiten Platte 70 weisen eine zweiten Richtung 76 auf. Die erste und zweite Platte 69, 70, vorzugsweise aus Metall, sind stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, miteinander verbunden, so dass die ersten Richtung 75 und zweite Richtung 76 im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° 10° oder 5°. Die ersten Platte 69 weist eine erste Seite 73 als Außenseite auf, welche dem Gasraum 31 für Brennstoff zugewandt ist. Die zweite Platte 70 weist eine zweite Seite 74 als Außenseite auf, welche dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel zugewandt ist. Aufgrund der wellenförmigen Ausbildung der ersten Platte 69 liegt die Gasdiffusionsschicht 9 des Gasraumes 31 für Brennstoff auf ersten streifenförmigen Auflagebereichen 71 der ersten Platte 69 auf (9). In 8 ist Gasdiffusionsschicht 9 des Gasraumes 31 für Brennstoff nicht dargestellt, sondern nur Gasdiffusionsschicht 9 des Gasraumes 32 für Oxidationsmittel. The bipolar plate 10 consists of only two plates 69, 70 ( 8th until 10 ) is formed, namely the first plate 69 and the second plate 70. The two plates 69, 70 are reshaped, so that the two plates 69, 70 are wavy and meander-shaped, it also being possible for corners to be formed on the waves. The corrugations in the first plate 69 have a first direction 75 and the corrugations in the second plate 70 have a second direction 76 . The first and second plates 69, 70, preferably made of metal, are bonded to one another, in particular by means of welding, so that the first direction 75 and second direction 76 are aligned essentially perpendicular to one another, ie with a deviation of less than 30°. 20° 10° or 5°. The first plate 69 has a first side 73 as an outside facing the gas space 31 for fuel. The second plate 70 has a second side 74 as an outer side facing the oxidant gas space 32 . Due to the wavy design of the first plate 69, the gas diffusion layer 9 of the gas space 31 for fuel rests on first strip-shaped contact areas 71 of the first plate 69 ( 9 ). In 8th gas diffusion layer 9 of gas space 31 for fuel is not shown, only gas diffusion layer 9 of gas space 32 for oxidizing agents.

Aufgrund der wellenförmigen Ausbildung der zweiten Platte 70 liegt die Gasdiffusionsschicht 9 des Gasraumes 32 für Oxidationsmittel auf zweiten streifenförmigen Auflagebereichen 72 der zweiten Platte 70 auf (8 und 10). Die Schnittdarstellung in 10 ist in dem zweiten streifenförmigen Auflagebereich 72 der zweiten Platte 70 und parallel zur Strömungsrichtung des Oxidationsmittels in den Kanälen 13. Die Schnittdarstellung in 9 ist außerhalb des zweiten streifenförmigen Auflagebereiches 72 der zweiten Platte 70 und schneidet die Kanäle 13 für Oxidationsmittel parallel zu der Strömungsrichtung des Oxidationsmittels in den Kanälen 13. Die wellenförmige Ausbildung der ersten Platte 69 bedingt, dass sich in Richtung parallel zu der fiktiven Ebenen 52 zwischen den Wellen der ersten Platte 69 die Kanäle 12 für Brennstoff ausbilden. Die Kanäle 12 sind begrenzt von der ersten Seite 73 der ersten Platte 69 in den Tälern der Wellen und der Gasdiffusionsschicht 9 in dem Gasraum 31 für Brennstoff. Die wellenförmige Ausbildung der zweiten Platte 70 bedingt, dass sich in Richtung parallel zu der fiktiven Ebenen 52 zwischen den Wellen der zweiten Platte 70 die Kanäle 13 für Oxidationsmittel ausbilden. Die Kanäle 13 sind begrenzt von der zweiten Seite 74 der zweiten Platte 70 in den Tälern der Wellen und der Gasdiffusionsschicht 9 in dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel.Due to the wavy design of the second plate 70, the gas diffusion layer 9 of the gas chamber 32 for oxidizing agent lies on the second strip-shaped contact areas 72 of the second plate 70 ( 8th and 10 ). The sectional view in 10 is in the second strip-shaped support area 72 of the second plate 70 and parallel to the direction of flow of the oxidizing agent in the channels 13. The sectional view in 9 is outside the second strip-shaped support area 72 of the second plate 70 and intersects the channels 13 for oxidizing agent parallel to the direction of flow of the oxidizing agent in the channels 13. The wavy design of the first plate 69 means that in the direction parallel to the notional plane 52 between the Waves of the first plate 69 form the channels 12 for fuel. The channels 12 are delimited by the first side 73 of the first plate 69 in the troughs of the corrugations and the gas diffusion layer 9 in the gas space 31 for fuel. The wavy design of the second plate 70 means that the channels 13 for oxidizing agent are formed in the direction parallel to the imaginary plane 52 between the waves of the second plate 70 . The channels 13 are defined by the second side 74 of the second plate 70 in the troughs of the corrugations and the gas diffusion layer 9 in the oxidant gas space 32 .

Zwischen der ersten Platte 69 und der zweiten Platte 70 sind Kanäle 14 für das Kühlmittel ausgebildet und begrenzt. Die Strömungsrichtung des Kühlfluides in den Kanälen 14 ist senkrecht zu der Zeichenebene von 9 und 10. In einer Richtung parallel zu der fiktiven Ebene 52 sind die durchgehenden Kanäle 14 zwischen der ersten Platte 69 ausgebildet und begrenzt von einer ersten Innenseite 77 der ersten Platte 69 und einer zweiten Innenseite 78 der zweiten Platte 70. Die ersten Richtungen 75 der ersten Wellen der ersten Platte 69 sind im Wesentlichen senkrecht zu den zweiten Richtungen 76 der zweiten Wellen der zweiten Platte 70 ausgebildet, so dass in Strömungsrichtung des Kühlfluides die Kanäle 14 unterschiedliche Ausdehnungen in einer Richtung senkrecht zu der fiktiven Ebene 52 aufweisen. In der Schnittdarstellung in 9 weisen die Kanäle 14 eine erste kleine Ausdehnung 37 senkrecht zu der fiktiven Ebene 52 auf. In der Schnittdarstellung in 10 weisen die Kanäle 14 eine zweite große Ausdehnung 38 senkrecht zu der fiktiven Ebene 52 auf. Damit besteht auch eine fluidleitende Verbindung mit Querkanälen in Längsrichtung 57 zwischen den Kanälen 14 gemäß 10 für das Kühlfluid, so dass eine besonders effektive und gleichmäßige Kühlung der Brennstoffzelleneinheit 1 gewährleistet ist.Between the first plate 69 and the second plate 70 are channels 14 for the coolant formed and limited. The flow direction of the cooling fluid in the channels 14 is perpendicular to the plane of the drawing 9 and 10 . In a direction parallel to the notional plane 52, the through channels 14 are formed between the first plate 69 and delimited by a first inner face 77 of the first plate 69 and a second inner face 78 of the second plate 70. The first directions 75 of the first corrugations of the first Plates 69 are formed essentially perpendicular to the second directions 76 of the second corrugations of the second plate 70, so that the channels 14 have different dimensions in a direction perpendicular to the imaginary plane 52 in the direction of flow of the cooling fluid. In the sectional view in 9 the channels 14 have a first small extension 37 perpendicular to the imaginary plane 52 . In the sectional view in 10 the channels 14 have a second large extent 38 perpendicular to the imaginary plane 52 . There is thus also a fluid-conducting connection with transverse channels in the longitudinal direction 57 between the channels 14 according to FIG 10 for the cooling fluid, so that a particularly effective and uniform cooling of the fuel cell unit 1 is guaranteed.

In den 11 ist die Brennstoffzelle 2 der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 6 bis 10 beschrieben. Der erste Oxidationsmittelkanal 45, der zweite Oxidationsmittelkanal 46 und der dritte Oxidationsmittelkanal 47 sind in der Längsrichtung 57 in je drei Teiloxidationsmittelkanäle 45, 46, 47 unterteilt. Die Längsausdehnung 61 (nicht dargestellt) beispielsweise des ersten Oxidationsmittelkanales 45 ergibt sich somit aus der Summe der Längsausdehnungen der drei ersten Teiloxidationsmittelkanäle 45. Dies gilt analog für den zweiten Oxidationsmittelkanal 46 und den dritten Oxidationsmittelkanal 47. In den Abdichtplatten 41 sind an einer Seite ein Zuführkanal 48 für Brennstoff und zwei Zuführkanäle 50 für Kühlmittel ausgebildet analog dem ersten Ausführungsbeispiel. An der anderen, gegenüberliegenden Seite in Längsrichtung 57 ist ein Abführkanal 51 für Kühlmittel zwischen zwei Abführkanälen 49 für Brennstoff ausgebildet. Die Querausdehnung des Abführkanales 51 für Kühlmittel ist wesentlich größer als die Summe der Querausdehnungen der zwei Abführkanäle 49 für Brennstoff, insbesondere um das 2- oder 3-fache größer als die Summe der Querausdehnungen der zwei Abführkanäle 49 für Brennstoff.In the 11 the fuel cell 2 of the fuel cell unit 1 according to the invention is shown in a second exemplary embodiment. In the following, essentially only the differences from the first exemplary embodiment are explained in accordance with FIG 6 until 10 described. The first oxidizing agent channel 45, the second oxidizing agent channel 46 and the third oxidizing agent channel 47 are each divided into three partial oxidizing agent channels 45, 46, 47 in the longitudinal direction 57. The longitudinal extension 61 (not shown), for example, of the first oxidizing agent channel 45 thus results from the sum of the longitudinal extensions of the three first partial oxidizing agent channels 45. This applies analogously to the second oxidizing agent channel 46 and the third oxidizing agent channel 47. In the sealing plates 41 there is a feed channel on one side 48 for fuel and two supply channels 50 for coolant formed analogously to the first embodiment. On the other, opposite side in the longitudinal direction 57, a discharge channel 51 for coolant is formed between two discharge channels 49 for fuel. The transverse extent of the discharge channel 51 for coolant is significantly greater than the sum of the transverse extents of the two discharge channels 49 for fuel, in particular 2 or 3 times greater than the sum of the transverse extents of the two discharge channels 49 for fuel.

Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 10, der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit 1 und dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem 4 wesentliche Vorteile verbunden. Der erste Oxidationsmittelkanal 45 als Zuführkanal 43 für Oxidationsmittel ist im Wesentlichen mittig zwischen dem ersten und zweiten Teil 53, 54 der Membranelektrodenanordnung 6 und dem ersten zweiten Teil 55, 56 der Kanalstruktur 29 der Bipolarplatte 10 angeordnet. Das Oxidationsmittel strömt bezüglich des Volumenstromes jeweils zur Hälfte durch den ersten zweiten Teil 55, 56 der Kanalstruktur 29 der Bipolarplatte 10 in entgegengesetzter Richtung. Damit legt das Oxidationsmittel bei der Durchströmung durch die zwei Teile 55, 56 der Kanalstruktur 29 der Bipolarplatte 10 und die zwei Teile (nicht dargestellt) der Gasdiffusionssicht 9 einen sehr kurzen Weg in Querrichtung 58 zurück, welcher der Querausdehnung 64, 65, 67, 68 des ersten und zweiten Teils 55, 56 der Kanalstruktur 29 und des ersten und zweiten Teils 53, 54 der Membranelektrodenanordnung 6 entspricht. Damit tritt während des Durchleitens des Oxidationsmittels durch die Kanalstruktur 29 eine geringe Sauerstoffreduzierung und ein kleiner Druckabfall auf, so dass wenig Energie für die Gasfördereinrichtung 22 benötigt wird. Ferner ist in vorteilhafter Weise die Temperaturdifferenz zwischen den in die Kanäle 13 für Oxidationsmittel einströmenden und ausströmenden Oxidationsmittel klein. Die Brennstoffzelleneinheit 1 weist damit, insbesondere bei großen angeforderten elektrischen Leistungen, eine nur geringfügig ansteigende Temperatur des Oxidationsmittels und eine kleine Reduzierung des Sauerstoffgehaltes in dem Gasraum 32 für Brennstoff sowie eine geringe Anreicherung von Wasser auf. Damit kann mit der Brennstoffzelleneinheit 1 eine große elektrische Leistung pro Masseneinheit der Brennstoffzelleneinheit 1 erreicht werden bei einer hohen Zuverlässigkeit und einer geringen Alterung. Darüber hinaus kann bei einem Kaltstart der Brennstoffzellenstapel 1 mit vorgewärmten Oxidationsmittel in dem zentrischen ersten Oxidationsmittelkanal 45 von innen nach außen gleichmäßig erwärmt werden. Die kurze Wegstrecke der Kanäle 13 für Oxidationsmittel ermöglicht eine besonders einfache und effektive Ableitung von Reaktionswasser aus den Kanälen 13 für Oxidationsmittel. Diese Vorteile sind insbesondere bei mobilen Anwendungen in der Kraftfahrzeugtechnik wichtig.Overall, significant advantages are associated with the bipolar plate 10 according to the invention, the fuel cell unit 1 according to the invention and the fuel cell system 4 according to the invention. The first oxidizing agent channel 45 as a supply channel 43 for oxidizing agent is arranged essentially centrally between the first and second part 53 , 54 of the membrane electrode arrangement 6 and the first second part 55 , 56 of the channel structure 29 of the bipolar plate 10 . With respect to the volume flow, half of the oxidizing agent flows through the first, second part 55, 56 of the channel structure 29 of the bipolar plate 10 in the opposite direction. When flowing through the two parts 55, 56 of the channel structure 29 of the bipolar plate 10 and the two parts (not shown) of the gas diffusion layer 9, the oxidizing agent thus covers a very short path in the transverse direction 58, which corresponds to the transverse extent 64, 65, 67, 68 of the first and second part 55, 56 of the channel structure 29 and of the first and second part 53, 54 of the membrane electrode assembly 6 corresponds. As a result, while the oxidizing agent is being conducted through the channel structure 29 , there is a small reduction in oxygen and a small drop in pressure, so that little energy is required for the gas conveying device 22 . Furthermore, the temperature difference between the oxidizing agent flowing into and out of the channels 13 for oxidizing agent is advantageously small. The fuel cell unit 1 thus exhibits, particularly when large amounts of electrical power are required, an only slightly increasing temperature of the oxidizing agent and a small reduction in the oxygen content in the gas space 32 for fuel and a small accumulation of water. In this way, with the fuel cell unit 1, a high electrical output per unit mass of the fuel cell unit 1 can be achieved with high reliability and low aging. In addition, during a cold start, the fuel cell stack 1 can be heated uniformly from the inside to the outside with preheated oxidizing agent in the central first oxidizing agent channel 45 . The short distance of the channels 13 for the oxidizing agent enables water of reaction to be discharged from the channels 13 for the oxidizing agent in a particularly simple and effective manner. These advantages are particularly important for mobile applications in motor vehicle technology.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102006019114 A1 [0006]DE 102006019114 A1 [0006]
DE 102020203048 A1 [0007]DE 102020203048 A1 [0007]

Claims

Bipolarplatte (10), welche eine fiktive Ebene (52) aufspannt, für eine Brennstoffzelleneinheit (1) als Brennstoffzellenstapel (1) mit gestapelt angeordneten Brennstoffzellen (2) zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie, die Bipolarplatte (10) umfassend - drei getrennte Kanalstrukturen (29) mit Kanälen (12, 13, 14) für die getrennte Durchleitung von Oxidationsmittel, Brennstoff und Kühlfluid, - wenigstens einen Zuführkanal (43), ausgebildet als Fluidöffnung (42) in der Bipolarplatte (10), als Oxidationsmittelkanal (45) zur Zuleitung von Oxidationsmittel in Gasräume (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2), insbesondere in wenigstens einen Kanal (13) für Oxidationsmittel der Kanalstruktur (29), - wenigstens einen Abführkanal (44), ausgebildet als Fluidöffnung (42) in der Bipolarplatte (10), als Oxidationsmittelkanal (46, 47) zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2), insbesondere aus wenigstens einem Kanal (13) für Oxidationsmittel der Kanalstruktur (29), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erster Oxidationsmittelkanal (45), ausgebildet als Fluidöffnung (42) in der Bipolarplatte (10), zwischen den Kanalstrukturen (29) der Bipolarplatte (10) angeordnet ist und die Kanäle (13) für das Kühlfluid in Strömungsrichtung des Kühlfluides unterschiedliche Ausdehnungen (37, 38) in einer Richtung senkrecht zu der fiktiven Ebene (52) aufweisen.Bipolar plate (10), which spans an imaginary plane (52), for a fuel cell unit (1) as a fuel cell stack (1) with stacked fuel cells (2) for the electrochemical generation of electrical energy, the bipolar plate (10) comprising - three separate channel structures ( 29) with channels (12, 13, 14) for the separate passage of oxidizing agent, fuel and cooling fluid, - at least one supply channel (43), designed as a fluid opening (42) in the bipolar plate (10), as an oxidizing agent channel (45) for supply of oxidizing agent in gas chambers (32) for oxidizing agent of the fuel cells (2), in particular in at least one channel (13) for oxidizing agent of the channel structure (29), - at least one discharge channel (44), designed as a fluid opening (42) in the bipolar plate (10 ), as an oxidizing agent channel (46, 47) for discharging oxidizing agent from the gas chambers (32) for oxidizing agent of the fuel cells (2), in particular from at least one Channel (13) for oxidizing agents of the channel structure (29), characterized in that at least one first oxidizing agent channel (45), designed as a fluid opening (42) in the bipolar plate (10), is arranged between the channel structures (29) of the bipolar plate (10). and the channels (13) for the cooling fluid have different extensions (37, 38) in the flow direction of the cooling fluid in a direction perpendicular to the imaginary plane (52).

Brennstoffzelleneinheit (1) als Brennstoffzellenstapel (1) zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie, umfassend - gestapelt angeordnete Brennstoffzellen (2), die Brennstoffzellen (2) umfassend jeweils eine Protonenaustauschermembran (6), eine Anode (7), eine Kathode (8), eine Bipolarplatte (10), wenigstens eine Gasdiffusionsschicht (9), wobei die Protonenaustauschermembran (5), die Anode (7) und die Kathode (8) eine Membranelektrodenanordnung (6) bilden, - wenigstens einen Zuführkanal (43) als Oxidationsmittelkanal (45) zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2), - wenigstens einen Abführkanal (44) als Oxidationsmittelkanal (46, 47) zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erster Oxidationsmittelkanal (45) zwischen den Membranelektrodenanordnungen (6) der Brennstoffzellen (2) angeordnet ist und an einer dem Gasraum (31) für Brennstoff zugewandten ersten Seite (73) der Bipolarplatte (10) erste streifenförmige Auflagebereiche (71) ausgebildet sind und die ersten streifenförmigen Auflagebereiche (71) auf der Gasdiffusionsschicht (10) in dem Gasraum (31) für Brennstoff aufliegen und an einer dem Gasraum (32) für Oxidationsmittel zugewandten zweiten Seite (74) der Bipolarplatte (10) zweite streifenförmige Auflagebereiche (72) ausgebildet sind und die zweiten streifenförmigen Auflagebereiche (72) auf der Gasdiffusionsschicht (10) in dem Gasraum (32) für Oxidationsmittel aufliegen und/oder die Brennstoffzelleneinheit (1) Bipolarplatten (10) gemäß Anspruch 1 umfasst.Fuel cell unit (1) as a fuel cell stack (1) for the electrochemical generation of electrical energy, comprising - stacked fuel cells (2), the fuel cells (2) each comprising a proton exchange membrane (6), an anode (7), a cathode (8), a bipolar plate (10), at least one gas diffusion layer (9), the proton exchange membrane (5), the anode (7) and the cathode (8) forming a membrane electrode arrangement (6), - at least one feed channel (43) as an oxidizing agent channel (45) for feeding oxidizing agent into the gas chambers (32) for oxidizing agent of the fuel cells (2), - at least one discharge channel (44) as an oxidizing agent channel (46, 47) for discharging oxidizing agent from the gas chambers (32) for oxidizing agent of the fuel cells (2), characterized in that at least one first oxidizing agent channel (45) is arranged between the membrane electrode assemblies (6) of the fuel cells (2) and at one d First strip-shaped bearing regions (71) are formed on the first side (73) of the bipolar plate (10) facing the gas chamber (31) for fuel and the first strip-shaped bearing regions (71) rest on the gas diffusion layer (10) in the gas chamber (31) for fuel and second strip-shaped bearing regions (72) are formed on a second side (74) of the bipolar plate (10) facing the gas space (32) for oxidizing agent, and the second strip-shaped bearing regions (72) on the gas diffusion layer (10) in the gas space (32) for oxidizing agent rest and / or the fuel cell unit (1) bipolar plates (10) according to claim 1 includes.

Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal (45) in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen (2) aufgespannten fiktiven Ebenen (52), insbesondere zu wenigstens 70‘%, 80% oder 90%, zwischen den Membranelektrodenanordnungen (6) der Brennstoffzellen (2) angeordnet ist.fuel cell unit claim 2 , characterized in that the at least one first oxidizing agent channel (45) in a direction parallel to the fictitious planes (52) spanned by the fuel cells (2), in particular at least 70'%, 80% or 90%, between the membrane electrode arrangements (6 ) of the fuel cells (2) is arranged.

Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal (45) im Wesentlichen senkrecht zu den von den Brennstoffzellen (2) aufgespannten fiktiven Ebenen ausgerichtet ist.fuel cell unit claim 2 or 3 , characterized in that the at least one first oxidizing agent channel (45) is aligned essentially perpendicularly to the fictitious planes spanned by the fuel cells (2).

Brennstoffzelleneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatten (10) aus je zwei Platten (69, 70) als eine erste Platte (69) und zweite Platte (70), insbesondere nur je zwei Platten (69, 70), ausgebildet sind und die je zwei Platten (69, 70) im Bereich der Kanäle (12, 13, 14) für die getrennte Durchleitung von Oxidationsmittel, Brennstoff und Kühlfluid wellenförmig ausgebildet sind und eine erste Richtung (75) der ersten Wellen an der je ersten Platte (69) und eine zweite Richtung (76) der zweiten Wellen an der je zweiten Platte (70) im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet sind.Fuel cell unit according to one or more of claims 2 until 4 , characterized in that the bipolar plates (10) of two plates (69, 70) as a first plate (69) and second plate (70), in particular only two plates (69, 70) are formed and the two Plates (69, 70) in the region of the channels (12, 13, 14) for the separate passage of oxidizing agent, fuel and cooling fluid are formed in a wavy manner and a first direction (75) of the first waves on each first plate (69) and a second direction (76) of the second corrugations on each second plate (70) are aligned substantially at right angles to one another.

Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen (10) aufgespannten fiktiven Ebenen (52) zwischen den ersten Platten (69) Kanäle (12) für Brennstoff und in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen (10) aufgespannten fiktiven Ebenen (52) zwischen den zweiten Platten (70) Kanäle (13) für Oxidationsmittel ausgebildet sind.fuel cell unit claim 5 , characterized in that in a direction parallel to the fictitious planes (52) spanned by the fuel cells (10) between the first plates (69) channels (12) for fuel and in a direction parallel to those spanned by the fuel cells (10). imaginary planes (52) between the second plates (70) channels (13) are formed for oxidizing agent.

Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den ersten Platten (69) ausgebildeten Kanäle (12) für Brennstoff und die zwischen den zweiten Platten (70) ausgebildeten Kanäle (13) für Oxidationsmittel im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet sind.fuel cell unit claim 6 Characterized in that the fuel passages (12) formed between the first plates (69) and the oxidant passages (13) formed between the second plates (70) are oriented substantially at right angles to each other.

Brennstoffzelleneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (14) für Kühlmittel von den ersten und zweiten Platten (69, 70) der Brennstoffzellen (10) begrenzt und zwischen den ersten und zweiten Platten (69, 70) angeordnet sind und die Kanäle (14) für das Kühlfluid in Strömungsrichtung des Kühlfluides unterschiedliche Ausdehnungen (37, 38) in einer Richtung senkrecht zu der fiktiven Ebene (52) aufweisen, da an je einer Brennstoffzelle (2) die zweiten Richtungen (76) der Wellen der zweiten Platte (70) im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlfluides ausgerichtet sind.Fuel cell unit according to one or more of Claims 5 until 7 , characterized in that the channels (14) for coolant of the first and second plates (69, 70) of the fuel cells (10) are limited and between the first and second plates (69, 70) are arranged and the channels (14) for the cooling fluid has different expansions (37, 38) in the flow direction of the cooling fluid in a direction perpendicular to the imaginary plane (52), since on each fuel cell (2) the second directions (76) of the corrugations of the second plate (70) essentially are aligned perpendicular to the flow direction of the cooling fluid.

Brennstoffzelleneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit (1) wenigstens einen zweiten Oxidationsmittelkanal (46) und wenigstens einen dritten Oxidationsmittelkanal (47) umfasst.Fuel cell unit according to one or more of claims 2 until 8th , characterized in that the fuel cell unit (1) comprises at least one second oxidant channel (46) and at least one third oxidant channel (47).

Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zweite Oxidationsmittelkanal (46) in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen (2) aufgespannten fiktiven Ebenen (52) gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal (45) bezüglich eines ersten Teils (53) der Membranelektrodenanordnung (6) angeordnet ist.fuel cell unit claim 9 , characterized in that the at least one second oxidant channel (46) in a direction parallel to the notional planes (52) spanned by the fuel cells (2) opposite the at least one first oxidant channel (45) with respect to a first part (53) of the membrane electrode assembly (6) is arranged.

Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal (47) in einer Richtung parallel zu den von den Brennstoffzellen (2) aufgespannten fiktiven Ebenen (52) gegenüberliegend zu dem wenigstens einen ersten Oxidationsmittelkanal (45) bezüglich eines zweiten Teils (54) der Membranelektrodenanordnung (6) angeordnet ist.fuel cell unit claim 9 or 10 , characterized in that the at least one third oxidant channel (47) in a direction parallel to the notional planes (52) spanned by the fuel cells (2) opposite the at least one first oxidant channel (45) with respect to a second part (54) of the membrane electrode assembly (6) is arranged.

Brennstoffzelleneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal (45) zwischen den Membranelektrodenanordnungen (6) ein Zuführkanal (43) zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume (32) der Brennstoffzellen (2) ist und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal (46, 47) Abführkanäle (44) zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen (32) der Brennstoffzellen (2) sind.Fuel cell unit according to one or more of claims 9 until 11 , characterized in that the at least one first oxidizing agent channel (45) between the membrane electrode arrangements (6) is a feed channel (43) for feeding oxidizing agent into the gas chambers (32) of the fuel cells (2) and the at least one second and at least one third oxidizing agent channel (46, 47) discharge channels (44) for discharging oxidizing agent from the gas chambers (32) of the fuel cells (2).

Brennstoffzelleneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Oxidationsmittelkanal (45) zwischen den Membranelektrodenanordnungen (6) ein Abführkanal (44) zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen (32) der Brennstoffzellen (2) ist und der wenigstens eine zweite und wenigstens eine dritte Oxidationsmittelkanal (46, 47) Zuführkanäle (43) zur Zuleitung von Oxidationsmittel in die Gasräume (32) der Brennstoffzellen (2) sind.Fuel cell unit according to one or more of claims 9 until 11 , characterized in that the at least one first oxidizing agent channel (45) between the membrane electrode arrangements (6) is a discharge channel (44) for discharging oxidizing agent from the gas chambers (32) of the fuel cells (2) and the at least one second and at least one third oxidizing agent channel (46, 47) supply channels (43) for supplying oxidizing agent into the gas chambers (32) of the fuel cells (2).

Brennstoffzelleneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrodenanordnung (6) eine Protonenaustauschermembran (5), eine Anode (7), eine Kathode (8), eine Abdichtplatte (41), wenigstens einen Zuführkanal (43), ausgebildet als Fluidöffnung (42) in der Membranelektrodenanordnung (6), als Oxidationsmittelkanal (45) zur Zuleitung von Oxidationsmittel in Gasräume (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2), wenigstens einen Abführkanal (44), ausgebildet als Fluidöffnung (42) in der Membranelektrodenanordnung (6), als Oxidationsmittelkanal (46, 47) zur Ableitung von Oxidationsmittel aus den Gasräumen (32) für Oxidationsmittel der Brennstoffzellen (2) umfasst und wenigstens ein erster Oxidationsmittelkanal (45), ausgebildet als Fluidöffnung (42) in der Membranelektrodenanordnung (6), zwischen der Protonenaustauschermembran (5), Anode (7) und Kathode (8) der Membranelektrodenanordnung (6) angeordnet ist.Fuel cell unit according to one or more of claims 9 until 11 , characterized in that the membrane electrode assembly (6) a proton exchange membrane (5), an anode (7), a cathode (8), a sealing plate (41), at least one feed channel (43), designed as a fluid opening (42) in the membrane electrode assembly (6), as an oxidizing agent channel (45) for feeding oxidizing agent into gas chambers (32) for oxidizing agent in the fuel cells (2), at least one discharge channel (44), designed as a fluid opening (42) in the membrane electrode arrangement (6), as an oxidizing agent channel (46 , 47) for discharging oxidizing agent from the gas chambers (32) for oxidizing agent of the fuel cells (2) and at least one first oxidizing agent channel (45), designed as a fluid opening (42) in the membrane electrode arrangement (6), between the proton exchange membrane (5), Anode (7) and cathode (8) of the membrane electrode assembly (6) is arranged.

Brennstoffzellensystem (4), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend - eine Brennstoffzelleneinheit (1) als Brennstoffzellenstapel (1) mit Brennstoffzellen (2), - einen Druckgasspeicher (21) zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, - eine Gasfördervorrichtung (22) zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden (8) der Brennstoffzellen (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit (1) als eine Brennstoffzelleneinheit (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 14 ausgebildet ist.Fuel cell system (4), in particular for a motor vehicle, comprising - a fuel cell unit (1) as a fuel cell stack (1) with fuel cells (2), - a compressed gas store (21) for storing gaseous fuel, - a gas delivery device (22) for delivering a gaseous Oxidizing agent to the cathode (8) of the fuel cell (2), characterized in that the fuel cell unit (1) as a fuel cell unit (1) according to one or more of claims 2 until 14 is trained.