WO2002011221A2 - Vorrichtung und verfahren zur befeuchtung von polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur befeuchtung von polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen Download PDF

Info

Publication number
WO2002011221A2
WO2002011221A2 PCT/EP2001/008672 EP0108672W WO0211221A2 WO 2002011221 A2 WO2002011221 A2 WO 2002011221A2 EP 0108672 W EP0108672 W EP 0108672W WO 0211221 A2 WO0211221 A2 WO 0211221A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dampening water
reactant
supply
fuel cell
openings
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/008672
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2002011221A3 (de
Inventor
Andreas Schiegl
Original Assignee
Proton Motor Fuel Cell Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Proton Motor Fuel Cell Gmbh filed Critical Proton Motor Fuel Cell Gmbh
Priority to EP01960567A priority Critical patent/EP1412997A2/de
Priority to AU2001282032A priority patent/AU2001282032A1/en
Publication of WO2002011221A2 publication Critical patent/WO2002011221A2/de
Publication of WO2002011221A3 publication Critical patent/WO2002011221A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to fuel cell stacks with a plurality of polymer electrolyte membrane individual fuel cells and with feeds for reactants and dampening water, each individual fuel cell having an anode, a cathode, an intermediate polymer electrolyte membrane and an anode-side and / or cathode-side reaction medium distribution space, and a method for moistening such fuel cell stacks.
  • the fuel cells preferably use hydrogen or a methanol / water mixture in gaseous form as the fuel gas and air or as the oxidizing agent
  • Polymer electrolyte membranes tend to dry out during the operation of the fuel cells, which initially leads to an increase in their internal electrical resistance and a decrease in the performance of the
  • the maintenance and regulation of a water balance adapted to the respective operating conditions of the fuel cells is therefore one of the decisive operating criteria for polymer electrolyte membrane fuel cells.
  • Another object of the present invention is to provide a device and a method for moistening polymer electrolyte membrane.
  • Another object of the present invention is to provide a device and a method for moistening polymer electrolyte membrane fuel cells in which areas with water
  • the object is achieved by a fuel cell stack with a plurality of polymer electrolyte membrane individual fuel cells and with
  • Feeds for reactants and dampening water each individual fuel cell having an anode, a cathode, a polymer electrolyte membrane arranged therebetween and an anode-side and / or cathode-side reaction agent distribution space, characterized in that at least one dampening water feed is arranged to pass through the fuel cell stack and a plurality are arranged along its length has first openings, at least one reactant supply is arranged to pass through the fuel cell stack and has a plurality of second openings or interruptions along its length, wherein - the at least one dampening water supply is connected to the at least one reactant supply via the plurality of first openings, and wherein the at least one reactant supply via the plurality second openings or interruptions with the anode-side or cathode-side reactant distribution spaces of the individual fuel cells in connection.
  • the object is also achieved by the fuel cell humidification system, which has the aforementioned fuel cell stack, a humidification water reservoir, a humidification water pump and possibly a device for the pulsed supply of humidification water and a device for humidification water return.
  • the object is also achieved by a method for humidifying at least one reactant in a fuel cell stack with a plurality of polymer electrolyte membrane individual fuel cells and with feeds for reactant and dampening water, each individual fuel cell having an anode, a cathode, a polymer electrolyte membrane arranged in between, and an array-side and / - or has a reagent distribution space on the cathode side, characterized in that at least one dampening water supply is provided with a plurality of first openings via which the dampening water supply is connected to a reactant supply, a plurality of second openings or interruptions are provided in the reactant supply connected to the humidifying water guide, via which the reactant supply communicates with the anode-side or cathode-side reaction medium distribution spaces of the individual fuel cells, and dampening water is fed into the dampening water supply in liquid form, enters via the first openings into the reactant supply, is received by the reactant flowing in the reactant supply, and is
  • the device and method according to the present invention can be used in fuel cell stacks with two or more fuel cells and also in individual fuel cells.
  • dampening water is fed in in liquid form via a dampening water supply which preferably supplies all individual fuel cells of the stack with dampening water.
  • a dampening water supply which preferably supplies all individual fuel cells of the stack with dampening water.
  • a plurality of dampening water feeds can also be provided, which jointly supply the individual fuel cells of a stack with dampening water or can be responsible for different individual fuel cells in a stack.
  • certain individual fuel cells can be divided by several Humidification water supply, others, however, are only humidified by a humidification water supply. The invention is described below with the aid of a dampening water supply which supplies all individual fuel cells of a stack with dampening water centrally.
  • the dampening water supply leads liquid water directly into the fuel cell stack. It is connected to the fuel gas supply or the oxidant supply in such a way that the gas stream entering the stack entrains the dampening water emerging from the openings of the dampening water supply on its way into the individual fuel cells and distributes it finely and evenly in the anode-side or cathode-side reaction medium distribution space.
  • the entrainment of the dampening water through the reactant flow and metering into the individual fuel cells in the required amount is ensured by the inventive formation of the dampening water supply and the reactant supply (fuel gas and / or oxidizing agent).
  • the dampening water supply duct distributed over its length, has a plurality of first openings through which a reactant flows.
  • the dampening water supply is arranged either inside the reactant supply or directly adjacent to the reactant supply.
  • a connection of the dampening water supply and the reactant supply via connecting pieces which enable water to pass through is also possible in principle, but is less preferred because of the construction effort.
  • Water is in the dampening water supply at a pressure which is slightly, ie preferably about 10 to 50 kPa, above the gas pressure on the anode or cathode side, so that the water can escape from the openings of the supply line.
  • the cells are preferably operated at a pressure from atmospheric pressure to approximately 400 kPa, particularly preferably to approximately 200 kPa.
  • the first openings of the moistening water supply are preferably selected so that the water emerges in the form of drops, the size of the openings being far more important than the shape of the openings. Round openings are generally chosen, in particular because of the simplicity of manufacture.
  • the diameter of these water outlet openings is preferably 0.1 to 1.0 mm, particularly preferably 0.3 to 0.5 mm.
  • the humidification water is fed in continuously or, preferably, in pulses, i.e. only during the pulsation is the pressure in the
  • Humidification water supply high enough that water can escape from the first openings. In the case of pressure peaks, the pressure of 50 kPa given above can easily be exceeded.
  • the pulse rate and pulse duration depend on the water requirement, ie on the operating state of the system, its dimensions and the design of the dampening water supply. A pulse rate of 1 pulse per 1 to 120 seconds and a pulse duration of 0.5 to 10 seconds are preferred. In particular, the infeed of the humidification water in pulses makes it possible to adapt the metered amount of humidification water exactly to the humidification water requirement. A pulse rate of 1 pulse per 10 to 40 seconds and a pulse duration of 0.8 to 2 seconds are particularly preferred.
  • the dampening water is fed in by the pressure or, preferably, by a temporary pressure increase (pulses) in the dampening water supply. Aids that promote or cause the discharge of dampening water, for example piezo actuators or other means for generating sound waves or other waves, or a special nozzle-like configuration of the openings of the dampening water supply are not required. Only some type of dampening water delivery device, such as a pump, is therefore mandatory. In the case of pulsed feeding, a control valve is preferably also present.
  • the dampening water supply is preferably arranged either within a reactant supply or directly on a reactant supply.
  • the shape and cross-sectional area of the dampening water supply and the reactant supply are fundamentally arbitrary, as long as it is ensured that sufficient amounts of water and reactant can be supplied. Round and oval shapes are preferred.
  • the dampening water supply is arranged in or on the reactant supply in such a way that there are distances between the first openings and the second openings, which ensure that when the fuel cells are in operation, the dampening water emerging from the first openings is partly in the flow direction from the reactant flowing in the reactant supply is taken away.
  • the water emerging from the first openings is thus taken up by the flowing reactant and partly together with the reactant directly into the respective anode-side or cathode associated with the first openings.
  • This type of dampening water distribution is typically ensured when a substantial part, for example at least 30%, preferably at least 50%, of the reactant flows in the space between the first and the second openings, the form of the reactant supply also playing a role.
  • the dampening water supply is particularly preferably arranged in or on one or the realdione agent supply (s) in such a way that the largest
  • Part of the volume of the reactant can be used for introducing the dampening water into the individual fuel cells.
  • the dampening water supply is located within one (or the) reactant supply (s), it should therefore preferably not be arranged closer to the inlet openings of the reactant distribution spaces than is the case with an approximately coaxial arrangement, at least not over a longer area.
  • An arrangement in the upper half of the reactant supply (s) is particularly advantageous, and very particularly preferably an arrangement on or near the upper edge of the reactant supply (s). In this way, the humidification water supply is flowed around completely or at least for the most part by the reactant, but the largest part of the reactant flows below the humidification water supply.
  • the dampening water supply is also preferably arranged above the reactant supply. This ensures that for the entrainment, fragmentation, possibly atomization, and distribution of the water droplets emerging from the openings of the dampening water supply, all or at least the largest part of the reactant flow is available and, in addition, gravity can also be used for supply into each area of the reactant distribution rooms of each individual fuel cell. Depending on the temperature of the cells, a certain part of the dampening water changes to the vapor state after it has left the dampening water supply.
  • the first openings in the dampening water supply i.e. to provide the outlet openings of the dampening water for each individual fuel cell in the region of the entry into the reactant distribution space of the reactant transporting the dampening water.
  • One or more water outlet openings can be provided for each individual fuel cell. As a rule, one water outlet opening per single fuel cell is completely sufficient.
  • Several water outlet openings per individual fuel cell have the consequence that, with the same amount of water, the openings can be smaller, the emerging water drops are therefore also smaller and, under certain circumstances, can be more finely distributed and even atomized.
  • the dampening water supply can be straight or curved and can be arranged parallel or obliquely in the reactant supply. In this way, there are different distances between the first and second openings and, as a result, different amounts of the first openings directly into the assigned reactant distribution rooms humidification water. Basically, the following applies: the smaller the water drops emerging from the first openings, the greater the distance between the first and second openings and the faster the reactant flow rate, the greater the
  • the feed for the reactant can be designed in different ways.
  • the reactant supply can be constructed from individual sections, each of which opens into the reactant supply space for the reactant in question for each individual fuel cell, and can be passed through the remaining area of each individual fuel cell, against the
  • the reactant supply, into which the dampening water is introduced can be designed as a line which runs through the entire fuel cell stack and which has second openings in the region of the reactant distribution spaces of the individual fuel cells, ie openings for the outlet of reactant and dampening water.
  • These openings are preferably as large as possible in order to ensure an adequate dosage of reactant and dampening water.
  • the first openings in the dampening water supply are essentially in the region of the second openings of the reactant supply.
  • Fuel cell stack enriched with the finest droplets of dampening water.
  • part of a drop of water emerging from the dampening water supply is thus precisely introduced into the reagent distribution space to be humidified, while part of the water drop is transported downstream with the reagent, the reagent is increasingly loaded with water and thus for a stronger moistening due to diffuse in the reagent distributed water of the individual fuel cells further downstream.
  • This greater humidification of individual fuel cells located further downstream is an additional advantage of the present invention, which is particularly useful for stacks with a larger number of individual fuel cells, but can also be useful for stacks with only a few individual fuel cells.
  • the dampening water supply can also be arranged further away from the inlet openings into the reactant distribution spaces in the end region, so that less water is fed directly into them, but more water is diffusely distributed in the reactant and also leaves the stack with the reactant flow emerging from the stack.
  • the dampening water requirement in each area of the fuel cell stack can be optimally adapted to the requirements.
  • additional openings between the individual fuel cells can be provided in the dampening water supply. can be seen, or the dampening water supply can already contain openings before entering the stack, or water outlet openings can be completely absent in the downstream end region of the stack.
  • Arrangement in the fuel cell stack to optimally satisfy the different humidification water requirements of the individual fuel cells consists in supplying the reactant transporting the humidification water to the fuel cell stack from both sides.
  • the water droplets emerging from the humidification water supply are then increasingly fed by the flowing reactant from both ends of the stack to the middle, hotter region of the stack, while only a little less humidification water is available at both end regions of the stack.
  • each individual cell in the fuel cell stack is precisely metered in the required amount of dampening water and the reaction gas stream ensures the uniform water distribution in the individual cells.
  • the humidification water supply can be operated with continuous flow or in "dead-end operation". With continuous Flow it makes sense to return the unused dampening water.
  • the lines for the reactants and humidification water are preferably brought together in the end plates of the stack, but can also be carried out beforehand without further ado.
  • the combined reactant / dampening water supply line is then preferably guided through the stack in such a way that gravity can be used to distribute the dampening water in addition to the kinetics of the volume of reactant. It is therefore preferred to carry it out in the upper edge area or in an upper corner area of the fuel cell stack, with a diagonal flow of the reactant and dampening water through the individual fuel cells.
  • the combined reactant / dampening water supply can also be integrated into the sealing edge, so that no active reaction area is lost.
  • the humidification water supply according to the invention is fundamentally suitable for every type of fuel cell. A particularly good distribution of the
  • Humidification water and thus a particularly homogeneous humidification, is achieved if a flow channel structure is present in the reagent distribution space.
  • This flow channel structure can be provided separately or can be part of the electrode or the bipolar plate delimiting the cell or other delimitation.
  • the control of the dampening water metering is based on the operating parameters of the fuel cell system.
  • the need for humidification water is determined, for example by measuring the interior Resistance of the polymer electrolyte membranes, but preferably by monitoring the temperature and / or performance of the fuel cell stack. Monitoring of the voltage level is also possible. For the measurement of temperature, power, voltage or even the internal resistance, selected reference single cells or the whole can be used
  • Stacks can be used. According to the determined need, dampening water is fed from a storage container to the fuel cell stack via a pump, preferably a membrane pump, and a valve, preferably a solenoid valve.
  • a pump preferably a membrane pump
  • a valve preferably a solenoid valve.
  • a coupled mode of operation of the pump and the solenoid valve is advantageous to the preferred pulse-like
  • the excess dampening water emerging from the fuel cell stack via the reactant discharge line can be fed back to the storage container together with the water of reaction formed via a water separator, as a result of which the water consumption can be minimized.
  • the simple construction of the apparatus makes it possible to react to changes in the stack temperature, the stack output or the stack tension in a matter of seconds and to adapt the dampening water metering exactly to the requirement profile. Alternatively, for one
  • Characteristic fuel cell stacks are created, which then make it possible to adapt the water metering to the requirement profile with an exact knowledge of the fuel cell behavior. If, for example, a system runs through a known power cycle, the dampening water supply can be regulated in good time in anticipation of each operating state to be expected. In this way, the amount of dampening water is not adapted to every operating state with a slight delay, but when a the right amount of humidifying water is always available.
  • the humidification water reservoir and the feed line are filled with humidification water, so that the humidification system according to the invention with little effort, for. B. for heating and insulation, frost-proof.
  • the humidification water supply within the fuel cell stack is intrinsically safe against freezing, since the water has sufficient expansion options due to the existing water outlet openings.
  • the dampening water supply preferably consists of electrically non-conductive material, e.g. made of PTFE.
  • Additives that are required, for example sulfonic acid groups dissolved in water, can be added to the dampening water in order to increase the long-term stability of the polymer electrolyte membranes.
  • the invention is described in more detail below with the aid of preferred embodiments.
  • the humidification water supply is shown in combination with the fuel gas supply. However, the combination with the oxidant supply or the introduction of dampening water into both reactant streams is equally possible.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a single fuel cell
  • Stack with dampening water supply according to the invention 2 shows a partial area of a fuel cell stack with dampening water supply according to the invention
  • FIG. 3 shows a section through the arrangement of FIG. 2 in the plane of a reagent distribution space of a single fuel cell
  • Fig. 6 is a schematic representation of the basic structure of the dampening water supply system according to the invention.
  • the line 1 shows a single fuel cell 2 with a dampening water supply according to the invention.
  • the line 12 for the dampening water supply is arranged inside and on the upper edge of the line 10 for the fuel gas supply.
  • the line 10 for the fuel gas supply (with line 12 in it for supplying dampening water) is in turn arranged at the upper edge of the individual fuel cell 2, so that in addition to the kinetics of the gas flow, gravity can also be used to distribute the dampening water.
  • the single fuel cell shown consists of anode 3 (with catalyst), cathode 5 (with catalyst) and polymer electrolyte membrane 7 arranged between them. On the surfaces of the anode 3 and cathode 5 facing away from the polymer electrolyte membrane there are an anode-side reactant distribution space 4 and a cathode-side reactant distribution space 6
  • the reagent distribution space 4 has a width 19, and the line 10 for the supply of bromide gas has an opening 17 in this area, so that fuel gas can enter the fuel gas distribution space unhindered.
  • the line 12 for the humidification water supply has an opening 15 in the area of the opening 17 of the bremgas supply line, through which humidification water enters the fuel gas line 10 in droplet form, is captured by the fuel gas, divided and taken along on the way to the fuel gas distribution space 4, where it comes together is evenly distributed with the fuel gas and via the anode
  • the fuel gas supply 10 is not a continuous line, but consists of sections that pass through the areas of the individual cells. go through, into which no fuel gas may enter, but leave the area of the fuel gas distribution spaces 4 free, ie have interruptions 18 there. If seals are provided between the individual cells, they can be shaped so that they are part of the line 10.
  • Fig. 3 shows a section through the arrangement of Fig. 2 in the plane A-A ', i. that is, a section through a fuel gas distribution space 4.
  • the embodiment shown here contains a flow channel structure 8 for better distribution of humidification water and fuel gas in the fuel gas distribution space 4.
  • the line 10 for the fuel gas supply has an oval shape, and a round line 12 running inside it arranged for humidification water supply.
  • the line 12 has openings 15 in the lower region through which dampening water enters the flow channel structure 8.
  • FIG. 4a shows an embodiment according to the invention of a combined dampening water / reactant supply.
  • the round line 12 for supplying dampening water is arranged inside and in the upper region of the oval line 10 for supplying the reactant.
  • the lines 10 and 12 each have the same spacing on their undersides, and are arranged substantially congruently, first openings 15 and second openings 17 for the escape of water or water / - reactant. The distances between the openings 15 and the
  • 4b shows another embodiment of a dampening water / reactant supply according to the invention.
  • the line 12 for the supply of dampening water is not arranged inside but directly above the line 10 for supplying the reactant.
  • the two are
  • Lines 10 and 12 are connected via the openings 15, which are passages here.
  • FIG 5a shows a downstream end region of a combined dampening water / reaction mixture feed according to the invention of a fuel cell stack.
  • the openings 17 in the reactant supply are shown relatively small here and in the other embodiments shown. Wider openings 17 allow the humidification water to be introduced more reliably into the reaction medium distribution spaces, since the system becomes less sensitive to drifting of the water drops emerging from the openings 15 due to the gas flow G as the width of the openings 17 increases. Inaccurate matching of openings 15 and openings 17 is then less important.
  • the openings 17 can extend in the flow direction at most over the width 19 of the reaction medium distribution spaces 4.
  • the openings 17 can extend perpendicular to the direction of flow at most over the entire circumference of the reactant supply 10. In this limit case, the openings 17 go into the interruptions 18 over, ie the reactant supply consists of individual sections.
  • the stack end plate 14 located downstream is located immediately adjacent
  • the reactant has taken up sufficient dampening water on its way through the stack to supply the last two cells of the stack with dampening water.
  • the distance between openings 15 and associated openings 17 can also be increased.
  • FIG. 5b shows an upstream end region of a combined dampening water / reactant supply line according to the invention of a fuel cell stack.
  • the dampening water supply duct 12 was brought together on the upstream stack end plate 13 before it entered the fuel cell stack.
  • the dampening water duct 12 already has water outlet openings 15 shortly before it enters the fuel cell stack. As a result, the reactant takes immediately before its
  • dampening water fuel cell stack Entry into the dampening water fuel cell stack.
  • This embodiment is particularly useful in the case of very fast reactant flows G when there is a risk that the cells 2 in the initial region of the stack will not be adequately supplied with dampening water, since the rapid reactant flow will cause a considerable part of each drop of water emerging from an opening 15 before it enters the associated reagent distribution space with it.
  • the dampening water supply can also be attached closer to the openings 17 in the initial area than in further downstream areas of the stack, so that a larger part of the water drops emerging from the openings 15 enters the assigned openings 17 directly.
  • the dampening water supply duct 12 in the area of the single fuel cells 2 with increased moisture requirement can have several openings 15 per opening
  • the dampening water supply can be attached closer to the openings 17 than in other areas of the stack.
  • 5d also shows a region of a combined dampening water / reactant agent according to the invention which is located in the center of the stacker.
  • additional water outlet openings are provided in the dampening water supply duct 12 in the area of the fuel cells with increased dampening water requirements.
  • the additional water outlet openings here are not exactly assigned to a specific individual fuel cell. Rather, additional water outlet openings 16 distributed between the water outlet openings 15 are provided in the central region of the dampening water supply duct 12. The water emerging from the openings 16 becomes taken up by the reactant flow G and diffusely distributed to the subsequent individual fuel cells.
  • FIG. 5e shows a combined dampening water / reactant supply line according to the invention, as shown in principle in FIG. 4a.
  • FIG. 6 shows a fuel cell system according to the invention with preferred peripherals.
  • a combined moistening water 12 / reactant 10 supply leads into the fuel cell stack 1.
  • the humidification water is fed into the fuel cell stack 1 from a reservoir 25 via a membrane pump 26 and a solenoid valve 27. Pump 26 and solenoid valve 27 operate coupled to achieve the preferred pulsed metering range.
  • the excess dampening water emerging from the stack 1 via the reaction gas discharge line is returned to the reservoir 25 together with the water of reaction formed via a return line 28 with a water separator 29.
  • the dampening water supply line can not only take place on the fuel gas side, as shown, but also on the oxidant side or on both sides.
  • the type of fuel cell humidification according to the invention has a number of advantages over conventional systems:
  • the system has a low consumption of dampening water and the dampening water does not require any preconditioning. On the one hand, this simplifies the structure of the system, and on the other hand it keeps it
  • the system can basically be operated at any temperature at which the dampening water is in the liquid state. As a rule, the dampening water can therefore simply be fed in at the respective ambient temperature. If temperatures are unsuitable, the system is easy to isolate, heat or cool due to its compactness.
  • the individual amount of humidification water required is metered into each individual cell only in a stack. Even with large temperature differences in the stack, there are no areas with undersupply or oversupply of dampening water.
  • the regulation of the dampening water metering according to the operating parameters of the fuel cell stack is simple, precise and extremely dynamic. It can be adapted to changing operating conditions in a matter of seconds. Forward-looking operation is also possible.
  • the humidification water supply can also be used to supply any auxiliary materials required.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Befeuchtung von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellenstapeln. In dem Brennstoffzellenstapel ist mindestens eine Befeuchtungswasserzuführung (12) mit einer Mehrzahl erster Öffnungen (15) vorgesehen, über die die Befeuchtungswasserzufüfrung (12) mit einer Reaktionsmittelzuführung (10, 11) in Verbindung steht, und in der mit der Befeuchtungswasserzuführung (12) in Verbindung stehenden Reaktionsmittelzuführung (10, 11) ist eine Mehrzahl zweiter Öffnungen (17) vorgesehen, über die die Reaktionsmittelzuführung mit Reaktionsmittelverteilungsräumen (4, 6) der Einzelbrennstoffzellen (2) in Verbindung steht. Das Befeuchtungswasser tritt über die ersten Öffnungen (15) in die Reaktionsmittelzuführung (10, 11) ein und wird von dem Reaktionsmittel in die entsprechenden Reaktionsmittelverteilungsräume eingespeist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Befeuchtung von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen
Die Erfindung betrifft Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Polymerelektrolytmembran-Einzelbrennstoffzellen und mit Zuführungen für Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser, wobei jede Einzelbrenn- stoffzelle eine Anode, eine Kathode, eine dazwischen angeordnete Polymerelektrolytmembran und einen anodenseitigen und/oder kathodenseiti- i gen Reaktionsmittelverteilungsraum aufweist, sowie ein Verfahren zur Befeuchtung derartiger Brennstoffzellenstapel. Die Brennstoffzellen verwenden als Brenngas bevorzugt Wasserstoff oder ein Methanol- Was- ser-Gemisch in gasförmiger Form und als Oxidationsmittel Luft oder
Sauerstoff.
Polymerelektrolytmembranen neigen dazu, im Laufe des Betriebs der Brennstoffzellen auszutrocknen, was zunächst zu einer Erhöhung ihres inneren elektrischen Widerstands und einem Absinken der Leistung der
Brennstoffzellen und schließlich, wenn keine Befeuchtung stattfindet und der Wasserhaushalt der Zelle nachhaltig gestört ist, zu einer irreversiblen Beschädigung der Membran führen kann. Andererseits ist auch darauf zu achten, nicht mehr als die erforderliche Befeuchtungswassermenge zuzu- führen, um ein Fluten der Elektroden zu vermeiden. Die Aufrechterhaltung und Regelung eines den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennstoffzellen angepaßten Wasserhaushalts zählt deshalb zu den entscheidenden Betriebskriterien bei Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen.
Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, dieses Problem zu lösen. Beispielsweise ist bekannt, Wasser mittels eines externen Ver- dampfers zu verdampfen und die Reaktionsgase mit dem gasförmigen Wasser zu befeuchten. Eine andere Alternative besteht darin, die Reaktionsgase in der Brennstoffzelle über eine poröse, mit den Reaktionsgasräumen in Verbindung stehende Schicht zu befeuchten, wobei ggf. die Abwärme der Brennstoffzellen zum Verdampfen des Befeuchtungswassers genutzt wird. Bekannt sind auch Brennstoffzellenstapel mit separater Befeuchtungssektion, in der unter Nutzung der Abwärme des Brennstoffzellenstapels die Befeuchtung der Reaktionsgase über eine Trennmembran erfolgt. Ein weiterer Lösungsversuch ist in dem deutschen Patent Nr. 4318818 beschrieben. Hier erfolgt die Befeuchtung der Reaktionsgase durch Eindüsung von feinen Wassertröpfchen mittels luftgestützter Einspritzdüsen oder Ultraschallzerstäuber in die Gasführungsleitungen vor dem Eintritt in die Brennstoffzellen. Das amerikanische Patent Nr. 5 234 776 hingegen beschreibt die Befeuchtung der Reaktionsgase durch separates Einbringen von Brenngas in die Anodenräume und von Wasser in Räume oberhalb der Anodenräume, aus denen es durch Öffnungen in die Anodenräume tropft und in Rinnen an den Anodenoberflächen entlangläuft.
Allen bekannten Verfahren haften die Nachteile an, daß sie einen hohen konstruktiven Mehraufwand erfordern, einen hohen Eigenenergiebedarf aufweisen, eine spezielle Befeuchtungswasser-Vorkonditionierung erfordern und nur sehr unzureichend an dynamische Lastanforderungen der Brennstoffzellen angepaßt werden können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem das Befeuchtungswassermanagement von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen leicht und effi- zient in Abhängigkeit von den Betriebsparametera bewerkstelligt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich- tung und ein Verfahren zur Befeuchtung von Polymerelektrolytmembran-
Brennstoffzellen bereitzustellen, das apparativ einfach und anspruchslos ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es außerdem, eine Vor- richtung und ein Verfahren zur Befeuchtung von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen mit geringem Eigenenergiebedarf bereitzustellen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüberhinaus, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befeuchtung von Polymerelektrolyt- membran-Brennstoffzellen bereitzustellen, bei dem Bereiche mit Wasser-
Unterversorgung und Bereiche mit Wasser-Überversorgung innerhalb des Brennstoffzellenstapels vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Polymerelektrolytmembran-Einzelbrennstoffzellen und mit
Zuführungen für Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser, wobei jede Einzelbrennstoffzelle eine Anode, eine Kathode, eine dazwischen angeordnete Polymerelektrolytmembran und einen anodenseitigen und/oder kathodenseitigen Reaktionsmittelverteilungsraum aufweist, dadurch ge- kennzeichnet, daß mindestens eine Befeuchtungswasserzuführung durch den Brennstoffzellenstapel hindurchführend angeordnet ist und entlang ihrer Länge eine Mehrzahl erster Öffnungen aufweist, mindestens eine Reaktionsmittelzufuhrung durch den Brennstoffzellenstapel hindurchführend angeordnet ist und entlang ihrer Länge eine Mehrzahl zweiter Öffnungen oder Unterbrechungen aufweist, wobei - die mindestens eine Befeuchtungswasserzuführung über die Mehrzahl erster Öffnungen mit der mindestens einen Reaktionsmittelzufuhrung in Verbindung steht, und wobei die mindestens eine Reaktionsmittelzufuhrung über die Mehrzahl zweiter Öffnungen oder Unterbrechungen mit den anodenseitigen oder kathodenseitigen Reaktionsmittelverteilungsräumen der Einzelbrennstoffzellen in Verbindung steht.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch das Brennstoffzellen-Befeuchtungssystem, das den vorgenannten Brennstoffzellenstapel, einen Befeuchtungswasservorratsbehälter, eine Befeuchtungswasserpumpe und ggf. eine Einrichtung zur pulsweisen Zuführung von Befeuchtungswasser und eine Einrichtung zur Befeuchmngswasserrückführung aufweist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Befeuchtung mindestens eines Reaktionsmittels bei einem Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Polymerelektrolytmembran-Einzelbrennstoffzellen und mit Zuführungen für Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser, wobei jede Einzelbrennstoffzelle eine Anode, eine Kathode, eine dazwischen angeordnete Polymerelektrolytmembran und einen anordenseitigen und/- oder kathodenseitigen Reaktionsmittelverteilungsraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Befeuchtungswasserzuführung mit einer Mehrzahl erster Öffnungen vorgesehen wird, über die die Befeuchtungswasserzuführung mit einer Reaktionsmittelzufuhrung in Verbindung steht, in der mit der Befeuchmngswasser∑^führang in Verbindung stehenden Reaktionsmittelzufuhrung eine Mehrzahl zweiter Öffnungen oder Unterbrechungen vorgesehen wird, über die die Reaktionsmittelzuführung mit den anodenseitigen oder kathodenseitigen Reaktions- mittelverteilungsräumen der Einzelbrennstoffzellen in Verbindung steht, und Befeuchtungswasser in flüssiger Form in die Befeuchtungswasserzuführung eingespeist wird, über die ersten Öffnungen in die Reaktionsmittelzufuhrung eintritt, von dem in der Reaktionsmittelzuführung strömenden Reaktionsmittel aufgenommen wird, und zusammen mit dem Reaktionsmittel in die anodenseitigen oder kathodenseitigen Reaktionsmittelverteilungsräume der Einzel- brennstoffzellen eingespeist wird.
Vorrichtung und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind bei Brennstoffzellenstapeln mit zwei oder mehr Brennstoffzellen sowie auch bei Einzelbrennstoffzellen anwendbar.
Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Befeuchtung wird Befeuchtungswasser in flüssiger Form über eine Befeuchtungswasserzuführung, die bevorzugt alle Einzelbrennstoffzellen des Stapels mit Befeuchtungswasser versorgt, eingespeist. Alternativ können, insbesondere bei graß- flächigen Brennstoffzellen, auch mehrere Befeuchtungswasserzuführungen vorgesehen werden, welche gemeinsam die Einzelbrennstoffzellen eines Stapels mit Befeuchtungswasser versorgen oder für verschiedene Einzelbrennstoffzellen eines Stapels zuständig sein können. Gewünsch- tenfalls können auch bestimmte Einzelbrennstoffzellen durch mehrere Befeuchtungswasserzuf hrungen, andere hingegen nur durch eine Befeuchtungswasserzuführung befeuchtet werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Befeuchtungswasserzuführung, die alle Einzelbrennstoffzellen eines Stapels zentral mit Befeuchtungswasser versorgt, beschrieben.
Die Befeuchtungswasserzuführung führt flüssiges Wasser direkt in den Brennstoffzellenstapel. Sie steht mit der Brenngaszuführung oder der Oxidationsmittelzuführung so in Verbindung, daß der in den Stapel ein- tretende Gasstrom das aus den Öffnungen der Befeuchtungswasserzuführung austretende Befeuchtungswasser auf seinem Weg in die Einzelbrennstoffzellen mitreißt und in dem anodenseitigen bzw. kathodenseitigen Reaktionsmittelverteilungsraum fein und gleichmäßig verteilt.
Die Mitnahme des Befeuchtungswassers durch den Reaktionsmittelstrom und Eindosierung in die Einzelbrennstoffzellen in der erforderlichen Menge wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Befeuchtungswasserzuführung und Reaktionsmittelzuführung (Brenngas und/oder Oxidationsmittel) gewährleistet. Die Befeuchtungswasser-zuführang weist, über ihre Länge verteilt, eine Mehrzahl von ersten Öffnungen auf, an denen ein Reaktionsmittel entlangströmt. Die Befeuchtungswasserzuführung wird zu diesem Zweck entweder innerhalb der Reaktionsmittelzufuhrung oder direkt an die Reaktionsmittelzuführung angrenzend angeordnet. Auch eine Verbindung von Befeuchtungswasserzuführung und Reaktionsmittelzufuhrung über Verbindungsstücke, die einen Wasserübertritt ermöglichen, ist prinzipiell möglich, jedoch wegen des konstruktiven Aufwands weniger bevorzugt. In der Befeuchtungswasserzuführung befindet sich Wasser unter einem Druck, der geringfügig, d.h. bevorzugt etwa 10 bis 50 kPa, über dem anöden- bzw. kathodenseitigen Gasdruck liegt, damit das Wasser aus den Öffnungen der Zuführungsleitung austreten kann. Die Zellen werden bevorzugt bei einem Druck von Atmosphärendruck bis etwa 400 kPa, besonders bevorzugt bis etwa 200 kPa, betrieben. Die ersten Öffnungen der Befeuchungswasserzuführang werden bevorzugt so gewählt, daß das Wasser in Tropfenform austritt, wobei die Größe der Öffnungen dabei weit bedeutsamer als die Form der Öffnungen ist. Insbesondere wegen der Einfachheit der Herstellung werden in der Regel runde Öffnungen gewählt. Der Durchmesser dieser Wasseraustrittsöffhungen liegt bevorzugt bei 0,1 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt bei 0,3 bis 0,5 mm.
Die Einspeisung des Befeuchtungswassers erfolgt kontinuierlich oder, bevorzugt, pulsweise, d.h. nur während des Pulsens ist der Druck in der
Befeuchtungswasserzuführung hoch genug, daß Wasser aus den ersten Öffnungen austreten kann. Bei Druckspitzen kann dabei der oben angegebene Druck von 50 kPa ohne weiteres überschritten werden. Die Pulsrate und Pulsdauer richten sich nach dem Wasserbedarf, d. h. nach dem Betriebszustand des Systems, seinen Abmessungen und der Auslegung der Befeuchtungswasserzuführung. Bevorzugt ist eine Pulsrate von 1 Puls pro 1 bis 120 Sekunden und eine Pulsdauer von 0,5 bis 10 Sekunden. Insbesondere die pulsweise Einspeisung des Befeuchtungswassers ermöglicht es, die zudosierte Befeuchtungswassermenge jeweils exakt dem Befeuchtungswasserbedarf anzupassen. Besonders bevorzugt wird eine Pulsrate von 1 Puls pro 10 bis 40 Sekunden und eine Pulsdauer von 0,8 bis 2 Sekunden. Die Einspeisung des Befeuchtungswassers erfolgt durch den Druck oder, bevorzugt, durch temporäre Druckerhöhung (Pulsen) in der Befeuchtungswasserzuführung. Hilfsmittel, die den Austritt von Befeuchtungswasser fördern oder herbeiführen, z.B. Piezoaktoren oder andere Mittel zur Erzeugung von Schallwellen oder anderen Wellen, oder eine spezielle düsenartige Ausbildung der Öffnungen der Befeuchtungswasserzuführung, sind nicht erforderlich. Obligatorisch ist somit lediglich irgendeine Art von Befeuchtungswasserfördervorrichtung, wie eine Pumpe. Bei pulsweiser Zuführung ist bevorzugt auch noch ein Regelventil vor- handen.
Wie weiter oben erwähnt, ist die Befeuchtungswasserzuführung bevorzugt entweder innerhalb einer Reaktionsmittelzuführung oder unmittelbar an einer Reaktionsmittelzufuhrung angeordnet. Form und Querschnitts- fläche von Befeuchtungswasserz iführung und Reaktionsmittelzuführung sind grundsätzlich beliebig, solange gewährleistet wird, daß ausreichende Mengen an Wasser und Reaktionsmittel zugeführt werden können. Bevorzugt sind runde und ovale Formen.
Die Befeuchtungswasserzuführung ist in oder an der Reaktionsmittelzufuhrung so angeordnet, daß sich zwischen den ersten Öffnungen und den zweiten Öffnungen Abstände ergeben, die gewährleisten, daß bei Betrieb der Brennstoffzellen das aus den ersten Öffnungen austretende Befeuchtungswasser zum Teil von dem in der Reaktionsmittelzufuhrung strömenden Reaktionsmittel in Strömungsrichtung mitgenommen wird.
Bei dieser bevorzugten Anordnung wird also das aus den ersten Öffnungen austretende Wasser von dem strömenden Reaktionsmittel aufgenommen und zum Teil zusammen mit dem Reaktionsmittel unmittelbar in die jeweiligen den ersten Öffnungen zugeordneten anodenseitigen oder katho- denseitigen Reaktionsmittelverteilungsräume eingespeist, und zum Teil von dem Reaktionsmittel in der Reaktionsmittelzuführung in Strömungsrichtung mitgenommen und in weiter stromab gelegene Reaktionsmittel- verteilungsräume eingespeist. Diese Art der Befeuchtungswasservertei- lung ist typischerweise dann gewährleistet, wenn ein wesentlicher Teil, z.B. mindestens 30%, bevorzugt mindestens 50%, des Reaktionsmittels in dem Raum zwischen den ersten und den zweiten Öffnungen strömt, wobei auch die Form der Reaktionsmittelzufuhrung eine Rolle spielt. Besonders bevorzugt ist die Befeuchtungswasserzuführung so in oder an einer oder den Realdionsmittelzuführung(en) angeordnet, daß der größte
Teil des Reaktionsmittelvolumens für die Befeuchtungswassereinbringung in die Einzelbrennstoffzellen genutzt werden kann.
Wenn sich die Befeuchtungswasserzuführung innerhalb einer (oder den) Reaktionsmittelzuführung(en) befindet, sollte sie daher bevorzugt nicht näher an den Eintrittsöffnungen der Reaktionsmittelverteilungsräume angeordnet sein, als dies bei einer etwa coaxialen Anordnung der Fall ist, zumindest nicht über einen längeren Bereich. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung in der oberen Hälfte der Reaktionsmittelzu- führung(en), und ganz besonders bevorzugt eine Anordnung am oder nahe am oberen Rand der Reaktionsmittelzuführung(en). Die Befeuchtungswasserzuführung wird auf diese Weise zwar ganz oder zumindest zum größten Teil von dem Reaktionsmittel umströmt, der größte Teil des Reaktionsmittels strömt jedoch unterhalb der Befeuchtungswasserzufüh- rung. Verlaufen Befeuchtungswasserzuführung und Reaktionsmittelzufuhrung parallel nebeneinander und sind lediglich durch die Wasseraustrittsöffnungen der Befeuchtungswasserzuführung verbunden, so ist die Befeuchtungswasserzuführung ebenfalls bevorzugt oberhalb der Reaktionsmittelzuführung angeordnet. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß für die Mitnahme, Zerteilung, u.U. Zerstäubung, und Verteilung der aus den Öffnungen der Befeuchtungswasserzuführung austretenden Wassertropfen der gesamte oder zumindest der größte Teil des Reaktionsmittelstroms zur Verfügung steht und außerdem zur Zufuhrung in jeden Bereich der Reaktionsmittelverteilungsräume jeder Einzelbrennstoffzelle zusätzlich die Schwerkraft genutzt werden kann. Je nach Temperatur der Zellen geht auch ein gewisser Teil des Befeuchtungswassers nach dem Austritt aus der Befeuchtungswasserzuführung in den dampfförmigen Zustand über.
Zur Erzielung der präzisen Dosierung der Befeuchtungswassermenge und insbesondere der raschen Anpassung der Befeuchtungswasserzudosierung entsprechend dem jeweiligen Anforderungsprofil ist es bevorzugt, die ersten Öffnungen in der Befeuchtungswasserzuführung, d.h. die Aus- trittsöffnungen des Befeuchtungswassers für jede Einzelbrennstoffzelle in dem Bereich des Eintritts in den Reaktionsmittelverteilungsraum des das Befeuchtungswasser transportierenden Reaktionsmittels vorzusehen. Pro Einzelbrennstoffzelle können eine oder mehrere Wasseraustrittsöffnungen vorgesehen werden. In der Regel ist eine Wasseraustrittsöffnung pro Einzelbrennstoffzelle völlig ausreichend. Mehrere Wasseraustrittsöffnungen pro Einzelbrennstoffzelle haben zur Folge, daß, bei gleicher Wassermenge, die Öffnungen kleiner sein können, die austretenden Wassertropfen daher ebenfalls kleiner sind und unter Umständen feiner verteilt, und sogar zerstäubt, werden können.
Die Befeuchtungswasserzuführung kann gerade oder gebogen sein und parallel oder schräg in der Reaktionsmittelzuführung angeordnet sein. Auf diese Weise ergeben sich unterschiedliche Abstände zwischen ersten und zweiten Öffnungen und, als Folge, unterschiedliche Mengen an aus den ersten Öffnungen unmittelbar in die zugeordneten Reaktionsmittel- verteilungssräume eingespeistem Befeuchtungswasser. Grundsätzlich gilt: Je kleiner die aus den ersten Öffnungen austretenden Wassertropfen, je größer der Abstand zwischen ersten und zweiten Öffnungen und je schneller die Reaktionsmittelströmungsgeschwindigkeit, desto größer der
Anteil der Befeuchtungswassertropfen, der diffus in stromab von den jeweiligen Austrittsöffnungen gelegene Zellen eingespeist wird.
Die Zuführung für das Reaktionsmittel, mit dessen Hilfe das Befeuch- tungswasser in die Einzelbrennstoffzellen gelangt, kann unterschiedlich ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Reaktionsmittelzufuhrung aus einzelnen Teilstücken aufgebaut sein, die jeweils in den Reaktionsmittelzuführraum für das betreffende Reaktionsmittel jeder Einzelbrennstoffzelle münden, und durch den übrigen Bereich jeder Einzelbrennstoffzelle hindurchgeführt werden, wobei sie gegen den
Übertritt von Reaktionsgas in an sich bekannter Weise abgedichtet sein müssen. Alternativ kann die Reaktionsmittelzuführung, in die das Befeuchtungswasser eingebracht wird, als eine durch den gesamten Brennstoffzellenstapel hindurchgehende Leitung ausgebildet sein, die im Be- reich der Reaktionsmittelverteilungsräume der Einzelbrennstoffzellen zweite Öffnungen, d.h. Öffnungen für den Austritt von Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser besitzt. Diese Öffnungen sind bevorzugt möglichst groß, um eine ausreichende Dosierung von Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser zu gewährleisten. Insbesondere dann, wenn für den Übertritt von Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser in einen Reak- tionsmittelverteilungsraum nur Öffnungen definierter Größe zur Verfügung stehen, ist es bevorzugt, daß sich die ersten Öffnungen in der Befeuchtungswasserzuführung im wesentlichen im Bereich der zweiten Öffnungen der Reaktionsmittelzuführung befinden. Ansonsten ist eine gewisse Verschiebung der Öffnungen in der Befeuchtungswasserzuführung gegenüber den Öffnungen in der Reaktionsmittelzufuhrung unschädlich, insbesondere dann, wenn die Öffnungen in der Befeuchtungswasserzuführung gegenüber den Öffnungen in der Reaktionsmittelzuführung stromauf verschoben sind. Der Grund dafür ist, daß ein mit hoher Geschwindigkeit strömendes Reaktionsmittel einen aus einer Öffnung der Befeuchtungswasserzuführung austretenden Wassertropfen in Strömungsrichtung versetzen kann und ihn nicht vollständig in den zugehörigen Reaktionsmittelverteilungsraum einbringt, sondern einen Teil des Was- sertropfens mitreißt und sich daher im Laufe des, Durchgangs durch den
Brennstoffzellenstapel mit feinsten Befeuchtungswassertröpfchen anreichert.
Bei der erfmdungsgemäßen Befeuchtungswassereinbringung wird also ein Teil eines aus der Befeuchtungswasserzuführung austretenden Wassertropfens zielgenau in den zu befeuchtenden Reaktionsmittelverteilungsraum eingebracht, während ein Teil des Wassertropfens mit dem Reaktionsmittel stromab transportiert wird, das Reaktionsmittel zunehmend mit Wasser belädt und so für eine stärkere Befeuchtung durch diffus im Reaktionsmittel verteiltes Wasser der weiter stromab gelegenen Einzelbrennstoffzellen sorgt. Diese stärkere Befeuchtung weiter stromab gelegener Einzelbrennstoffzellen stellt einen zusätzlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar, der insbesondere bei Stapeln mit einer größeren Anzahl an Einzelbrennstoffzellen zum Tragen kommt, aber auch bei Stapeln mit nur wenig Einzelbrennstoffzellen nützlich sein kann. Die
Einzelbrennstoffzellen eines Stapels werden nämlich nicht unter völlig identischen Bedingungen betrieben, sondern unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich ihrer Betriebstemperatur. Zellen im Inneren eines Stapels befinden sich üblicherweise auf höherer Temperatur als die mehr am Rand des Stapels angeordneten Zellen. Der Unterschied zwischen heißester und kältester Zelle eines Stapels kann ohne weiteres 5 bis 15 Kelvin betragen. Dementsprechend neigen die Polymerelektrolytmembranen der Zellen im Inneren eines Stapels mehr zum Austrocknen und haben daher einen höheren Befeuchtungswasserbedarf, als dies bei Außenzellen der
Fall ist. Durch die erfindungsgemäße Befeuchtungswassereinbringung werden diese Zellen im mittleren Bereich eines Stapels automatisch stärker befeuchtet. Um bei den noch weiter stromab gelegenen Einzelbrennstoffzellen, also den am entgegengesetzten Ende des Stapels an- geordneten Zellen, eine Überversorgung mit Befeuchtungswasser zu vermeiden, können einfach weniger Wasseraustrittsöffnungen pro Einzelbrennstoffzelle vorgesehen werden. Wenn beispielsweise die Befeuchtungswasserzuführung vom Stapelanfang bis in den mittleren Bereich des Stapels zwei Wasseraustrittsöffnungen pro Einzelbrennstoffzelle aufweist, ist es am Endbereich des Stapels häufig ausreichend, nur noch eine
Wasseraustrittsöffnung pro Einzelbrennstoffzelle vorzusehen. Die Befeuchtungswasserzuführung kann auch in dem Endbereich weiter von den Eintrittsöff ungen in die Reaktionsmittelverteilungsräume entfernt angeordnet werden, so daß weniger Wasser direkt in sie eingespeist wird, aber mehr Wasser diffus im Reaktionsmittel verteilt wird und mit der aus dem Stapel austretenden Reaktionsmittelströmung ebenfalls den Stapel verläßt.
Ganz generell kann durch passende Wahl der Anordnung, Größe und Anzahl der Wasseraustrittsöffnungen in der Befeuchtungswasserzuführung der Befeuchtungswasserbedarf in jedem Bereich des Brennstoffzellenstapels optimal den Erfordernissen angepaßt werden. Beispielsweise können in bestimmten Bereichen des Stapels in der Befeuchtungswasserzuführung weitere Öffnungen zwischen den Einzelbrennstoffzellen vor- gesehen werden, oder die Befeuchtungswasserzuführung kann bereits vor Eintritt in den Stapel Öffnungen enthalten, oder es können im stromab gelegenen Endbereich des Stapels Wasseraustrittsöffnungen ganz fehlen.
Eine weitere, besonders bevorzugte Möglichkeit, den entsprechend ihrer
Anordnung im Brennstoffzellenstapel unterschiedlichen Befeuchtungswasserbedarf der Einzelbrennstoffzellen optimal zu befriedigen, besteht darin, das das Befeuchtungswasser transportierende Reaktionsmittel dem Brennstoffzellenstapel von beiden Seiten her zuzuführen. Die aus der Befeuchlxingswasserzuführung austretenden Wassertropfen werden dann durch das strömende Reaktionsmittel von beiden Enden des Stapels her vermehrt dem mittleren, heißeren Bereich des Stapels zugeführt, während an beiden Endbereichen des Stapels nur etwas weniger Befeuchtungswasser zur Verfügung steht.
Auf diese Weise wird gewährleistet, daß jeder Einzelzelle im Brennstoffzellenstapel zielgenau die erforderliche Menge an Befeuchtungswasser zudosiert wird und der Reaktionsgasstrom für die gleichmäßige Wasserverteilung in den Einzelzellen sorgt. Es treten keine Bereiche mit Unter- Versorgung auf, wie es beispielsweise bei einer externen Zudosierung von Befeuchtungswasser in den Reaktionsmittelgasstrom der Fall ist, oder Bereiche mit Überversorgung, wie es bei der dampfförmigen Befeuchlxingswasserzuführung der Fall ist, wenn in kälteren Endbereichen des Stapels eine unerwünschte Teilkondensation des Befeuchtungswasser- dampfes erfolgt.
Die Befeuchtungswasserzuleitung kann mit kontinuierlicher Durchströmung oder im "dead-end-Betrieb" betrieben werden. Bei kontinuierlicher Durchströmung ist es sinnvoll, das ungenutzte Befeuchtungswasser zurückzuführen.
Die Zusammenführung der Leitungen für Reaktionsmittel und Befeuch- tungswasser erfolgt bevorzugt in den Endplatten des Stapels, kann aber ohne weiteres auch schon vorher erfolgen. Die kombinierte Reaktionsmittel/Befeuchtungswasser-Zuführungsleitung wird dann bevorzugt so durch den Stapel geführt, daß zur Verteilung des Befeuchtungswassers zusätzlich zur Kinetik des Reaktionsmittelvolumenstroms die Schwerkraft genutzt werden kann. Eine Durchführung im oberen Randbereich oder in einem oberen Eckbereich des Brennstoffzellenstapels, wobei sich eine diagonale Durchströmung der Einzelbrennstoffzellen mit Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser ergibt, ist daher bevorzugt. Bei Brennstoffzellen mit geeignetem Dichtrand, beispielsweise mit integriertem Dichtrand, wie sie in WO 98/33225 beschrieben sind, kann die kombinierte Reaktionsmittel/Befeuchtungswasser-Zuführung auch in den Dichtrand integriert werden, so daß kein aktiver Reaktionsbereich verloren geht.
Die erfindungsgemäße Befeuchlningswasserzuführung ist grundsätzlich für jeden Brennstoffzellentyp geeignet. Eine besonders gute Verteilung des
Befeuchtungswassers, und damit eine besonders homogene Befeuchtung, wird erzielt, wenn in dem Reaktionsmittelverteilungsraum eine Strömungskanalstruktur vorhanden ist. Diese Strömungskanalstruktur kann separat vorgesehen werden oder Teil der Elektrode oder der die Zelle begrenzenden bipolaren Platte oder sonstigen Begrenzung sein.
Die Regelung der Befeuchtungswasserzudosierung orientiert sich an den Betriebsparametern des Brennstoffzellensystems. Der Befeuchtungswasserbedarf wird ermittelt, beispielsweise durch Messung des inneren Widerstands der Polymerelektrolytmembranen, bevorzugt aber durch Überwachung der Temperatur und/oder Leistung des Brennstoffzellenstapels. Auch eine Überwachung des Spannungsniveaus ist möglich. Für die Messung von Temperatur, Leistung, Spannung oder auch des inneren Widerstands können ausgewählte Referenz-Einzelzellen oder der gesamte
Stapel herangezogen werden. Dem ermittelten Bedarf entsprechend wird Befeuchtungswasser aus einem Vorratsbehälter über eine Pumpe, bevorzugt eine Membranpumpe, und ein Ventil, bevorzugt ein Magnetventil, dem Brennstoffzellenstapel zugeführt. Eine gekoppelte Arbeitsweise von Pumpe und Magnetventil ist vorteilhaft, um die bevorzugte pulsartige
Zudosierung zu erzielen. Das aus dem Brennstoffzellenstapel über die Reaktionsmittelableitung austretende überschüssige Befeuchtungswasser kann zusammen mit dem entstehenden Reaktionswasser über einen Wasserabscheider dem Vorratsbehälter wieder zugeführt werden, wodurch sich der Wasserverbrauch minimieren läßt.
Durch den einfachen apparativen Aufbau ist es möglich, in Sekundenschnelle auf Änderungen der Stapeltemperatur, der Stapelleistung oder der Stapelspannung zu reagieren und die Befeuchtungswasserzudosieπmg exakt dem Anforderungsprofil anzupassen. Alternativ können für einen
Brennstoffzellenstapel Kennlinien erstellt werden, die es dann ermöglichen, in exakter Kenntnis des Brennstoffzellenverhaltens die Wasser- zudosierung vorausschauend dem Anforderungsprofil anzupassen. Durchläuft beispielsweise ein System einen bekannten Leistungszyklus, kann die Regelung der Befeuchtungswasserzufuhr zeitgerecht im Vorgriff auf jeden zu erwartenden Betriebszustand erfolgen. Auf diese Weise wird nicht die Befeuchtungswassermenge jedem erreichten Betriebszustand mit geringfügiger Verzögerung angepaßt, sondern bei Erreichen eines be- stimmten Betriebszustands steht stets bereits die exakt passende Befeuchtungswassermenge zur Verfügung.
Im Betrieb sind nur der Befeuchtungswasser- Vorratsbehälter und die Zuführungsleitung mit Befeuchtungswasser gefüllt, wodurch das erfindungsgemäße Befeuchtungssystem mit geringem Aufwand, z. B. für Heizung und Isolierung, frostsicher ausgeführt werden kann. Die Befeuchtungswasserzuführung innerhalb des Brennstoffzellenstapels ist eigensicher gegen Einfrieren, da das Wasser durch die vorhandenen Wasseraustrittsöffnungen hinreichende Ausdehnungsmöglichkeiten besitzt.
Die Befeuchtungswasserzuführung besteht bevorzugt aus elektrisch nicht leitendem Material, z.B. aus PTFE. So können dem Befeuchtungswasser etwa erforderliche Additive zugesetzt werden, beispielsweise in Wasser gelöste Sulfonsäuregruppen, um die Langzeitbeständigkeit der Polymerelektrolytmembranen zu erhöhen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben. Dabei wird die Befeuchtungswasserzuführung jeweils in Kombination mit der Brenngaszuführung dargestellt. Die Kombination mit der Oxidationsmittelzuführung oder eine Befeuchtungswassereinbringung in beide Reaktionsmittelströme ist jedoch gleichermaßen möglich.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer Einzelbrennstoffzelle eines
Stapels mit erfindungsgemäßer Befeuchtungswasserzuführung, Fig. 2 einen Teilbereich eines Brennstoffzellenstapels mit erfindungsgemäßer Befeuchtungswasserzuführung,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Anordnung der Fig. 2 in der Ebene eines Reaktionsmittelverteilungsraums einer Einzelbrennstoffzelle,
Fig. 4a, 4b j ew eil s v ers chie dene Aus führung sfo rmen erfindungsgemäßer Anordnungen von Befeuchtungswasser- Zuführung und Reaktionsmittelzuführung,
Fig. 5a-5e verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Anordnungen der ersten Öffnungen in der Befeuchtungswasserzuführung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus des erfindungsgemäßen Befeuchtungswasserzuführungs- sy stems.
Fig. 1 zeigt eine Einzelbrennstoffzelle 2 mit erfindungsgemäßer Befeuchtungswasserzuführung. Die Leitung 12 zur Befeuchtungswasserzuführung ist innerhalb und am oberen Rand der Leitung 10 zur Brenngaszuführung angeordnet. Dadurch steht der größte Teil des Brenngasstroms G zur Verteilung und Zerteilung des Befeuchtungswassers zur Verfügung. Die Leitung 10 zur Brenngaszuführung (mit in ihr befindlicher Leitung 12 zur Befeuchtungswasserzuführung) wiederum ist am oberen Rand der Einzelbrennstoffzelle 2 angeordnet, so daß zusätzlich zur Kinetik der Gasströmung auch noch die Schwerkraft zur Verteilung des Befeuchtungswassers genutzt werden kann. Die gezeigte Einzelbrennstoffzelle besteht aus Anode 3 (mit Katalysator), Kathode 5 (mit Katalysator) und dazwischen angeordneter Polymerelektrolytmembran 7. An den von der Polymerelektrolytmembran weg weisenden Oberflächen von Anode 3 und Kathode 5 befinden sich ein anodenseitiger Reaktionsmittelverteilungs- räum 4 und ein kathodenseitiger Reaktionsmittelverteilungsraum 6 zur
Verteilung von Brenngas im Anodenbereich und Oxidationsmittel im Kathodenbereich. Der Reaktionsmittelverteilungsraum 4 besitzt eine Weite 19, und die Leitung 10 zur Brermgaszuführung hat in diesem Bereich eine Öffnung 17, so daß Brenngas ungehindert in den Brenngas- verteilungsraum eintreten kann. Die Leitung 12 zur Befeuchtungswasserzuführung weist im Bereich der Öffnung 17 der Brermgaszuführang eine Öffnung 15 auf, durch die Befeuchtungswasser in Tropfenform in die Brenngasleitung 10 eintritt, vom Brenngas erfaßt, zerteilt und auf dem Weg in den Brenngasverteilungsraum 4 mitgenommen wird, wo es zu- sammen mit dem Brenngas gleichmäßig verteilt wird und über die Anode
3 zur Polymer elektrolytmembr an 7 gelangt.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellenstapel 1 mit mehreren Polymerelektrolyt-Einzelbrennstoffzellen 2, Stapelendplatte 13 und erfindungsgemäßer Befeuchtungswasserzuführung. Der Aufbau der
Einzelbrennstoffzellen 2 und der Befeuchtungswasserzuführung ist prinzipiell wie in Fig. 1 beschrieben, wobei in Fig. 2 die Einzelbrennstoffzellen nur schematisch angedeutet sind. Für jede Einzelbrennstoffzelle 2 ist jedoch der Brenngasverteilungsraum 4 dargestellt, und es ist ersicht- lieh, daß die Leitung 12 zur Befeuchtungswasserzuführung im Bereich des Brenngasverteilungsraums 4 jeder Einzelbrennstoffzelle 2 jeweils eine Öffnung 15 zum Austritt von Befeuchtungswasser aufweist. Die Brenngaszuführung 10 ist keine durchgehende Leitung, sondern besteht aus Teilstücken, die jeweils durch die Bereiche der Einzelzellen hin- durchgehen, in die kein Brenngas gelangen darf, den Bereich der Brenngasverteilungsräume 4 jedoch freilassen, d.h. dort Unterbrechungen 18 besitzen. Wenn zwischen den Einzelzellen Dichtungen vorgesehen sind, können sie so geformt sein, daß sie Teil der Leitung 10 sind. Die Zu- sammenführung von Brenngasleitung 10 und Befeuchtungswasserleitung
12 erfolgte bereits vor dem Eintritt in den Brennstoffzellenstapel.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung der Fig. 2 in der Ebene A-A', d. h., einen Schnitt durch einen Brenngasverteilungsraum 4. Die hier gezeigte Ausführungsform enthält zur besseren Verteilung von Befeuchtungswasser und Brenngas in dem Brenngasverteilungsraum 4 eine Strömungskanalstruktur 8. Die Leitung 10 zur Brenngaszuführung besitzt eine ovale Form, und in ihrem Inneren verlaufend ist eine runde Leitung 12 zur Befeuchmngswasserzuführung angeordnet. Die Leitung 12 verfügt im unteren Bereich über Öffnungen 15, durch die Befeuchtungswasser in die Strömungskanalstruktur 8 eintritt.
Fig. 4a zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer kombinierten Befeuchtungswasser/Reaktionsmittel-Zuführung. Die runde Leitung 12 zur Befeuchtungswasserzuführung ist innerhalb und im oberen Bereich der ovalen Leitung .10 zur Reaktionsmittelzuführung angeordnet. Die Leitungen 10 und 12 weisen jeweils an ihren Unterseiten im gleichen Abstand, und im wesentlichen deckungsgleich angeordnet, erste Öffnungen 15 und zweite Öffnungen 17 zum Austritt von Wasser bzw. Wasser/- Reaktionsmittel auf. Die Abstände zwischen den Öffnungen 15 und die
Abstände zwischen den Öffnungen 17 entsprechen den Abständen zwischen den Reaktionsmittelverteilungsräumen 4. Fig. 4b zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befeuchtungswasser/Reaktionsmittel-Zuführung. Die Leitung 12 zur Befeuchtungswasserzuführung ist in dieser Ausfuhrungsform nicht innerhalb sondern direkt oberhalb der Leitung 10 zur Reaktionsmittelzufüh- rang angeordnet. Bei dieser "Huckepack-" Ausführung sind die beiden
Leitungen 10 und 12 über die Öffnungen 15, die hier Durchlässe sind, verbunden.
In den Figuren 4a und 4b sind die Leitungen 10 und 12 jeweils rund bzw. oval dargestellt, sie können jedoch grundsätzlich jede beliebige
Form haben.
Fig. 5a zeigt einen stromabseitigen Endbereich einer erfindungsgemäßen kombinierten Befeuchtungswasser/ Reaktionsrmttel-Zuführung eines Brennstoffzellenstapels. Die Öffnungen 17 in der Reaktionsmittel-Zuführung sind hier und in den anderen gezeigten Ausführungsformen relativ klein dargestellt. Breitere Öffnungen 17 erlauben eine zuverlässigere Einbringung des Befeuchtungswassers in die Reaktionsmittel- Verteilungsräume, da das System mit zunehmender Breite der Öffnungen 17 un- empfindlicher gegen ein Abdriften der aus den Öffnungen 15 austretenden Wassertropfen aufgrund der Gasströmung G ist. Auch eine unpräzise Abstimmung von Öffnungen 15 und Öffnungen 17 fällt dann weniger ins Gewicht. Generell können sich die Öffnungen 17 in Strömungsrichtung maximal über die Weite 19 der Reaktionsmittel- Verteilungsräume 4 erstrecken.
Senkrecht zur Strömungsrichtung können sich die Öffnungen 17 maximal über den gesamten Umfang der Reaktionsmittel-Zuführung 10 erstrecken. In diesem Grenzfall gehen die Öffnungen 17 in die Unterbrechungen 18 über, d.h. die Reaktionsmittel-Zuführung besteht aus einzelnen Teilstücken.
Bei der in Fig. 5a gezeigten Ausführungsform befinden sich in dem der stromabseitig gelegenen Stapelendplatte 14 unmittelbar benachbarten
Bereich der Befeuchtungswasser-Zuführung 12 keine Öffnungen 15 mehr. In dem Endbereich des Stapels hat das Reaktionsmittel auf seinem Weg durch den Stapel hindurch ausreichend Befeuchtungswasser aufgenommen, um die letzten beiden Zellen des Stapels mit Befeuchtungs- wasser zu versorgen. Alternativ kann auch der Abstand zwischen Öffnungen 15 und zugeordneten Öffnungen 17 erhöht werden.
Fig. 5b zeigt einen stromaufwärts gelegenen Endbereich einer erfmdungsgemäßen kombinierten Befeuchtungswasser/Reaktionsmittel-Zufüh- rang eines Brennstoffzellenstapels. Reaktionsmittel-Zuführung 10 und
Befeuchtungswasser-Zuführang 12 wurden bereits vor Eintritt in den Brennstoffzellenstapel an der stromaufseitigen Stapelendplatte 13 zusammengeführt. Die Befeuchtungswassermführang 12 weist bereits kurz vor ihrem Eintritt in den Brennstoffzellenstapel Wasseraustrittsöffnungen 15 auf. Dadurch nimmt das Reaktionsmittel bereits unmittelbar vor seinem
Eintritt in den Brennstoffzellenstapel Befeuchtungswasser auf. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei sehr schnellen Reaktionsmittelströmungen G sinnvoll, wenn die Gefahr besteht, daß die Zellen 2 im Anfangsbereich des Stapels nicht ausreichend mit Befeuchtungswasser versorgt werden, da die schnelle Reaktionsmittelströmung einen erheblichen Teil jedes aus einer Öffnung 15 austretenden Wassertropfens vor seinem Eintritt in den zugehörigen Reaktionsmittelverteilungsraum mit sich fortreißt. Alternativ kann die Befeuchtungswasserzuführung in dem Anfangsbereich auch näher an den Öffnungen 17 angebracht werden als in weiter stromab gelegenen Bereichen des Stapels, damit ein größerer Teil der aus den Öffnungen 15 austretenden Wassertropfen unmittelbar in die zugeordneten Öffnungen 17 eintritt.
Fig. 5c zeigt einen mittigen Bereich einer erfindungsgemäßen kombinierten Befeuchtungswasser/Reaktionsmittel-Zuführung. Wie hier beispielhaft für die mittlere Einzelbrennstoffzelle gezeigt ist, kann die Befeuchtungswasser-Zuführang 12 im Bereich der Eirrzelbrennstoffzellen 2 mit erhöh- tem Feuchtigkeitsbedarf jeweils über mehrere Öffnungen 15 pro Öffnung
17 der Reaktionsmittel-Zuführung 10 verfügen. Je mehr Befeuchtungswasser-Austrittsöffnungen 15 sich in dem in den Reaktionsmittel-Verteilungsraum 4 einer Einzelbrennstoffzelle 2 führenden Bereich einer Öffnung 17 oder Unterbrechung 18 befinden, desto mehr Befeuchtungs- wasser wird der entsprechenden Einzelbrennstoffzelle 2 zugeführt. Alternativ kann auch hier die Befeuchtungswasserzuführung näher an den Öffnungen 17 angebracht werden als in anderen Bereichen des Stapels.
Fig. 5d zeigt ebenfalls einen in der Stapermitte gelegenen Bereich einer erfindungsgemäßen kombinierten Befeuchtungswasser/Reaktionsmittel-
Zuführang. Auch hier sind in der Befeuchtungswasser-Zuführang 12 im Bereich der Brennstoffzellen mit erhöhtem Befeuchtungswasserbedarf zusätzliche Wasseraustrittsöffnungen vorgesehen. Im Gegensatz zu Fig. 5c sind jedoch hier die zusätzlichen Wasseraustrittsöffnungen nicht exakt einer bestimmten Einzelbrennstoffzelle zugeordnet. Vielmehr sind im mittleren Bereich der Befeuchtungswasser-Zuführang 12 zwischen den Wasseraustrittsöffhungen 15 verteilte zusätzliche Wasseraustrittsöffnungen 16 vorgesehen. Das aus den Öffnungen 16 austretende Wasser wird von der Reaktionsmittelströmung G aufgenommen und diffus auf die nachfolgenden Einzelbrennstoffzellen verteilt.
Fig. 5e zeigt eine erfindungsgemäße kombinierte Befeuchtungswasser/- Reaktionsmittel-Zuführang, wie sie prinzipiell in Fig. 4a gezeigt ist. In
Fig. 5e werden die Auswirkungen einer beidseitigen Reaktionsmittelzufuhrung gezeigt. Die aus den Öffnungen 15 der Befeuchtungswasserleitung 12 austretenden Wassertropfen werden von dem strömenden Gas G zerteilt und zum Teil in die der jeweiligen Austrittsöffnung 15 zuge- ordnete Brennstoffzelle eingespeist, zu einem Teil jedoch auch vom
Gasstrom fortgerissen, so daß sich der Gasstrom beim Passieren jeder Öffnung 15 etwas mehr mit Wassertröpfchen anreichert. Dies geschieht von beiden Enden des Stapels her. Auf diese Weise steht im mittleren, heißeren Bereich des Stapels automatisch eine erhöhte Menge an Befeuchtungswasser zur Verfügung.
Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellen-System mit bevorzugter Peripherie. In den Brennstoffzellenstapel 1 führt eine kombinierte Befeuchtungswasser 12/Reaktionsmittel 10 -Zuführung. Das Befeuch- tungswasser wird aus einem Vorratsbehälter 25 über eine Membranpumpe 26 und ein Magnetventil 27 in den Brennstoffzellenstapel 1 eingespeist. Pumpe 26 und Magnetventil 27 arbeiten gekoppelt, um die bevorzugte pulsartige Zudosierang zu erzielen. Das aus dem Stapel 1 über die Reaktionsgasableitung austretende überschüssige Befeuchtungswasser wird zusammen mit dem entstehenden Reaktionswasser über eine Rückführung 28 mit Wasserabscheider 29 dem Vorratsbehälter 25 wieder zugeführt. Auch hier gilt natürlich, daß die Befeuchtungswasser-Zuführang nicht nur, wie dargestellt, an der Brenngasseite erfolgen kann, sondern auch an der Oxidationsmittelseite, oder beidseitig. Die erfindungsgemäße Art und Weise der Brennstoffzellen-Befeuchtung weist gegenüber konventionellen Systemen eine Reihe von Vorteilen auf:
Die Konstruktion ist denkbar unkompliziert und erfordert nur geringen apparativen Aufwand. Im Brennstoffzellenstapel selbst sind lediglich einfache Leitungen mit Öffnungen erforderlich, und darüberhinaus bedarf es lediglich eines Vorratsbehälters für Befeuchtungswasser, einer Dosiereinrichtung in Form von Pumpe und Dosierventil und ggf. einer Vorrichtung zur Messung der Zellentemperatur, -Spannung oder - leistung. Ein derart kompaktes System kann auch leicht isoliert und frostsicher ausgebildet werden.
Das System besitzt einen geringen Befeuchtungswasserverbrauch, und das Befeuchtungswasser bedarf keiner Vorkonditionierung. Das verein- facht einerseits den Aufbau des Systems, und andererseits hält es den
Energiebedarf gering. Das System ist grundsätzlich bei jeder Temperatur betreibbar, bei der sich das Befeuchtungswasser im flüssigen Zustand befindet. In der Regel kann daher das Befeuchtungswasser einfach bei der jeweiligen Umgebungstemperatur eingespeist werden. Bei unpassen- den Temperaturen ist das System aufgrund seiner Kompaktheit leicht zu isolieren, zu heizen oder zu kühlen.
Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Befeuchtung wird jeder Einzelzelle erst im Stapel zielgenau die jeweils erforderliche Menge an Befeuchtungswasser zudosiert. Auch bei großen Temperaturunterschieden im Stapel treten keine Bereiche mit Befeuchtungswasser-Unterversorgung oder -Überversorgung auf. Die Regelung der Befeuchtungswasserzudosierung entsprechend den Betriebsparametern des Brennstoffzellenstapels ist einfach, präzise und äußerst dynamisch. Sie läßt sich in Sekundenschnelle geänderten Betriebsbedingungen anpassen. Auch ein vorausschauender Betrieb ist möglich.
Durch die Befeuchtungswasserzuführang können dem System außerdem etwa benötigte Hilfsstoffe zugeführt werden.

Claims

PATENTANSPRUCHE
Brennstoffzellenstapel (1) mit einer Mehrzahl von Polymerelektrolytmembran-Einzelbrennstoffzellen (2) und mit Zuführungen für Reaktionsmittel (10, 11) und Befeuchtungswasser (12), wobei jede Einzelbrennstoffzelle (2) eine Anode (3), eine Kathode (5), eine dazwischen angeordnete Polymerelektrolytmembran (7) und einen anodenseitigen (4) und/oder kathodenseitigen (6) Reaktionsmittelver- teilungsraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Befeuchtungswasserzuführang (12) durch den Brennstoffzellenstapel hmdurchführend angeordnet ist und eine Mehrzahl erster Öffnungen (15) aufweist, - mindestens eine Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) durch den
Brennstoffzellenstapel (1) hindurchführend angeordnet ist und eine Mehrzahl zweiter Öffnungen (17) oder Unterbrechungen (18) aufweist, wobei die mindestens eine Befeuchtungswasserzuführang (12) über die Mehrzahl erster Öffnungen (15) mit der mindestens einen Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) in Verbindung steht, und wobei die mindestens eine Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) über die Mehrzahl zweiter Öffnungen (17) oder Unterbrechungen (18) mit den anodenseitigen (4) oder kathodenseitigen (6) Reaktions- mittelverteilungsräumen der Einzelbrennstoffzellen (2) in Verbindung steht.
2. Brennstoffzellenstapel (1) nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungswasserzuführung (12) im Inneren der Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) angeordnet ist.
3. Brennstoffzellenstapel (1) nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungswasserzuführung (12) und die Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) einander unmittelbar benachbart angeordnet sind.
4. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet, daß die mit der Befeuchtungswasserzuführang (12) in Verbindung stehende Reaktionsπύttelzuführang (10, 11) die Brenngas2uführang (10) ist.
5. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Befeuchtungswasserzuführung (12) in Verbindung stehende Reaktionsnύttekuführang (10, 11) die Oxidationsmittelzuführang (11) ist.
6. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens zwei Befeuchtungswasserzuführungen (12), die jeweils mit einer Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) in Verbindung stehen, aufweist, wobei eine Reaktionsmittelzuführung die Brenngaszuführung (10) und eine Reaktionsmittel- Zuführung die Oxidationsmittelzuführang (11) ist.
7. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Öffnungen (15) in der Befeuchtungswasserzuführang (12) und die zweiten Öffnungen (17) oder Unterbrechungen (18) in der Reaktionsmittelzufuhrung im wesentlichen auf Deckung angeordnet sind.
8. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- durch gekennzeichnet, daß die ersten Öffnungen (15) in der
Befeuchtungswasserzuführung (12) eine runde Form mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1,0 mm haben.
9. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da- durch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungswasserzuführang (12) in dem im mittleren Bereich des Stapels gelegenen Teil (23) zusätzliche Wasseraustrittsöffnungen (16) aufweist.
10. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da- durch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Reaktionsmittel- Verteilungsräume (4, 6) Strömungskanalstrukturen (8, 9) zur besseren Verteilung von Reaktionsmittel und Befeuchtungswasser vorgesehen sind.
11. Brennstoffzellenstapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungswasserzuführung (12) aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.
12. Brennstoffzellen-Befeuchtungssystem, aufweisend einen Brennstoff- zellenstapel (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, einen Be- feuchtungswasservorratsbehälter (25), eine Befeuchtungswasserpumpe (26), und gewünschtenfalls eine Einrichtung (27) zur pulsweisen Zuführung von Befeuchtungswasser und eine Einrichtung zur Befeuchtungswasserrückführang (28).
3. Verfahren zur Befeuchtung mindestens eines Reaktionsmittels bei einem Brennstoffzellenstapel (1) mit einer Mehrzahl von Polymerelektrolytmembran-Einzelbrennstoffzellen (2) und mit Zuführungen für Reaktionsmittel (10, 11) und Befeuchtungswasser (12), wobei jede Einzelbrennstoffzelle (2) eine Anode (3), eine Kathode (5), eine dazwischen angeordnete Polymerelektrolytmembran (7) und einen anodenseitigen (4) und/oder kathodenseitigen (6) Reaktionsmittelverteilungsraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Befeuchtungswasserzuführang (12) mit einer Mehrzahl erster Öffnungen (15) vorgesehen wird, über die die
Befeuchtungswasserzuführang (12) mit einer Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) in Verbindung steht, in der mit der Befeuchtungswasserzuführang (12) in Verbindung stehenden Reaktionsnήttelzuführang (10, 11) eine Mehrzahl zweiter Öffnungen (17) oder Unterbrechungen (18) vorgesehen wird, über die die Realctionsrmttelzufuhrang mit den anodenseitigen (4) oder kathodenseitigen (6) Reaktionsmittelverteilungs- räumen der Einzelbrennstoffzellen (2) in Verbindung steht, und Befeuchtungswasser in flüssiger Form - in die Befeuchtungswasserzuführung (12) eingespeist wird, über die ersten Öffnungen (15) in die Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) eintritt, von dem in der Reaktionsmittelzufuhrung (10, 11) strömenden Reaktionsmittel aufgenommen wird, und - zusammen mit dem Reaktionsmittel in die anodenseitigen
(4) oder kathodenseitigen (6) Reaktionsmittelverteilungs- räume der Einzelbrennstoffzellen (2) eingespeist wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchtungswasser puls weise eingespeist wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchtungswasser mit einer Pulsrate von 1 Puls pro 1 bis 120 s und einer Pulsdauer von 0,5 bis 10 s eingespeist wird.
16. Verfahren nach Ansprach 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchtungswasser mit einer Pulsrate von 1 Puls pro 10 bis 40 s und einer Pulsdauer von 0,8 bis 2,0 s eingespeist wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchtungswasser in das Brenngas eingespeist wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchtungswasser in das Oxida- tionsmittel eingespeist wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in das Brenngas als auch in das Oxidationsmittel Befeuchtungswasser eingespeist wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekenn- zeichnet, daß das das Befeuchtungswasser aufnehmende Reaktionsmittel von beiden Enden des Stapels (1) her in die Reaktionsmittel- Zuführung (10, 11) eingespeist wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Befeuchtungswasser unter Ausnutzung des Reaktionsmittel-Volumenstroms und der Schwerkraft in die Reaktionsmittel-Verteilungsräume (4, 6) eingebracht und in ihnen verteilt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchlungswasser∑aiführang (12) im Dead-End- Betrieb erfolgt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungswasserzuführang mit kontinuierlicher Durchströmung, bevorzugt unter Befeuchtungswasserrüclrführung, betrieben wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffzellenstapel (1) bei einem Druck von Atmosphärendruck bis 400 kPa Überdruck betrieben wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Befeuchtungswasserzuführang (12) 10 bis 50 kPa über dem Druck in der Reaktionsmittel-Zuführung (10, 11) liegt, bei Druckspitzen bei pulsweiser Einspeisung auch darüber.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungswasserzufuhr zu erwartenden Betriebszuständen zuvorkommend geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer ersten Öffnung (15) der Befeuchtungswasserzuführang (12) austretende Befeuchtungswasser durch eine der ersten Öffnung (15) zugeordnete Öffnung (17) oder Unterbrechung (18) der Reaktionsmittelzuf hrung (10, 11) in den anodenseitigen (4) oder kathodenseitigen (6) Reaktionsmittelverteilungsraum, mit dem diese in Verbindung steht, eingespeist wird und/oder diffus in der Reaktionsmittelzuführung (10, 11) verteilt und einem oder mehreren stromab gelegenen Reaktionsmittelverteilungs- räumen (4, 6) zugeführt wird.
PCT/EP2001/008672 2000-07-28 2001-07-26 Vorrichtung und verfahren zur befeuchtung von polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen WO2002011221A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01960567A EP1412997A2 (de) 2000-07-28 2001-07-26 Vorrichtung und verfahren zur befeuchtung von polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen
AU2001282032A AU2001282032A1 (en) 2000-07-28 2001-07-26 Device and method for wetting polymer electrolyte membrane fuel cells

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10036916.2 2000-07-28
DE10036916A DE10036916B4 (de) 2000-07-28 2000-07-28 Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Befeuchtung eines Reaktionsmittels bei einem Brennstoffzellenstapel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2002011221A2 true WO2002011221A2 (de) 2002-02-07
WO2002011221A3 WO2002011221A3 (de) 2003-01-23

Family

ID=7650603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2001/008672 WO2002011221A2 (de) 2000-07-28 2001-07-26 Vorrichtung und verfahren zur befeuchtung von polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1412997A2 (de)
AU (1) AU2001282032A1 (de)
DE (1) DE10036916B4 (de)
WO (1) WO2002011221A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329201A1 (de) * 2003-06-28 2005-01-20 Bbt Thermotechnik Gmbh Brennstoffzellensystem
USD905217S1 (en) 2018-09-05 2020-12-15 Dometic Sweden Ab Air conditioning apparatus
USD907183S1 (en) 2016-11-23 2021-01-05 Dometic Sweden Ab Air conditioning apparatus
US11772452B2 (en) 2017-11-16 2023-10-03 Dometic Sweden Ab Air conditioning apparatus for recreational vehicles

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10209808B4 (de) 2002-03-06 2005-11-24 General Motors Corporotion, Detroit Wasservernebelungseinrichtung für ein Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zur Befeuchtung eines einem Brennstoffzellensystem zugeführten Gasstromes
US7226680B2 (en) * 2003-02-07 2007-06-05 General Motors Corporation Integrated air cooler, filter, and humidification unit for a fuel cell stack
GB2409763B (en) 2003-12-31 2007-01-17 Intelligent Energy Ltd Water management in fuel cells
US7829231B2 (en) * 2005-04-22 2010-11-09 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell design with an integrated heat exchanger and gas humidification unit
DE102012012257A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Daimler Ag Separatorplatte für eine Brennstoffzelle, Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
DE102012217279A1 (de) * 2012-09-25 2014-05-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzelle mit einem Wassereinlass
DE102020103071A1 (de) 2020-02-06 2021-08-12 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung mit zwei Befeuchtern sowie Verfahren zum Betreiben und Kraftfahrzeug mit einer solchen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19821766C1 (de) * 1998-05-14 1999-06-24 Siemens Ag PEM-Brennstoffzellensystem mit Befeuchtung und/oder Kühlung mit flüssigem Medium, deren Verwendung sowie ein Verfahren zum Befeuchten und Kühlen eines solchen Systems
DE19859504A1 (de) * 1997-12-22 1999-06-24 Equos Research Kk Brennstoffzellensystem
US6045934A (en) * 1997-03-05 2000-04-04 Fuji Electric Co., Ltd. Solid polymer electrolyte fuel cell
EP1020942A1 (de) * 1997-05-14 2000-07-19 SANYO ELECTRIC Co., Ltd. Festpolymer-brennstoffzelle, geeignet zur stabilen realisierung hervorragender leistungserzeugungsmermalen

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5234776A (en) * 1990-08-03 1993-08-10 Fuji Electric Co., Ltd. Solid polymer electrolyte fuel cell system with ribbed configuration
JPH0684532A (ja) * 1992-08-31 1994-03-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 固体高分子型燃料電池
DE4318818C2 (de) * 1993-06-07 1995-05-04 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von konditionierter Prozessluft für luftatmende Brennstoffzellensysteme
JP3465983B2 (ja) * 1995-02-17 2003-11-10 田中貴金属工業株式会社 固体高分子電解質型燃料電池及び固体高分子電解質型燃料電池の燃料ガス又は酸化ガス供給方法
JP3553200B2 (ja) * 1995-05-23 2004-08-11 本田技研工業株式会社 燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池
DE19648995C2 (de) * 1995-10-05 2001-07-26 Magnet Motor Gmbh Verfahren zum Regeln der Membranfeuchte einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle und Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle mit Einrichtung zum Regeln der Membranfeuchte sowie daraus gebildeter Brennstoffzellenstapel
DE19703214C2 (de) * 1997-01-29 2003-10-30 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Membran-Elektrodeneinheit mit integriertem Dichtrand und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP3635938B2 (ja) * 1998-09-25 2005-04-06 株式会社豊田自動織機 燃料電池装置
DE19853911A1 (de) * 1998-11-23 2000-05-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle mit Zuführung eines Betriebsmittels über eine gelochte Platte

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6045934A (en) * 1997-03-05 2000-04-04 Fuji Electric Co., Ltd. Solid polymer electrolyte fuel cell
EP1020942A1 (de) * 1997-05-14 2000-07-19 SANYO ELECTRIC Co., Ltd. Festpolymer-brennstoffzelle, geeignet zur stabilen realisierung hervorragender leistungserzeugungsmermalen
DE19859504A1 (de) * 1997-12-22 1999-06-24 Equos Research Kk Brennstoffzellensystem
DE19821766C1 (de) * 1998-05-14 1999-06-24 Siemens Ag PEM-Brennstoffzellensystem mit Befeuchtung und/oder Kühlung mit flüssigem Medium, deren Verwendung sowie ein Verfahren zum Befeuchten und Kühlen eines solchen Systems

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"PILES A COMBUSTIBLE A REFROIDISSEMENT INTEGRE" RESEARCH DISCLOSURE, KENNETH MASON PUBLICATIONS, HAMPSHIRE, GB, Nr. 430, Februar 2000 (2000-02), Seiten 254-255, XP000969027 ISSN: 0374-4353 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 332 (E-1567), 23. Juni 1994 (1994-06-23) -& JP 06 084532 A (SUMITOMO ELECTRIC IND LTD), 25. März 1994 (1994-03-25) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 12, 26. Dezember 1996 (1996-12-26) -& JP 08 222254 A (TANAKA KIKINZOKU KOGYO KK), 30. August 1996 (1996-08-30) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 03, 31. März 1997 (1997-03-31) -& JP 08 315838 A (HONDA MOTOR CO LTD), 29. November 1996 (1996-11-29) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10329201A1 (de) * 2003-06-28 2005-01-20 Bbt Thermotechnik Gmbh Brennstoffzellensystem
DE10329201B4 (de) * 2003-06-28 2007-09-27 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem
USD907183S1 (en) 2016-11-23 2021-01-05 Dometic Sweden Ab Air conditioning apparatus
US11772452B2 (en) 2017-11-16 2023-10-03 Dometic Sweden Ab Air conditioning apparatus for recreational vehicles
USD905217S1 (en) 2018-09-05 2020-12-15 Dometic Sweden Ab Air conditioning apparatus
USD944374S1 (en) 2018-09-05 2022-02-22 Dometic Sweden Ab Air conditioning apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE10036916A1 (de) 2002-02-14
EP1412997A2 (de) 2004-04-28
AU2001282032A1 (en) 2002-02-13
WO2002011221A3 (de) 2003-01-23
DE10036916B4 (de) 2006-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69817396T2 (de) Verfahren und apparat zur wasserhandhabung einer ionenaustauschermembran in einer brennstoffzelle
DE102008006735B4 (de) Brennstoffzellensystem und dafür vorgesehene Wasserdampfübertragungseinheit
DE102006019114B4 (de) Brennstoffzellensystem zur verbesserten Wasserstoff- und Sauerstoffverwendung
DE60207050T2 (de) Polymerelektrolyt-brennstoffzellenstapel und zugehöriges betriebsverfahren
DE102005003007A1 (de) Brennstoffzelle
DE102005035098A1 (de) PEM-Brennstoffzelle mit Zudosierungsraum
WO2002011221A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur befeuchtung von polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen
WO2020224860A1 (de) Flussfeldplatte
DE102017202705A1 (de) Brennstoffzellenstapel mit Verteilungselement im Medienkanal sowie Herstellverfahren
DE10243163B4 (de) Brennstoffzellenpaket
DE10209808B4 (de) Wasservernebelungseinrichtung für ein Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zur Befeuchtung eines einem Brennstoffzellensystem zugeführten Gasstromes
EP2025026B1 (de) Brennstoffzelle mit einer separatorplatteneinheit und separatorplatteneinheit
EP2583341B1 (de) Vorrichtung zur befeuchtung von anodengas
DE19743067A1 (de) Strömungsmodul mit Strömungskammern für drei oder vier Fluide
DE102019200449A1 (de) Befeuchter mit Kühlmittelrohren und Brennstoffzellenvorrichtung
DE112009002459B4 (de) Brennstoffzelle mit Zuführelement für Anodenfluid und Brennstoffzellensystem mit einer solchen Brennstoffzelle
WO2002056402A2 (de) Elektrochemischer brennstoffzellenstapel mit polymerelektrolyt
WO2016146302A1 (de) Brennstoffzellensystem mit einem befeuchteten oxidationsmittelstrom
DE10321946B4 (de) Brennstoffzellenseparator und Verwendung des Brennstoffzellenseparators in einer Brennstoffzelle
DE102019205809A1 (de) Flussfeldplatte, Brennstoffzellenstapel mit einer Flussfeldplatte und Brennstoffzellensystem
EP1866994B1 (de) Niedertemperatur-brennstoffzellenstapel sowie verfahren zum betreiben desselben
EP4165705B1 (de) Bipolarplatte und brennstoffzellenstapel
DE102012011863A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
EP4197045B1 (de) Bipolarplatte mit im aktiven bereich vorhandenen kanalaufteilungen und brennstoffzellenstapel
WO2000063996A1 (de) Vorrichtung zum pressen und versorgen mit medien eines stapels aus brennstoffzellen sowie brennstoffzellenstapel mit einer solchen vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2001960567

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2001960567

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP