WO2002045194A2 - Compact fuel cell arrangement - Google Patents

Compact fuel cell arrangement Download PDF

Info

Publication number
WO2002045194A2
WO2002045194A2 PCT/EP2001/012317 EP0112317W WO0245194A2 WO 2002045194 A2 WO2002045194 A2 WO 2002045194A2 EP 0112317 W EP0112317 W EP 0112317W WO 0245194 A2 WO0245194 A2 WO 0245194A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
fuel
cell arrangement
sheet metal
metal layers
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/012317
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2002045194A3 (en
Inventor
Meike Reizig
Rolf BRÜCK
Jörg-Roman KONIECZNY
Original Assignee
Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh filed Critical Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
Priority to AU2002210568A priority Critical patent/AU2002210568A1/en
Publication of WO2002045194A2 publication Critical patent/WO2002045194A2/en
Publication of WO2002045194A3 publication Critical patent/WO2002045194A3/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0082Organic polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

The invention relates to a fuel cell arrangement comprising at least one fuel cell. Said arrangement contains an anode (7) through which a fuel gas can pass, and a cathode (7) through which a cathode gas can pass. An electrolyte matrix (2) is arranged between the anode and the cathode. The channels (4, 5) guiding the fuel or the oxidant are at least partially formed by structured layers of sheet metal which are characterised in that they have a thickness of between 0.02 and 1.1 mm, preferably between 0.03 and 0.08 mm. The advantage of said fuel cell arrangement is that it only requires a small amount of space and can produce a high electrical efficiency.

Description

Kompakte Brennstoffzellenanordnung Compact fuel cell arrangement
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffcellenanordnung mit mindestens einer Brennstoffzelle, welche eine von einem Brenngas anströmbare Anode und eine von einem Kathodengas anstrombare Kathode enthält, zwischen denen eine Elektrolytmatrix angeordnet ist, wobei die den Brennstoff bzw. den Oxidant fuhrenden Kanäle wenigstens teilweise durch strukturierte Blechlagen gebildet sind.The invention relates to a fuel cell arrangement with at least one fuel cell which contains an anode which can be flowed with by a fuel gas and a cathode which can be flowed with by a cathode gas, between which an electrolyte matrix is arranged, the channels leading the fuel or the oxidant being formed at least partially by structured sheet metal layers ,
Brennstoffzellen sind elektrochemische Zellen, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Sie bestehen im wesentlichen aus drei Komponenten einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen liegenden elektrolytischen Schicht. Zum Betrieb einer Brennstoffzelle müssen kontinuierlich von außen den Elektroden Brennstoffe zugeführt werden, die an den Elektroden elektrochemisch umgesetzt werden, wobei die Umsetzung bei verschiedenen Temperaturen, insbesondere im Fall einer kalten Verbrennung bei Temperaturen unter 100°C, stattfinden kann.Fuel cells are electrochemical cells that convert chemical energy into electrical energy. They essentially consist of three components, an anode, a cathode and an electrolytic layer between them. To operate a fuel cell, fuels have to be fed continuously from the outside to the electrodes, which are converted electrochemically on the electrodes, the conversion being able to take place at different temperatures, in particular in the case of cold combustion at temperatures below 100 ° C.
Brennstoffzellen finden zunehmend in unterschiedlichen Bereichen Anwendung, wo eine Unabhängigkeit vom bestehenden Elektrizitätsnetz gewünscht oder erforderlich ist. Neben dem Gebrauch von Brennstoffzellen im stationären Betrieb wie z. B. in Krankenhäusern, liegt ein großes Potential der Brennstoffzellen bei An- Wendungen in der Nerkehrstechnik (z.B. in Automobilen) oder aber auch bei Anwendungen in portablen Kleinelektrogeräten (z. B. in Laptops).Fuel cells are increasingly used in different areas where independence from the existing electricity network is desired or required. In addition to the use of fuel cells in stationary operation such. B. in hospitals, there is great potential for fuel cells in applications in traffic technology (e.g. in automobiles) or also in applications in portable small electrical appliances (e.g. in laptops).
Gerade bei mobilen Anwendungen spielt die erzielbare elektrische Leistungsdichte, d. h. die elektrische Leistung, die bezogen auf das Volumen der Brennstoffzel- le von der Brennstoffzelle erzeugt werden kann, eine wesentliche Rolle. Die Bestrebungen sind groß, Brennstoffzellen, die eine ausreichend große Leistung liefern können, möglichst kompakt zu bauen. Hierbei versucht man, Brennstoffzel- len teils seriell zum Erreichen einer großen elektrischen Spannung teils parallel zum Erreichen von großen elektrischen Strömen zu verschalten. Durch Bündelung von Brennstoffzellen zu Brennstoffzellenanordnungen wird der notwendige Platzbedarf eines solchen Energieerzeugers minimiert. Eine Brennstoffzellenanordnung enthält mindestens eine Brennstoffzelle und Brennstoff bzw. den Oxidant und / oder Kühlmittel führende Kanäle, die wenigstens teilweise durch strukturierte Blechlagen gebildet sind.Especially in mobile applications, the achievable electrical power density, ie the electrical power that can be generated by the fuel cell in relation to the volume of the fuel cell, plays an important role. Efforts are being made to build fuel cells that can deliver a sufficiently large output as compactly as possible. Here you try to len partly to be connected in series to achieve a large electrical voltage and partly in parallel to achieve large electrical currents. By bundling fuel cells into fuel cell arrangements, the space requirement of such an energy generator is minimized. A fuel cell arrangement contains at least one fuel cell and fuel or channels carrying the oxidant and / or coolant, which are at least partially formed by structured sheet metal layers.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brenn- stoffzellenanordnung anzugeben, die neben einer hohen Leistungsdichte eine hohe Kompaktheit in ihrem Aufbau aufweist.Proceeding from this, it is the object of the present invention to specify a fuel cell arrangement which, in addition to a high power density, has a high degree of compactness in its construction.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.This object is achieved by the features of claim 1. The subclaims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, in einer Brennstoffzellenanordnung Blechlagen zu verwenden, die eine Blechstärke von 0,02 bis 1,1 mm, vorzugsweise 0,03 bis 0,08 mm, aufweisen. Erfindungswesentlich ist somit die Verwendung von besonders dünnen Blechen, welches eine besonders kompakte Bauweise er- möglicht. Die Anordnung der Brennstoffzellen kann auf verschiedene Weisen erfolgen, z. B. als sogenanntes Brennstoffzellenstack, wie es in der US 4,175,165 beschrieben wird, oder als Streifenmembran, wie sie in der WO 96/18217 beschrieben wird. Durch die Verwendung von Blechen mit geringen Blechstärken können die Brennstoff, den Oxidant bzw. ein Kühlmittel führenden Kanäle beson- ders flach konzipiert werden. Darüber hinaus wird das Gewicht der Brennstoffzellenanordnung reduziert.It is therefore proposed according to the invention to use sheet metal layers in a fuel cell arrangement which have a sheet thickness of 0.02 to 1.1 mm, preferably 0.03 to 0.08 mm. Essential to the invention is therefore the use of particularly thin metal sheets, which enables a particularly compact construction. The arrangement of the fuel cells can be done in different ways, e.g. B. as a so-called fuel cell stack, as described in US 4,175,165, or as a strip membrane, as described in WO 96/18217. The use of sheets with low sheet thicknesses allows the fuel, the oxidant or a coolant-carrying channels to be designed particularly flat. In addition, the weight of the fuel cell arrangement is reduced.
Maßnahmen zur Wärmeabfuhr, welche erforderlich werden, wenn die bei der e- lektrochemischen Reaktion unvermeidbar entstehende Wärme, insbesondere im Falle von Brennstoffzellen mit hoher Leistung, abgeführt werden muß, lassen sich durch kleinere Strukturen besser realisieren. Das Problem der mit zunehmender Verkleinerung der Stiαikturen zunehmend störenden Freisetzung von Wärme kann durch den Bau von kompakten KüUstrukturen vermieden werden. Durch die Verwendung von geringeren Blechdicken können kompaktere Kühlstrukturen konstruiert werden, die in der Lage sind, entstehende Wärme effizient abzuführen.Measures for heat dissipation, which are necessary when the heat unavoidably generated in the electrochemical reaction, in particular in the case of high-performance fuel cells, must be dissipated, can be better implemented by smaller structures. The problem of increasing Reduction of the stiαictures increasingly disruptive release of heat can be avoided by building compact kitchen structures. By using smaller sheet thicknesses, more compact cooling structures can be constructed that are able to efficiently dissipate the heat generated.
Nach einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenanordnung ist die Welligkeit der strukturierten Blechlagen gegeben durch das Verhältnis der Amplitude zur Wellenlänge von 1 : 2. Bei dieser Ausgestaltung sind die durch die Welligkeit entstehenden Kanäle besonders durchlässig für einen strömenden Brennstoff, Oxidant oder ein strömendes Kühlmittel, da so das Kanalquerschnittsflächen / Kanalquer- schnittsumfang- Verhältnis maximiert ist.According to an embodiment of the fuel cell arrangement, the ripple of the structured sheet metal layers is given by the ratio of the amplitude to the wavelength of 1: 2. In this embodiment, the channels created by the ripple are particularly permeable to a flowing fuel, oxidant or a flowing coolant, since this means that Channel cross-sectional area / channel cross-sectional circumference ratio is maximized.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die gewellten oder strukturierten Blechla- gen wenigstens teilweise aus korrosionsfestem Material, insbesondere aus elekt- rokorrosionsfestem Material, hergestellt. Dieses ist besonders wichtig, um eine Korrosion der Strukturen zu vermeiden.In a further embodiment, the corrugated or structured sheet metal layers are at least partially made from corrosion-resistant material, in particular from electro-corrosion-resistant material. This is particularly important in order to avoid corrosion of the structures.
Vorteilhafterweise werden Blechlagen vorzugsweise einseitig, wenigstens teilweise beschichtet. Insbesondere bei Brennstoffzellenanordnungen mit Streifenmemb- ran sind elektrische Isolationsschichten notwendig. Durch die Beschichtung der Bleche entfallt das zusätzliche Einbringen einer Isolationsschicht, beispielsweise in Form einer Folie.Sheet metal layers are advantageously coated on one side, at least partially. Electrical insulation layers are necessary in particular in the case of fuel cell arrangements with a strip membrane. The coating of the metal sheets eliminates the additional introduction of an insulation layer, for example in the form of a film.
Nach einer weiteren Ausgestaltung besteht die Isolationsschicht aus oxidischem Material. Solche Isolationsschichten sind besonders einfach und preisgünstig herstellbar.According to a further embodiment, the insulation layer consists of oxidic material. Such insulation layers are particularly simple and inexpensive to manufacture.
Nach einer noch weiteren Ausgestaltung besteht die Isolationsschicht aus einem Washcoat. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Zeichnungen.According to a further embodiment, the insulation layer consists of a wash coat. Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the following drawings.
Hierbei zeigen schematisch in perspektivischer Ansicht:Here schematically show in perspective view:
Fig. 1 eine Brennstoffzelle;1 shows a fuel cell;
Fig. 2 einen Brennstoffzellenstapel;2 shows a fuel cell stack;
Fig. 3 eine Brennstoffzelle mit einer Streifenmembran;3 shows a fuel cell with a strip membrane;
Fig. 4 eine Brennstoffzellenanordnung mit Streifenmembran.Fig. 4 shows a fuel cell arrangement with a strip membrane.
Fig. 1 zeigt eine Brennstoffzelle mit einer oberen Deckplatte 1, einem Elektroly- ten 2 und einer unteren Deckplatte 3. Die obere Deckplatte 1 dient als Anode und die untere Deckplatte 3 als Kathode. Der Brennstoff wird in einem kathodenseiti- gen Kanal 5 der Kathode zugeführt, die hier als untere Deckplatte 3 ausgebildet ist. Das Oxidationsmittel wird in einem anodenseitigen Kanal 4 der Anode zugeführt, die hier als obere Deckplatte 1 dargestellt ist. Alternativ können die obere bzw. untere Deckplatte 1, 3 aus elektrisch nicht leitendem Material gefertigt sein und der anodenseitige bzw. kathodenseitige Kanal 4, 5 als Anode bzw. Kathode fungieren. Die anöden- bzw. kathodenseitigen Kanäle 4, 5 sind aus struktxirierten Blechlagen gebildet, wobei die Blechlagen eine Blechstärke von 0,02 bis 1,1 mm, vorzugsweise 0,03 bis 0,08 mm, aufweisen. Vorzugsweise weisen die Blechlagen eine Welligkeit auf, so daß in den durch die Welligkeit entstehenden Hohlräumen Kanäle entstehen, entlang derer der Brennstoff bzw. das Oxidationsmittel geleitet werden kann. Vorteilhaft ist eine Welligkeit, bei der das Verhältnis aus Amplitude A zu der Wellenlänge L durch A/L = 1 : 2 gegeben ist. Durch ein solches Verhältnis werden die Strömungseigenschaften eines Fluids durch die Kanäle positiv beeinflußt. Geeigneterweise weisen die Blechlagen zusätzlich Öffnungen auf, so daß der Brennstoff bzw. das Oxidationsmittel von der einen Seite der Blechlage zur anderen gelangen kann. Es ist von Vorteil, wenn die Welligkeit des anodensei- tigen Kanals 4 senkrecht zur Welligkeit des kathodenseitigen Kanals 5 steht, da dann ein Anschließen der Kanäle an Brennstoff- bzw. Oxidationsmittel führende Zuleitung besonders einfach ist. Die gewellten oder strukturierten Blechlagen be- stehen vorzugsweise aus (elektro-) korrosionsfestem Material, damit eine Korrosion der Blechlagen vermieden wird.1 shows a fuel cell with an upper cover plate 1, an electrolyte 2 and a lower cover plate 3. The upper cover plate 1 serves as an anode and the lower cover plate 3 as a cathode. The fuel is fed into the cathode-side channel 5 of the cathode, which is designed here as a lower cover plate 3. The oxidizing agent is fed to the anode in a channel 4 on the anode side, which is shown here as the upper cover plate 1. Alternatively, the upper or lower cover plate 1, 3 can be made of electrically non-conductive material and the anode-side or cathode-side channel 4, 5 act as an anode or cathode. The channels 4, 5 on the anode or cathode side are formed from sheet metal layers which have been structure-structured, the sheet metal layers having a sheet thickness of 0.02 to 1.1 mm, preferably 0.03 to 0.08 mm. The sheet metal layers preferably have a ripple, so that channels are formed in the cavities formed by the ripple, along which the fuel or the oxidizing agent can be passed. A ripple in which the ratio of amplitude A to wavelength L is given by A / L = 1: 2 is advantageous. Such a ratio has a positive influence on the flow properties of a fluid through the channels. Suitably, the sheet metal layers additionally have openings so that the fuel or the oxidizing agent from one side of the sheet metal layer can get to the other. It is advantageous if the ripple of the anode-side channel 4 is perpendicular to the ripple of the cathode-side channel 5, since then connecting the channels to the supply line carrying fuel or oxidizing agent is particularly simple. The corrugated or structured sheet metal layers preferably consist of (electro) corrosion-resistant material, so that corrosion of the sheet metal layers is avoided.
Fig. 2 zeigt eine Brennstoffzellenanordnung, die durch Überlagerung von einzelnen Brennstoffeellen nach Fig. 1 zusammengesetzt werden kann. Durch Überlage- rung zahlreicher Brennstoffeellen wird eine hohe Leistung bei geringem Volumen erzeugt. Hierbei zeigen sich die Vorteile der Verwendung von strukturierten Blechlagen, die eine geringe Blechstärke aufweisen, da somit die Oberfläche der Anode bzw. Kathode deutlich erhöht werden kann, ohne zusätzlich Raum zu benötigen. Das Problem der bei der elektrochemischen Reaktion entstehenden Wär- me kann ebenso durch geeignet konstruierte Kühlkanäle aus gewellten und/oder strukturierten Blechlagen gelöst werden, die von einer Kühlflüssigkeit wie z.B. Wasser durchströmt werden. Eine Bipolarplatte 10 stellt den elektrischen bzw. mechanischen Kontakt der Anode bzw. der Kathode zweier angrenzender Brennstoffzellen her.FIG. 2 shows a fuel cell arrangement which can be assembled by superimposing individual fuel cells according to FIG. 1. By superimposing numerous fuel cells, high performance is achieved with a small volume. This shows the advantages of using structured sheet metal layers which have a low sheet thickness, since the surface of the anode or cathode can thus be increased significantly without requiring additional space. The problem of the heat generated during the electrochemical reaction can also be solved by suitably designed cooling channels made of corrugated and / or structured sheet metal layers that are exposed to a cooling liquid such as e.g. Water flow. A bipolar plate 10 establishes the electrical or mechanical contact of the anode or the cathode of two adjacent fuel cells.
Fig. 3 zeigt eine Brennstoffzelle mit einer Streifenmembran, die sich dadurch auszeichnet, daß eine Vielfalt von Brennstoffzellen in einer Ebene in Reihe geschaltet werden, so daß sich die einzelnen Spannungen der jeweiligen Brennstoffzellen aufsummieren und sicheine besonders hohe Gesamtspannung ergibt. Abgegriffen wird die Spannung zwischen der Anode 6 an der linken Seite der Streifenmembran 12 und der Kathode 7 an der rechten Seite der Streifenmembran 12. Wichtig hierbei ist, daß die Kanäle 5, 4 elektrisch isolierend sind und wenigstens teilweise mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen sind.Fig. 3 shows a fuel cell with a strip membrane, which is characterized in that a variety of fuel cells are connected in series in one plane, so that the individual voltages of the respective fuel cells add up and a particularly high total voltage results. The voltage is tapped between the anode 6 on the left side of the strip membrane 12 and the cathode 7 on the right side of the strip membrane 12. It is important here that the channels 5, 4 are electrically insulating and are at least partially provided with an electrical insulation layer.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung von Brennstoffzellen mit einer Streifenmembran nach Fig. 3, wobei die Streifenmembran 12 nach Fig. 3 alternierend um 180° ge- dreht auf dem Kopf stehend aufeinander geschichtet werden und entsprechend elektrisch verschaltet werden. Hierdurch wird eine Bipolarplatte 10, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, vermieden und es ist nur eine strukturierte Blechlage zwischen zwei angrenzenden Streifenmembranen 12 notwendig. In dieser Anordnung wird die Spannung zwischen der Kathode 6 an der linken Seite der untersten Streifenmembran 12 und der Anode 7 an der rechten Seite der obersten Streifenmembran abgegriffen werden. Die Isolationsschicht der Blechlagen besteht vorteilhafterweise aus oxidischem Material. Geeigneterweise wird hierzu ein Washcoat verwendet.FIG. 4 shows an arrangement of fuel cells with a strip membrane according to FIG. 3, the strip membrane 12 according to FIG. 3 alternating by 180 °. turns upside down are stacked on top of each other and electrically connected accordingly. This avoids a bipolar plate 10, as shown in FIG. 2, and only a structured sheet-metal layer between two adjacent strip membranes 12 is necessary. In this arrangement, the voltage between the cathode 6 on the left side of the lowermost strip membrane 12 and the anode 7 on the right side of the uppermost strip membrane will be tapped. The insulation layer of the sheet metal layers advantageously consists of oxidic material. A washcoat is suitably used for this.
Es wird eine Brennstoffzellenanordnung mit mindestens einer Brennstoffzelle beschrieben, welche eine von einem Brenngas anströmbare Anode und eine von einem Kathodengas anströmbare Kathode enthält, zwischen denen eine Elektrolytmatrix angeordnet ist, wobei die den Brennstoff bzw. den Oxidant führenden Kanäle wenigstens teilweise durch strukturierte Blechlagen gebildet sind, wobei die Blechlagen eine Blechstärke von 0,02 bis 1,1 mm, vorzugsweise 0,03 bis 0,08 mm, aufweisen. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß ein besonders kompakter Aufbau erzielt werden kann, der hohe elektrische Leistungen bei geringem Platzbedarf erzeugen kann. A fuel cell arrangement with at least one fuel cell is described, which contains an anode that can be flowed with by a fuel gas and a cathode that can be flowed with by a cathode gas, between which an electrolyte matrix is arranged, the channels carrying the fuel or the oxidant being at least partially formed by structured sheet metal layers , wherein the sheet layers have a sheet thickness of 0.02 to 1.1 mm, preferably 0.03 to 0.08 mm. The advantage of this arrangement is that a particularly compact structure can be achieved, which can generate high electrical outputs in a small space.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 obere Deckplatte1 top cover plate
2 Elektrolytmatrix2 electrolyte matrix
3 untere Deckplatte3 lower cover plate
4 anodenseitiger Kanal4 anode-side channel
5 kathodenseitiger Kanal5 channel on the cathode side
6 Kathode6 cathode
7 Anode7 anode
8 Brennstoffzelle8 fuel cell
10 Bipolarplatte10 bipolar plate
13 Streifenmembran13 strip membrane
L WellenlängeL wavelength
A Amplitude A amplitude

Claims

Patentansprüche claims
1. Brennstoffzellenanordnung mit mindestens einer Brennstoffzelle, welche eine von einem Brenngas anströmbare Anode (7) und eine von einem Ka- thodengas anströmbare Kathode (6) enthält, zwischen denen eine Elektrolytmatrix (2) angeordnet ist, wobei Kanäle (4,5) aus wenigstens teilweise durch strukturierte Blechlagen gebildet sind, die den Brennstoff, den Oxidant bzw. das Kühlmittel führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen eine Blechstärke von 0,02 bis 1,1 mm, vorzugsweise 0.03 bis 0.08 mm, aufweisen.1. Fuel cell arrangement with at least one fuel cell which contains an anode (7) which can be flowed with by a fuel gas and a cathode (6) which can be flowed in by a cathode gas, between which an electrolyte matrix (2) is arranged, with channels (4, 5) are at least partially formed by structured sheet metal layers which carry the fuel, the oxidant or the coolant, characterized in that the sheet metal layers have a sheet thickness of 0.02 to 1.1 mm, preferably 0.03 to 0.08 mm.
2. Brennstroffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Amplituden- Wellenlängenverhältnis (A/L) der Welligkeit der Blechlagen im wesentlichen 1 :2 beträgt.2. Fuel cell arrangement according to claim 1, characterized in that the amplitude-wavelength ratio (A / L) of the ripple of the sheet metal layers is substantially 1: 2.
3. Brennstroffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellten oder strukturierten Blechlagen wenigstens teilweise aus (elektro-) korrosionsfestem Material gebildet sind.3. Fuel cell arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the corrugated or structured sheet metal layers are at least partially formed from (electro) corrosion-resistant material.
4. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, insbesondere für Brennstoffzellenanordnungen mit Streifenmembranen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen mit einer vorzugsweise einseitigen, wenigstens teilweisen Beschichtung, insbesondere einer elektrischen Isolationsschicht, versehen sind.4. Fuel cell arrangement according to claim 1, 2 or 3, in particular for fuel cell arrangements with strip membranes, characterized in that the sheet metal layers are provided with a preferably one-sided, at least partial coating, in particular an electrical insulation layer.
5. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht aus oxidischem Material gebildet sind.5. Fuel cell arrangement according to claim 4, characterized in that the insulation layer is formed from oxidic material.
6. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht ein Washcoat ist. 6. Fuel cell arrangement according to claim 5, characterized in that the insulation layer is a washcoat.
PCT/EP2001/012317 2000-11-28 2001-10-25 Compact fuel cell arrangement WO2002045194A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2002210568A AU2002210568A1 (en) 2000-11-28 2001-10-25 Compact fuel cell arrangement

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10058930A DE10058930A1 (en) 2000-11-28 2000-11-28 Compact fuel cell arrangement
DE10058930.8 2000-11-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2002045194A2 true WO2002045194A2 (en) 2002-06-06
WO2002045194A3 WO2002045194A3 (en) 2003-10-09

Family

ID=7664899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2001/012317 WO2002045194A2 (en) 2000-11-28 2001-10-25 Compact fuel cell arrangement

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2002210568A1 (en)
DE (1) DE10058930A1 (en)
WO (1) WO2002045194A2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008052945B4 (en) * 2008-10-23 2014-06-12 Staxera Gmbh Fuel cell stack and process for its production

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4826741A (en) * 1987-06-02 1989-05-02 Ergenics Power Systems, Inc. Ion exchange fuel cell assembly with improved water and thermal management
DE19517451A1 (en) * 1995-05-12 1996-05-23 Mtu Friedrichshafen Gmbh Fuel-cell stack assembly with bipolar metal sheets
WO1996018217A1 (en) * 1994-12-09 1996-06-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pem fuel cell with structured plates
US5643690A (en) * 1994-11-11 1997-07-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Molten carbonate fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4826741A (en) * 1987-06-02 1989-05-02 Ergenics Power Systems, Inc. Ion exchange fuel cell assembly with improved water and thermal management
US5643690A (en) * 1994-11-11 1997-07-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Molten carbonate fuel cell
WO1996018217A1 (en) * 1994-12-09 1996-06-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pem fuel cell with structured plates
DE19517451A1 (en) * 1995-05-12 1996-05-23 Mtu Friedrichshafen Gmbh Fuel-cell stack assembly with bipolar metal sheets

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002045194A3 (en) 2003-10-09
AU2002210568A1 (en) 2002-06-11
DE10058930A1 (en) 2002-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69908811T2 (en) BIPOLAR PLATE DESIGN FROM METAL SHEETS FOR POLYMER ELECTROLYTMEMBRANE FUEL CELLS
EP0797847B1 (en) Polymer electrolyte membrane fuel cell
EP1830426B1 (en) Bipolar plate, in particular for the fuel cell pack of a vehicle
EP1751817A1 (en) High temperature solid electrolyte fuel cell and fuel cell installation built with said fuel cell
DE60224250T2 (en) Fuel cell stack with foil joints and composite spacers
WO2002025765A2 (en) Fuel cell stack
EP1080511A1 (en) Fuel cell module
DE112005002971B4 (en) The fuel cell system
DE102014210358A1 (en) FUEL CELL STACK WITH A DUMMY CELL
DE112004002358B4 (en) Solid oxide fuel cell
DE102007022202B4 (en) Fuel cell stack with a non-permeable insert with low contact resistance
WO2015155125A1 (en) Bipolar plate and fuel cell
EP1435671B1 (en) Configuration of fluid channels for a fuel cell stack
WO2003030287A2 (en) Fuel-cell stack
WO2002045194A2 (en) Compact fuel cell arrangement
DE102016118511A1 (en) Electrical contact device for a fuel cell stack
DE102009043208A1 (en) Material design to allow fuel cell performance at high center temperature with ultrathin electrodes
EP1665443B1 (en) Fuel cell and fuel cell module therefor
WO2015139793A1 (en) Fuel cell
US11784325B2 (en) Frameless fuel cell stack having hollow fasteners
EP2153484B1 (en) Cooling element for fuel cells
DE19808859C2 (en) Fuel cell stack with conductor
WO2016030095A1 (en) Bipolar plate and fuel cell
DE102020208706A1 (en) Heating and insulating layer for a fuel cell stack and fuel cell stack
DE102023114954A1 (en) FUEL CELL UNIT

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 PH 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
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP