CN111279534A

CN111279534A - 膜电极装置、燃料电池堆以及具有这种燃料电池堆的车辆

Info

Publication number: CN111279534A
Application number: CN201880071616.4A
Authority: CN
Inventors: A.吉拉尼; S.库马; S.福伊格特
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2038-08-06
Also published as: DE102017215741A1; US20210028476A1; EP3679619B1; US11495813B2; EP3679619A1; CN111279534B; WO2019048156A1

Abstract

一种膜电极装置（14），其包括膜结构（140），该膜结构具有阳极层、阴极层以及膜层，其中该膜层位于阳极层与阴极层之间。该膜电极装置（14）还包括布置在该阳极侧上的阳极侧气体扩散层（1410）。该膜电极装置还包括布置在该阴极侧上的阴极侧气体扩散层（1420）。此外，阳极侧气体扩散层（1410）和阴极侧气体扩散层（1420）中的至少一个气体扩散层在背离该膜结构的一侧具有结构化（1411、1421）。按照本发明，该结构化包括多个柱状物（1412、1422），用于构造侧向敞开的流场，其中这些柱状物（1412、1422）具有用于安放双极板的接触面（1413、1423）。

Description

膜电极装置、燃料电池堆以及具有这种燃料电池堆的车辆

技术领域

本发明涉及一种膜电极装置、一种具有这样的膜电极装置的燃料电池堆。本发明还涉及一种车辆，该车辆包括这种燃料电池堆。

背景技术

燃料电池利用了将燃料与氧气化学转化成水来产生电能。为此，燃料电池包含所谓的膜电极装置（MEA，针对membrane electrode assembly）作为核心部件，所述膜电极单元是由传导离子的（大多是传导氢离子的）膜和分别布置在该膜两侧的催化电极（阳极和阴极）构成的结构。后者大多包括被支承的贵金属、尤其是铂。此外，在膜电极装置两侧的气体扩散层（GDL）可以布置在电极的背离该膜的侧面上。燃料电池通常通过多个布置成堆（stack）的MEA形成，所述MEA的电功率相加。在各个膜电极装置之间通常布置有双极板（也称作流场板或隔膜板），这些双极板保证了给单电池供应工作介质、即反应物，而且通常也用于冷却。这些双极板还引起与膜电极装置的导电接触。

在燃料电池运行时，燃料（阳极工作介质）、尤其是氢气H₂或者含氢的气体混合物通过双极板的在阳极侧敞开的流场被输送给阳极，在所述阳极，在释放电子的情况下从H₂电化学氧化成氢离子H⁺（H₂ → 2 H⁺ + 2 e^–）。通过电解质或者使反应室气密地彼此隔离并且电绝缘的膜，（水结地或者无水地）将氢离子从阳极区运输到阴极区。在阳极上提供的电子通过电线被引向阴极。氧气或含氧的气体混合物（例如空气）作为阴极工作介质通过双极板的在阴极侧敞开的流场被输送给阴极，使得在吸收电子的情况下从O₂还原成O^2-（½ O₂ +2 e^– → O^2-）。同时，氧离子在阴极区中在形成水的情况下与被运输经过所述膜的氢离子发生反应（O^2- + 2 H⁺→H₂O）。

通过主供应通道给燃料电池堆供应它的工作介质，即阳极气体燃料（例如氢气）、阴极气体燃料（例如空气）和冷却剂，所述主供应通道沿堆的整个堆叠方向穿过所述堆，并且工作介质从所述主供应通道经过双极板被输送给单电池。对于每种工作介质来说，存在至少两个这种主供应通道，即一个用于输送相应的工作介质的主供应通道和一个用于排出工作介质的主供应通道。

燃料电池堆受到压缩压力，其中通常使用硬件弹簧，所述硬件弹簧使重量显著增加。

发明内容

现在，本发明所基于的任务在于：提出一种膜电极装置和一种具有这种膜电极装置的燃料电池堆，该膜电极装置和该燃料电池堆改善了燃料电池堆的压缩特性和结构上的构造。

该任务通过具有独立权利要求的特征的一种膜电极装置、一种具有这种膜电极装置的燃料电池堆以及一种具有这种燃料电池堆的车辆来解决。

按照本发明的膜电极装置包括膜结构，该膜结构具有阳极层、阴极层和膜层，其中该膜层位于阳极层与阴极层之间。该膜电极装置还包括布置在阳极层上的阳极侧气体扩散层。该膜电极装置还包括布置在阴极层上的阴极侧气体扩散层。此外，阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层中的至少一个气体扩散层在背离该膜结构的一侧具有结构化。按照本发明，该结构化包括多个柱状物，用于构造侧向敞开的流场，其中这些柱状物具有用于安放双极板的接触面。通过气体扩散层的柱状物，有利地实现了在压缩下的弹簧作用，由此例如可以替代硬件弹簧。此外，通过这些柱状物，也降低了感应应力。

优选地，阳极侧气体扩散层在背离该膜结构的一侧具有第一结构化，而阴极侧气体扩散层在背离该膜结构的一侧具有第二结构化，其中第一结构化包括多个第一柱状物，用于构造侧向敞开的流场，其中这些第一柱状物具有用于安放双极板的第一接触面。此外，第二结构化包括多个第二柱状物，其中这些第二柱状物具有用于安放双极板的第二接触面。在这种情况下，得到在两侧的柱状物结构，由此进一步改善或增强了弹簧作用。也可以进一步降低感应应力。

优选地，第一柱状物和第二柱状物放置为使得相对于每个第一柱状物都有第二柱状物关于该膜结构对置地放置。在这种情况下，得到在两侧的柱状物结构，其中这些柱状物形成线性布局。由此，进一步增强了压缩特性和弹簧作用。

第一柱状物可具有第一高度，第二柱状物可具有第二高度，其中第一高度和/或第二高度为250-450μm，还更优选地为300-400μm，特别优选地为350μm。这些高度特别适合于使设计特别鲁棒。尤其是，通过该厚度来引起用于实现回弹作用的刚度。

本发明的另一方面涉及一种燃料电池堆，该燃料电池堆包括在两个端板之间交替布置的双极板和按照本发明的膜电极装置的堆。由于膜电极装置的柱状的结构化，这种燃料电池堆具有被提高的结构完整性。可以省去附加的硬件弹簧。由此，也可以明显降低燃料电池堆的重量。

优选地，双极板包括：阳极板，该阳极板的阳极侧朝向膜电极装置的阳极侧气体扩散层；和阴极板，该阴极板的阴极侧朝向膜电极装置的阴极侧气体扩散层，其中阳极板的阳极侧和/或阴极板的阴极侧平坦地来构造。因此，双极板在一侧无结构地来构造，这降低了生产成本并且确保了该双极板的可靠的平放。

有利地，阳极板或阴极板的冷却剂侧中的至少一个冷却剂侧包括第三结构化，用于构造侧向敞开的冷却剂流场，而且该第三结构化包括多个第三柱状物，其中这些第三柱状物与第一柱状物和第二柱状物一起沿着堆叠方向重叠地放置。换言之，所有柱状物都重叠地堆叠。由于柱状物结构而得到进一步改善的弹簧作用，而且提高了双极板的结构鲁棒性。

优选地，要么阳极板要么阴极板在两侧扁平地来构造。由于双极板的简单，可以降低成本和生产花费。此外，双极板可以特别稳定地来构造。

本发明的另一方面涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有按照本发明的燃料电池堆。尤其是，该燃料电池系统除了燃料电池堆之外还具有阳极供应装置和阴极供应装置，所述阳极供应装置和阴极供应装置具有相对应的外围部件。

本发明的另一方面涉及一种车辆，该车辆具有按照本发明的燃料电池堆。该车辆优选地是电动车辆，其中由该燃料电池系统产生的电能用于供应牵引电机和/或牵引电池组。

本发明的其它优选的设计方案从其余的、在从属权利要求中提到的特征中得到。

只要在个别情况下不另作解释，本发明的在本申请中提到的不同的实施方式就能有利地彼此结合。

附图说明

随后，本发明在实施例中依据所属的附图来阐述。其中：

图1示出了按照一个优选的设计方案的燃料电池系统的框图；

图2以斜视图示出了根据一个优选的实施方式的按照本发明的膜电极装置；而

图3以横向视图示出了按照一个优选的设计方案的按照本发明的燃料电池堆的部分。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的一个优选的设计方案的整体上用100来表示的燃料电池系统。燃料电池系统100是未进一步示出的车辆、尤其是电动车辆的部分，该车辆具有牵引电机，该牵引电机通过燃料电池系统100来供应电能。

燃料电池系统100具有燃料电池堆10作为核心部件，该燃料电池堆具有多个布置成堆形的单电池11，这些单电池通过交替地堆叠的膜电极装置（MEA）14和双极板15来构造（参见详细片段）。因此，每个单电池11都分别包括MEA 14，所述MEA包括：膜层，该膜层优选地是传导离子的聚合物电解质膜；以及布置在该膜层两侧的催化电极，即阳极层和阴极层，所述催化电极对燃料电池转化的相应的子反应进行催化而且尤其是构造为在该膜层上的涂层。阳极电极和阴极电极都具有催化材料、例如铂，所述催化材料被支撑地存在于大的特定表面的导电载体材料（例如碳基材料）上。因此，在双极板15与阳极之间构造有阳极区12而在阴极与下一个双极板15之间构造有阴极区13。双极板15还在各个燃料电池11之间建立电连接。这些双极板还拥有内部冷却剂通道系统，这些内部冷却剂通道用于输送冷却剂并且因此用于堆10的调温。膜电极装置14还包括气体扩散层1410、1420，这些气体扩散层朝向双极板15。

为了给燃料电池堆10供应工作介质，燃料电池系统100一方面具有阳极供应装置20而另一方面具有阴极供应装置30。

阳极供应装置20包括阳极供应路径21，该阳极供应路径用于将阳极工作介质（燃料）、例如氢气输送到燃料电池堆10的阳极区12中。为了该目的，阳极供应路径21使燃料存储器23与燃料电池堆10的阳极入口连接。阳极供应装置20还包括阳极废气路径22，该阳极废气路径将阳极废气从阳极区12经过燃料电池堆10的阳极出口排出。在燃料电池堆10的阳极侧12上的阳极工作压力能通过在阳极供应路径21中的调节装置24来调节。此外，阳极供应装置20可以如所示出的那样具有燃料再循环管道25，该燃料再循环管道使阳极废气路径22与阳极供应路径21连接。在燃料再循环管道25中布置有输送装置26、例如电机式驱动的压缩机，该输送装置引起对阳极废气的输送。燃料的再循环是常见的，以便将大多数过化学计量地使用的燃料送回所述堆并且使用。

阴极供应装置30包括阴极供应路径31，该阴极供应路径将含氧的阴极工作介质、尤其是空气输送给燃料电池堆10的阴极区13，该含氧的阴极工作介质从周围环境吸入。阴极供应装置30还包括阴极废气路径32，该阴极废气路径将阴极废气（尤其是废气）从燃料电池堆10的阴极区13中排出并且必要时将该阴极废气输送给未示出的排气装置。为了输送和压缩阴极工作介质，在阴极供应路径31中布置有压缩机33。在所示出的实施例中，压缩机33被设计为主要电机式驱动的压缩机，对该压缩机的驱动通过配备有相对应的功率电子装置35的电机34来实现。压缩机33还可以由布置在阴极废气路径32中的（必要时具有可变的涡轮机几何形状的）涡轮机36通过共同的轴来辅助地驱动。

按照所示出的实施例，阴极供应装置30还可具有废气阀门管道37，该废气阀门管道将阴极供应路径31与阴极废气路径32连接，即该废气阀门管道是燃料电池堆10的旁路。废气阀门管道37允许：使多余的空气质量流沿着燃料电池堆10经过，而不关闭压缩机33。布置在废气阀门管道37中的调节装置38用于控制绕过燃料电池堆10的阴极工作介质的量。燃料电池系统100的所有调节装置24、38都可以构造为可调节或不可调节的阀或阀门。相对应的其它调节装置可以布置在管道21、22、31和32中，以便可以使燃料电池堆10与周围环境隔离。

燃料电池系统100还可具有润湿器39。一方面，润湿器39布置在阴极供应路径31中，使得阴极气体燃料能流经该润湿器。另一方面，该润湿器布置在阴极废气路径32中，使得阴极废气能流经该润湿器。润湿器39通常具有多个水蒸气可渗透的膜，所述水蒸气可渗透的膜扁平地或者以空心纤维的形式来构造。在此，比较干燥的阴极气体燃料（空气）从这些膜的一侧流出而比较潮湿的阴极废气（废气）从另一侧流出。受到在阴极废气中的水蒸气上的更高的分压驱使，发生水蒸气经过膜转移到阴极气体燃料中，该阴极气体燃料以这种方式被润湿。

阳极供应装置20和阴极供应装置30的其它不同的细节在简化的图1中出于清楚的原因而没有被示出。这样，在阳极废气路径22和/或阴极废气路径32中可以建造脱水机，以便液化和排出从燃料电池反应中形成的产物水。最后，阳极废气路径22可通向阴极废气路径32，使得阳极废气和阴极废气通过共同的排气装置来排出。

在图2中，示出了根据一个优选的实施变型方案的按照本发明的膜电极装置14。在此，膜电极装置14包括膜结构140，该膜结构具有阳极层、阴极层以及膜层，其中该膜层位于该阳极层与该阴极层之间。在阳极层上还布置有阳极侧气体扩散层1410。在阴极层上还布置有阴极侧气体扩散层1420。

在该实施变型方案中，阳极侧气体扩散层1410在背离膜结构140的一侧具有第一结构化1411。阳极侧气体扩散层1410的第一结构化1411包括多个第一柱状物1412，用于构造侧向敞开的流场。优选地，该流场被设计用于运输阳极气体燃料，诸如氧气、空气或者也包括其它适当的阳极气体燃料。这些第一柱状物1412构造出第一接触面1413，在此，这些第一接触面用于安放双极板15。此外，在该实施变型方案中，阴极侧气体扩散层1420在背离膜结构140的一侧具有第二结构化1421，该第二结构化在该实施方式中同样具有多个第二柱状物1422，用于构造侧向敞开的流场，这些第二柱状物又构造出用于安放双极板的第二接触面1423。优选地，该流场被构造用于运输阴极气体燃料，诸如氢气。

然而，本发明并不限于不仅阳极侧气体扩散层1410而且阴极侧气体扩散层1420都结构化。在膜电极装置14的其它实施方式中，仅仅阳极侧气体扩散层1410具有第一结构化1411，该第一结构化具有用于构造侧向敞开的流场的第一柱状物1412，而阴极侧气体扩散层1420例如平坦地来构造。在膜电极装置14的另一实施方式中，仅仅阴极侧气体扩散层1420具有第二结构化1421，该第二结构化具有用于构造侧向敞开的流场的第二柱状物1422，而阳极侧气体扩散层1410例如平坦地来构造。因此，即气体扩散层1410、1420中的至少一个气体扩散层始终构造得具有配备有柱状物1412、1422的结构化1411、1421。

通过柱状凸起而得到的优点在于：这些柱状凸起在压缩下表现得像弹簧。借此，也将感应应力降低到最低限度。那么，在燃料电池堆中使用时，可以省去外部硬件弹簧，这有利地导致了明显的重量降低。优选地，使用碳基材料，作为气体扩散层1410、1420及其柱状物1412、1422的材料。例如，气体扩散层可由双层碳基多孔材料组成，该双层碳基多孔材料包括大孔载体材料（碳纤维纸或碳布）和薄的微孔碳基层。在这样的实施方案中，载体材料决定了在压缩、弯曲或剪切下的机械特性。也可以使用碳的不同形态和形式，诸如碳纳米结构、石墨或石墨烯泡沫、碳纳米管或碳纳米纤维。

在该示例性的实施方案中，第一柱状物1412和第二柱状物1422放置为使得相对于每个第一柱状物1412都有第二柱状物1422关于膜结构140对置。在该实施方案中，在压缩下得到对置的柱状物1412、1422的被增强的弹簧作用，由此可以替代燃料电池堆10的硬件弹簧。

此外，在该优选的实施方式中，第一柱状物1412的第一高度1414和第二柱状物1422的第二高度1424相同。在其它实施方式中，第一柱状物1412可以不同于第二柱状物1422。纯示例性地，第一柱状物1412和第二柱状物1422具有方形横截面。然而，本发明在此并不限于某种横截面形状，而是也可以考虑矩形或圆形横截面或者其它适宜的横截面。

在当前实施方式中的柱状物1412、1422示例性地构造出格栅，该格栅由旋钮状或岛状的柱状物1412、1422构成。由此，相对应地产生侧向敞开的流场。换言之，这些柱状物1412、1422在这种情况下仅仅是由隔离的柱状物构成的格栅，由此还构造在两个维度上延伸的被连接的流场。

有利地，阳极侧气体扩散层1410的第一柱状物1412的第一高度1414具有为350μm的值，纯示例性地，该值与第二柱状物1422的第二高度1424的值一致。阳极侧气体扩散层1410还具有平坦的第一基座1415，相对于该第一基座来测量第一柱状物1412的第一高度1414。纯示例性地，第一基座的第一基座高度1416具有为185μm的值，其中本发明并不限于该值。在该实施变型方案中，阴极侧气体扩散层1420还具有平坦的第二基座1425，相对于该第二基座来测量第二柱状物1422的第二高度1424。第二基座1425的第二基座高度1426示例性地具有相同的为185μm的值。

在图3中，还以侧视图示出了根据一个优选的实施方式的燃料电池堆10或这种燃料电池堆10的部分。在此，燃料电池堆10包括按照本发明的膜电极装置14，该膜电极装置插在两个双极板15之间。在此，由燃料电池堆10的交替布置的双极板15和膜电极装置14构成的堆叠沿着堆叠方向S延伸。

在此，位于这些双极板15之间的膜电极装置14对应于在图2中所描述的实施方式。为了进一步描述该膜电极装置14以及其它实施变型方案，相对应地参阅图2和附属的说明书。

在下文进一步描述了在燃料电池堆10中使用的双极板15。在此，双极板15包括阳极板1510，该阳极板的阳极侧1511朝向膜电极装置14的阳极侧气体扩散层1410或贴靠在该阳极侧气体扩散层上。双极板15还包括阴极板1520，该阴极板的阴极侧1521朝向膜电极装置14的阴极侧气体扩散层1420。

在当前实施方式中，在此，阳极板1510的阳极侧1511平坦地来构造。换言之，阳极侧1511无结构地来构造。由于阳极侧1511平坦，由阳极侧气体扩散层1410的第一结构化1411所构造的流场被覆盖或沿堆叠方向S封闭。

此外，在当前实施方式中，阴极板1520的阴极侧1521也平坦地来构造。换言之，阴极侧1521无结构地来构造。由于阴极侧1521平坦，由阴极侧气体扩散层1420的第二结构化1421所构造的流场被覆盖或沿堆叠方向S封闭。得出：双极板15因此不必具有用于气体燃料的结构，因为这些结构已经存在于膜电极装置14中。因此，可以实现双极板15的更简单的构造。

在其中只有膜电极装置14的阴极侧气体扩散层1420结构化的其它实施方式中，那么只有阴极板1520的阴极侧1521扁平地来构造。在其中只有阳极侧气体扩散层1410结构化的其它实施方式中，那么只有阳极板1510的阳极侧1511扁平地来构造。

在该实施方式中，双极板15还构造出内部的冷却剂流场。为此，阴极板1520的冷却剂侧1522对此示例性地具有第三结构化1523。在此，第三结构化1523包括相对应的第三柱状物1524，用于构造侧向敞开的冷却剂流场，这些第三柱状物又具有用于安放阳极板1510的第三接触面1525。在该优选的实施方式中，阳极板1510在两侧都扁平地来构造，使得阳极板1510的冷却剂侧使冷却剂流场沿堆叠方向S封闭或覆盖。

在此，这些简单地结构化的双极板15特别稳定。

第三柱状物1524还放置为使得这些第三柱状物1524与膜电极装置14的第一柱状物1412和膜电极装置14的第二柱状物1422一起沿着堆叠方向S重叠地放置。换言之，第一、第二和第三柱状物1412、1422、1524构造出沿堆叠方向S的线性布局。

在将所描述的燃料电池堆压缩时，膜电极装置14被压缩。在此，第一柱状物1412和第二柱状物1422分别被弹性压扁，使得第一高度1414和第二高度1424例如从示例性的为350μm的值降低到例如为260μm-280μm的值。因此，第一和第二柱状物1412、1422与第三柱状物1524相结合地具有相对应的弹簧作用，这替代了燃料电池堆10的附加的硬件弹簧。

示例性地，阳极板1510的高度构造得具有为150μm的值，其中本发明并不限于该值。此外，第三柱状物的高度示例性地为200μm，而第三柱状物1524以及第二柱状物1422和第一柱状物1412的宽度都示例性地为500μm。这些尺寸是经优化的实施变型方案。

借助于有限元方法，使在这种情况下所描述的膜电极装置14以及燃料电池堆10的结构完整性量化。在将膜电极装置14例如压缩了约204μm（这对应于为1.15MPa的施加压力）时，得到在气体扩散层1410、1420和膜结构140的分界面上的为200KPa的接触压力，这对应于高性能。在此，在双极板15的阴极板1520的第三接触面1525上的最大感应拉应力为0.16MPa。在阴极板1520相对于阳极板1510侧向偏移的情况下（如其在制造过程中由于公差而常常发生的那样），得到在侧向偏移为250μm下的最大感应拉应力为3.5MPa。此外，借助于数值流体力学（CFD），针对在气体扩散层1410、1420中的工作介质流场和在冷却剂通道中的冷却剂场找到了为如下值的压降：针对氧气为350mbar，针对氢气为130mbar而针对冷却剂为500mbar。其它优化方案可以通过改善这些柱状物的造型来实现。所获得的数值用实验数据说明了所提出的膜电极装置14和所提出的燃料电池堆10的结构完整性改善。

在其它实施方式中，第三结构化1523也可以在阳极板1510的冷却剂侧成型。那么，在这种情况下，阴极板1520在两侧都扁平地来构造，使得同样构造出内部冷却剂流场。替选地，双极板15也可以一体成型。可以使用碳基材料或与金属的混合物，作为材料。

附图标记列表

100 燃料电池系统

10 燃料电池堆

11 单电池

12 阳极区

13 阴极区

14 膜电极装置（MEA）

140 膜结构（膜层、阳极层、阴极层）

1410 阳极侧气体扩散层

1411 第一结构化

1412 第一柱状物

1413 第一接触面

1414 第一高度

1415 第一基座

1416 第一基座高度

1420 阴极侧气体扩散层

1421 第二结构化

1422 第二柱状物

1423 第二接触面

1424 第二高度

1425 第二基座

1426 第二基座高度

15 双极板（隔膜板、流场板）

1510 阳极板

1511 阳极侧

1520 阴极板

1521 阴极侧

1522 冷却剂侧

1523 第三结构化

1524 第三柱状物

1525 第三接触面

20 阳极供应装置

21 阳极供应路径

22 阳极废气路径

23 燃料箱

24 调节装置

25 燃料再循环管道

26 输送装置

30 阴极供应装置

31 阴极供应路径

32 阴极废气路径

33 压缩机

34 电机

35 功率电子装置

36 涡轮机

37 废气阀门管道

38 调节装置

39 润湿器

S 堆叠方向。

Claims

1.一种膜电极装置（14），所述膜电极装置包括：

- 膜结构（140），所述膜结构具有阳极层、阴极层和膜层，所述膜层位于阳极层与阴极层之间；

- 布置在所述阳极层上的阳极侧气体扩散层（1410）；

- 布置在所述阴极层上的阴极侧气体扩散层（1420）；

其中所述阳极侧气体扩散层（1410）和所述阴极侧气体扩散层（1420）中的至少一个气体扩散层在背离所述膜结构（140）的一侧具有结构化（1411、1421），

其特征在于，

所述结构化（1411、1421）包括多个柱状物（1412、1422），用于构造侧向敞开的流场，其中所述柱状物（1412、1422）具有用于安放双极板（15）的接触面（1413、1423）。

2.根据权利要求1所述的膜电极装置（14），其特征在于，所述阳极层气体扩散层（1410）在背离所述膜结构（140）的一侧具有第一结构化（1411），而所述阴极侧气体扩散层（1420）在背离所述膜结构（140）的一侧具有第二结构化（1421），其中所述第一结构化（1411）包括多个第一柱状物（1412），用于构造侧向敞开的流场，其中所述第一柱状物（1412）具有用于安放双极板（15）的第一接触面（1413）；而所述第二结构化（1421）包括多个第二柱状物（1422），用于构造侧向敞开的流场，其中所述第二柱状物（1422）具有用于安放双极板（15）的第二接触面（1423）。

3.根据权利要求2所述的膜电极装置（14），其特征在于，第一柱状物（1412）和第二柱状物（1422）放置为使得相对于每个第一柱状物（1412）都有第二柱状物（1422）关于所述膜结构（140）对置地放置。

4.根据权利要求2至3之一所述的膜电极装置（14），其特征在于，所述第一柱状物（1412）具有第一高度（1414），所述第二柱状物（1422）具有第二高度（1424），其中所述第一高度（1414）和/或所述第二高度（1424）为250-450μm，还更优选地为300-400μm，特别优选地为350μm。

5.一种燃料电池堆（10），所述燃料电池堆包括在两个端板之间交替布置的双极板（15）和根据上述权利要求1-4之一所述的膜电极装置（14）的堆。

6.根据权利要求5所述的燃料电池堆（10），其特征在于，所述双极板（15）包括：阳极板（1510），所述阳极板的阳极侧（1511）朝向所述膜电极装置（14）的阳极侧气体扩散层（1410）；和阴极板（1520），所述阴极板的阴极侧（1521）朝向所述膜电极装置（14）的阴极侧气体扩散层（1420），其中所述阳极板（1510）的阳极侧（1511）和/或所述阴极板（1520）的阴极侧（1521）平坦地来构造。

7.根据权利要求5至6之一所述的燃料电池堆（10），其特征在于，所述阳极板（1510）或所述阴极板（1520）的冷却剂侧（1522）中的至少一个冷却剂侧具有第三结构化（1523），而且所述第三结构化（1523）包括多个第三柱状物（1524），用于构造侧向敞开的冷却剂流场，其中所述第三柱状物（1524）与所述膜电极装置（14）的所述第一柱状物（1412）和所述第二柱状物（1422）一起沿着堆叠方向（S）重叠地放置。

8.根据权利要求5至7之一所述的燃料电池堆（10），其特征在于，要么所述阳极板（1510）要么所述阴极板（1520）在两侧平坦地来构造。

9.一种车辆，所述车辆具有燃料电池系统（100），所述燃料电池系统具有根据权利要求5至8之一所述的燃料电池堆（10）。