DE102004058923B4

DE102004058923B4 - Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102004058923B4
Application number: DE102004058923A
Authority: DE
Inventors: Seiji Wako Sugiura; Shuhei Wako Goto; Masahiro Wako Mohri
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: CN1311579C; CN1638177A; US7951508B2; US20050158599A1; JP2005190795A; DE102004058923A1; CA2490669A1; JP4081433B2; CA2490669C

Abstract

Brennstoffzelle, die durch abwechselndes Stapeln einer Membranelektrodenanordnung (12) und von Separatoren (13) in einer Stapelrichtung (A) gebildet ist, wobei die Membranelektrodenanordnung (12) eine Anode (28) und eine Kathode (30) sowie einen zwischen der Anode (28) und der Kathode (30) angeordneten Elektrolyt (26) enthält, worin sich durch die Brennstoffzelle (10) in der Stapelrichtung (A) eine Reaktionsgaspassage (20a, 20b, 24a, 24b) und eine Kühlmittelpassage (22a, 22b) erstrecken;
wobei jeder der Separatoren (13) zumindest erste und zweite Metallplatten (14, 16) enthält, die zusammengestapelt sind;
wobei die erste Metallplatte (14) ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld (32) aufweist, das eine gekrümmte Strömungspassage zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases entlang einer Elektrodenoberfläche der Kathode (30) enthält, und die zweite Metallplatte (16) ein Brenngasströmungsfeld (98) aufweist, das eine gekrümmte Strömungspassage zum Zuführen eines Brenngases entlang einer Elektrodenoberfläche der Anode (28) enthält;
wobei ein Kühlmittelströmungsfeld (42) zwischen den ersten und zweiten Metallplatten (14, 16) ausgebildet ist, um das...

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, welche durch abwechselndes Stapeln einer Membranelektrodenanordnung und von Separatoren gebildet ist. Die Membranelektrodenanordnung enthält eine Anode, eine Kathode und einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Elektrolyt.
Zum Beispiel verwendet eine Festpolymerbrennstoffzelle eine Polymerionenaustauschermembran als Festpolymerelektrolytmembran. Die Festpolymerelektrolytmembran ist zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet, um eine Membranelektrodenanordnung zu bilden. Die Anode und die Kathode ist jeweils aus Elektrodenkatalysator und porösem Kohlenstoff hergestellt. Die Membranelektrodenanordnung ist zwischen Separatoren (bipolaren Platten) aufgenommen, um die Brennstoffzelle zu bilden. Im Gebrauch werden allgemein eine vorbestimmte Anzahl der Brennstoffzellen zusammengestapelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
In der Brennstoffzelle wird ein Brenngas (Reaktionsgas), wie etwa ein hauptsächlich Wasserstoff enthaltendes Gas (nachfolgend auch als wasserstoffhaltiges Gas bezeichnet), der Anode zugeführt. Der Katalysator der Anode induziert eine chemische Reaktion des Brenngases, um das Wasserstoffmolekül in Wasserstoffionen und Elektronen aufzuspalten. Die Wasserstoffionen bewegen sich durch den Elektrolyt zu der Kathode hin, und die Elektronen fließen durch eine externe Schaltung zur Kathode, um eine elektrische Gleichstromenergie zu erzeugen. Ein Oxidationsgas (Reaktionsgas), wie etwa ein hauptsächlich Sauerstoff enthaltendes Gas (nachfolgend auch als sauerstoffhaltiges Gas bezeichnet) wird der Kathode zugeführt. An der Kathode kombinieren sich die Wasserstoffionen von der Anode mit den Elektronen und dem Sauerstoff, unter Erzeugung von Wasser.
In der Brennstoffzelle ist ein Brenngasströmungsfeld auf dem zur Anode weisenden Separator ausgebildet, um der Anode das Brenngas zuzuführen. Ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld ist auf dem zur Kathode weisenden Separator ausgebildet, um der Kathode das sauerstoffhaltige Gas zuzuführen. Ferner ist ein Kühlmittelströmungsfeld zwischen dem anodenseitigen Separator und dem kathodenseitigen Separator vorgesehen, so dass ein Kühlmittel entlang den Oberflächen der Separatoren fließt.

Normalerweise sind die Separatoren dieses Typs aus Kohlenstoffmaterial hergestellt. Jedoch hat es sich herausgestellt, dass es nicht möglich ist, mit dem Kohlenstoffmaterial einen dünnen Separator herzustellen, aufgrund von Faktoren, wie etwa der Festigkeit. Daher sind in letzter Zeit Versuche vorgenommen worden, die Gesamtgröße und das Gewicht der Brennstoffzelle mittels eines Separators zu reduzieren, der aus einer dünnen Metallplatte gebildet ist (nachfolgend auch als Metallseparator bezeichnet). Im Vergleich mit dem Kohlenstoffseparator hat der Metallseparator eine höhere Festigkeit, und es ist leicht möglich, einen dünnen Metallseparator herzustellen. Das gewünschte Reaktionsgasströmungsfeld kann auf dem Metallseparator durch Pressformung ausgebildet werden, um eine Dickenreduktion des Metallseparators zu erreichen.

Zum Beispiel enthält eine in 18 gezeigte Brennstoffzelle 1 eine Membranelektrodenanordnung 5 und ein Paar von Metallseparatoren 6a, 6b, die die Membranelektrodenanordnung 5 aufnehmen. Die Membranelektrodenanordnung 5 enthält eine Anode 2, eine Kathode 3 und eine zwischen der Anode 2 und der Kathode 3 angeordnete Elektrolytmembran 4.

Der Metallseparator 6a hat an seiner zur Anode 2 weisenden Seite ein Brenngasströmungsfeld 7a zum Zuführen eines Brenngases, wie etwa eines wasserstoffhaltigen Gases. Der Metallseparator 6b hat an seiner zur Kathode weisenden Seite auch ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld 7b zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, wie etwa der Luft. Die Metallseparatoren 6a, 6b haben planare Bereiche 8a, 8b in Kontakt mit der Anode 2 und der Kathode 3. Ferner sind Kühlmittelströmungsfelder 9a, 9b als Kühlmittelpassagen auf Rückseiten (den Kontaktoberflächen gegenüberliegenden Oberflächen) der planaren Bereiche 8a, 8b ausgebildet.

Jedoch werden in den Metallseparatoren 6a, 6b die Formen der Kühlmittelströmungsfelder 9a, 9b unvermeidlich auf der Basis der Formen des Brenngas-Strömungsfelds 7a und des Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfelds 7b bestimmt. Insbesondere unterliegen beim Versuch, lange Nuten zu erreichen, unter der Annahme, dass das Brenngasströmungsfeld 7a und das Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld 7b Serpentinenströmungsnuten aufweisen, die Formen der Kühlmittelströmungsfelder 9a, 9b signifikanten Einschränkungen. Daher ist die Strömungsrate des Kühlmittels in der Elektrodenoberfläche ungleichmäßig.

Somit stagniert Kühlmittel in einem bestimmten Bereich der Kühlmittelströmungsfelder 9a, 9b der Metallseparatoren 6a, 6b, und das Kühlmittel kann über die Gesamtoberflächen der Metallseparatoren 6a, 6b nicht gleichmäßig fließen. Daher ist es schwierig, die Elektrodenoberflächen gleichmäßig zu kühlen, um eine stabile Stromerzeugungsleistung zu erreichen.

Im Hinblick hierauf offenbart z.B. die JP-A-2002-75395 einen Separator einer Brennstoffzelle. Der Separator ist ein Metallseparator und enthält zwei gewellte Metallplatten mit Gas-Strömungsfeldern, und eine gewellte Metallzwischenplatte, die zwischen den zwei Metallplatten aufgenommen ist. Die Metallzwischenplatte hat Kühlwasserströmungsfelder an beiden Oberflächen.

Jedoch hat gemäß der herkömmlichen Technik der Metallseparator drei Metallplatten, einschließlich den zwei Metallplatten mit den Gas-Strömungsfeldern und der einen Zwischenmetallplatte mit den Kühlmittelströmungsfeldern an ihren beiden Oberflächen. Insbesondere, wenn daher eine große Anzahl von Metallseparatoren gestapelt wird, um den Brennstoffzellenstapel zu bilden, ist die Anzahl der Komponenten des Brennstoffzellenstapels groß, was die Herstellungskosten erhöht, und die Dimension in der Stapelrichtung der Metallseparatoren ist groß. Daher ist die Gesamtgröße des Brennstoffzellenstapels groß.

Die US 2003/0064277 A1 auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, zeigt eine Brennstoffzelle, die durch abwechselndes Stapeln einer Membranelektrodenanordnung und von Separatoren in einer Stapelrichtung gebildet ist, wobei die Membranelektrodenanordnung eine Anode und eine Kathode sowie einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Elektrolyt enthält, worin sich durch die Brennstoffzelle in der Stapelrichtung eine Reaktionsgaspassage und eine Kühlmittelpassage erstrecken; wobei jeder der Separatoren zumindest erste und zweite Metallplatten enthält, die zusammengestapelt sind; wobei die erste Metallplatte ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld aufweist, das eine gekrümmte Strömungspassage zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases entlang einer Elektrodenoberfläche der Kathode enthält, und die zweite Metallplatte ein Brenngasströmungsfeld aufweist, das eine gekrümmte Strömungspassage zum Zuführen eines Brenngases entlang einer Elektrodenoberfläche der Anode enthält; wobei ein Kühlmittelströmungsfeld zwischen den ersten und zweiten Metallplatten ausgebildet ist, um das Kühlmittel entlang den Oberflächen des Separators zuzuführen.

Weitere Brennstoffzellen ähnlicher Bauart sind in der DE 103 00 068 A1 und der EP 1 135 821 B1 gezeigt.

Aus keiner dieser bekannten Brennstoffzellen geht jedoch eine Brennstoffzelle hervor, in welcher zwei Puffer und ein Vorsprung, der an einer von der Kühlmittelpassage entfernten Seite zumindest eines der Puffer vorgesehen ist um den Kühlmittelfluss zu begrenzen, angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennstoffzelle mit einer einfachen Struktur anzugeben, in der das Kühlmittel gleichmäßig entlang einer Oberfläche eines Separators fließt und sich die gewünschte Stromerzeugungs leistung erreichen lässt.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1 angegeben.

Erfindungsgemäß wird eine Brennstoffzelle gebildet, indem eine Elektrolytelektrodenanordnung und Separatoren abwechselnd in einer Stapelrichtung gestapelt werden. Die Membranelektrodenanordnung enthält eine Anode und eine Kathode und einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Elektrolyt. Eine Reaktionsgaspassage und eine Kühlmittelpassage erstrecken sich durch die Brennstoffzelle in der Stapelrichtung.

Jeder der Separatoren enthält zumindest erste und zweite Metallplatten, die zusammengestapelt sind. Die erste Metallplatte hat ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld, das eine gekrümmte Strömungspassage zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases entlang einer Elektrodenoberfläche der Kathode enthält, und die zweite Metallplatte hat ein Brenngasströmungsfeld, das eine gekrümmte Strömungspassage enthält, um ein Brenngas entlang einer Elektrodenoberfläche der Anode zuzuführen.

Ein Kühlmittelströmungsfeld ist zwischen den ersten und zweiten Metallplatten ausgebildet, um das Kühlmittel entlang den Oberflächen des Separators zuzuführen. Zumindest zwei Puffer sind von der Kühlmittelpassage in zumindest zwei Richtungen getrennt und sind mit dem Kühlmittelströmungsfeld verbunden. Ein Vorsprung erstreckt sich an einer Seite zumindest eines der Puffer von der Kühlmittelpassage weg, um den Fluss des Kühlmittels zu begrenzen.

Allgemein haben die ersten und zweiten Metallplatten ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld und ein Brenngasströmungsfeld. Das Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld und auch das Brenngasströmungsfeld umfassen jeweils eine gekrümmte Strömungspassage, wie etwa eine Serpentinenströmungspassage. Das Kühlmittelströmungsfeld ist zwischen den ersten und zweiten Metallplatten ausgebildet. Daher ist der Strömungszustand des Kühlmittels in dem Kühlmittelströmungsfeld nicht gleichmäßig.

Insbesondere befinden sich zwischen den ersten und zwei Metallplatten Überlappungsabschnitte, wo Stömungsnuten miteinander überlappen, und Kreuzungsabschnitte, wo Strömungsnuten einander schneiden. In dem Überlappungsabschnitt ist die Tiefe der Strömungsnut groß, und daher ist der Strömungsfeldwiderstand klein. In dem Kreuzungsabschnitt ist die Tiefe der Strömungsnut klein, und daher ist der Strömungsfeldwiderstand groß. In dem Kühlmittelströmungsfeld sind die Überlappungsabschnitte an entgegengesetzten Endabschnitten lang im Vergleich zu den Überlappungsabschnitten an der mittleren Position, und das Kühlmittel fließt an den entgegengesetzten Endpositionen problemlos.

Im Hinblick auf das obige Problem ist der Vorsprung zum Begrenzen der Kühlmittelströmung an der von der Kühlmittelpassage entfernten Seite des Puffers an einer Position vorgesehen, wo das Kühlmittel leicht fließt.

Bevorzugt umfasst die Reaktionsgaspassage eine Brenngaszuführpassage, eine Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage, eine Brenngasabführpassage und eine Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage. Die Kühlmittelpassage umfasst eine Kühlmittelzuführpassage und eine Kühlmittelabführpassage. Die Puffer enthalten zumindest zwei Einlasspuffer, die in zumindest zwei Richtungen von der Kühlmittelzuführpassage getrennt sind und mit dem Kühlmittelströmungsfeld verbunden sind, und enthalten zumindest zwei Auslasspuffer, die von der Kühlmittelabführpassage in zumindest zwei Richtungen getrennt und mit dem Kühlmittelströmungsfeld verbunden sind.

Ferner sind an der ersten Metallplatte bevorzugt ein erster Einlasspuffer, der mit der Kühlmittelzuführpassage verbunden ist, und ein erster Auslasspuffer, der mit der Kühlmittelabführpassage verbunden ist, ausgebildet. Ein zweiter Einlasspuffer, der mit der Kühlmittelzuführpassage verbunden ist, und ein zweiter Auslasspuffer, der mit der Kühlmittelabführpassage verbunden ist, sind an der zweiten Metallplatte an Positionen ausgebildet, die sich von der Position des ersten Einlasspuffers und des ersten Auslasspuffers unterscheiden.

Ferner erstrecken sich bevorzugt von sechs Passagen, die die Brenngaszuführpassage, die Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage, die Kühlmittelzuführpassage, die Brenngasabführpassage, die Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage und die Kühlmittelabführpassage umfassen, drei Passagen durch ein Ende der Separatoren, und die anderen drei Passagen erstrecken sich durch das andere Ende der Separatoren. Die Kühlmittelzuführpassage und die Kühlmittelabführpassage sind an mittleren Positionen der entgegengesetzten Enden der Separatoren vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist der Vorsprung an der Position vorgesehen, wo das Kühlmittel leicht fließt. An der Position ist der Fluss des Kühlmittels beschränkt. Daher ist es möglich, einen gleichmäßigen Kühlmittelfluss über das Kühlmittelströmungsfeld hinweg zu erreichen. Mit der einfachen Struktur fließt das Kühlmittel gleichmäßig entlang einer Oberfläche eines Separators, und es ist möglich, die gewünschte Stromerzeugungsleistung zu erreichen.

Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind und als Ausführungsbeispiele gezeigt sind.
1 ist eine Explosionsperspektivansicht von Hauptkomponenten einer Brennstoffzelle gemäß einer ersten Ausführung;
2 ist eine Perspektivansicht eines Kühlmittelströmungsfelds der Brennstoffzelle;
3 ist eine Vorderansicht des Kühlmittelströmungsfelds;
4 ist eine Querschnittsansicht der Brennstoffzelle entlang Linie IV-IV in 3;
5 ist eine Querschnittsansicht der Brennstoffzelle entlang Linie V-V in 3;
6 ist eine Querschnittsansicht der Brennstoffzelle entlang Linie VI-VI in 3;
7 ist eine Querschnittsansicht der Brennstoffzelle entlang Linie VII-VII in 3;
8 zeigt eine Oberfläche einer ersten Metallplatte der Brennstoffzelle;
9 zeigt eine andere Oberfläche der ersten Metallplatte;
10 zeigt eine Oberfläche einer zweiten Metallplatte einer Brennstoffzelle;
11 zeigt die andere Oberfläche der zweiten Metallplatte;
12 zeigt die Strömungsrate des Kühlmittels in einem Vergleichsbeispiel, wo kein Vorsprung vorgesehen ist;
13 zeigt die Strömungsrate des Kühlmittels in der ersten Ausführung;
14 ist eine Querschnittsansicht eines der Vorsprünge der Brennstoffzelle gemäß einer zweiten Ausführung;
15 ist eine Querschnittsansicht des anderen der Vorsprünge der Brennstoffzelle;
16 ist eine Querschnittsansicht eines der Vorsprünge der Brennstoff zelle gemäß einer dritten Ausführung;
17 ist eine Querschnittsansicht des anderen der Vorsprünge der Brennstoffzelle; und
18 ist eine Querschnittsansicht einer Brennstoffzelle, die durch Aufnahme einer Membranelektrodenanordnung zwischen einem Paar von Metallseparatoren gebildet ist.
1 ist eine Explosionsperspektivansicht von Hauptkomponenten einer Brennstoffzelle 10 gemäß einer ersten Ausführung. 2 ist eine Perspektivansicht eines Kühlmittelströmungsfelds (später beschrieben) 42 der Brennstoffzelle. 3 ist eine Vorderansicht des Kühlmittelströmungsfelds 42.
Die Brennstoffzelle 10 wird gebildet, indem eine Membranelektrodenanordnung 12 und Separatoren 13 abwechselnd gestapelt werden. Jeder der Separatoren 13 enthält erste und zweite Metallplatten 14, 16, die zusammengestapelt sind (siehe 1 und 4 bis 7).
Wie in 1 gezeigt, sind am einen Ende der Brennstoffzelle 10 in einer mit einem Pfeil B angegebenen horizontalen Richtung eine Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage 20a zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, eine Kühlmittelzuführpassage 22a zum Zuführen eines Kühlmittels sowie eine Brenngasabführpassage 24b zum Abführen eines Brenngases, wie etwa eines wasserstoffhaltigen Gases, vertikal in einer mit einem Pfeil C angegebenen Richtung angeordnet. Die Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage 20a, die Kühlmittelzuführpassage 22a und die Brenngasabführpassage 24b erstrecken sich durch die Brennstoffzelle 10 in der mit einem Pfeil A angegebenen Stapelrichtung.
Am anderen Ende der Brennstoffzelle 10 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung sind eine Brenngaszuführpassage 24a zum Zuführen des Brenngases, eine Kühlmittelabführpassage 22b zum Abführen des Kühlmittels sowie eine Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage 20b zum Abführen des sauerstoffhaltigen Gases in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung angeordnet. Die Brenngaszuführpassage 24a, die Kühlmittelabführpassage 22b und die Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage 20b erstrecken sich durch die Brennstoffzelle 10 in der mit dem Pfeil A angegebenen Richtung.
Die Membranelektrodenanordnung 12 umfasst eine Anode 28, eine Kathode 30 und eine zwischen der Anode 28 und der Kathode 30 angeordnete Festpolymerelektrolytmembran 26. Die Festpolymerelektrolytmembran 26 wird gebildet, indem zum Beispiel eine dünne Membran aus Perfluorsulfonsäure mit Wasser imprägniert wird.
Mittelpositionen an entgegengesetzten Enden der Anode 28 und der Kathode 30 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung sind weggeschnitten, um die Kühlmittelzuführpassage 22a und die Kühlmittelabführpassage 22b vorzusehen.
Die Anode 28 und die Kathode 30 haben jeweils eine Gasdiffusionsschicht (nicht gezeigt), wie etwa Kohlepapier, und eine Elektrodenkatalysatorschicht (nicht gezeigt) aus einer Platinlegierung, die auf den porösen Kohlenstoffpartikeln aufgelagert ist. Die Kohlenstoffpartikel werden gleichmäßig über die Oberfläche der Gasdiffusionsschicht abgelagert. Die Elektrodenkatalysatorschicht der Kathode 30 und die Elektrodenkatalysatorschicht der Anode 28 sind auf beiden Oberflächen der Festpolymerelektrolytmembran 26 jeweils ausgebildet.
Wie in den 1 und 8 gezeigt, hat die erste Metallplatte 14 ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld 32 auf ihrer zur Membranelektrodenanordnung 12 weisenden Oberfläche 14a. Das Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld 32 ist mit der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage 20a und der Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage 20b verbunden. Das Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld 32 ist mit einem Einlasspuffer 34a nahe der Sauerstoffhalti ges-Gas-Zuführpassage 20a verbunden, und ist mit einem Auslasspuffer 34b nahe der Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage 20b verbunden. Der Einlasspuffer 34a ist mit der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zbführpassage 20a durch Verbindungsnuten 36a verbunden, und der Auslasspuffer 34b ist mit der Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage 20b durch Verbindungsnuten 36b verbunden.
Der Einlasspuffer 34a und der Auslasspuffer 34b sind durch eine Mehrzahl von Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsnuten 32a des Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfelds 32 verbunden. Die Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsnuten 32a haben ein Serpentinenmuster, um zu erlauben, dass das sauerstoffhaltige Gas in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung hin- und herfließt und sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung bewegt. Die Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsnuten 32a sind Serpentinennuten einschließlich zweier Umlenkbereiche und dreier gerader Bereiche in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung.
Eine Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 und eine Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16 stehen einander gegenüber. Wenn die erste Metallplatte 14 und die zweite Metallplatte 16 zusammengestapelt werden, wird das Kühlmittelströmungsfeld 42 zwischen der Oberfläche 14b und der Oberfläche 16a gebildet. Wie in den 2 und 3 gezeigt, enthält das Kühlmittelströmungsfeld 42 zum Beispiel zwei Einlasspuffer 44, 46 nahe entgegengesetzten Enden der Kühlmittelzuführpassage 22a in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung, und enthält zum Beispiel zwei Auslasspuffer 48, 50 nahe entgegengesetzten Enden der Kühlmittelabführpassage 22b in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung.
Die Kühlmittelzuführpassage 22a und die Einlasspuffer 44, 46 sind jeweils mit zwei Einlassströmungsnuten 52, 54 verbunden, und die Kühlmittelabführpassage 22b und die Auslasspuffer 48, 50 sind jeweils durch zwei Auslassströmungsnuten 56, 58 verbunden.
Das Kühlmittelströmungsfeld 42 enthält geradlinige lange Strömungsnuten 60, 62, 64 und 66, die sich an unteren Positionen in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstrecken, und gerade lange Strömungsnuten 68, 70, 72 und 74, die sich an oberen Positionen in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstrecken. Ferner sind gerade Strömungsnuten 76, 78, die sich in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung über eine vorbestimmte Distanz erstrecken, zwischen der geraden Strömungsnut 66 und der geraden Strömungsnut 68 vorgesehen.
Die geraden Strömungsnuten 60 bis 74 sind durch gerade Strömungsnuten 80, 82 verbunden, die sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung erstrecken. Die geraden Strömungsnuten 62 bis 72, 76 und 78 sind miteinander durch gerade Strömungsnuten 84, 86, verbunden, die sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung erstrecken. Die geraden Strömungsnuten 64, 66 und 76 und die geraden Strömungsnuten 68, 70 und 78 sind miteinander durch gerade Strömungsnuten 88, 90 verbunden, die sich jeweils diskontinuierlich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung erstrecken.
Das Kühlmittelströmungsfeld 42 ist teilweise durch die erste Metallplatte 14 definiert und ist teilweise durch die zweite Metallplatte 16 definiert. Das Kühlmittelströmungsfeld 42 wird zwischen der ersten Metallplatte 14 und der zweiten Metallplatte 16 gebildet, wenn die erste Metallplatte 14 und die zweite Metallplatte 16 zusammengestapelt werden.
Wie in 9 gezeigt, ist ein Teil des Kühlmittelströmungsfelds 42 an der Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 ausgebildet. Rippen an der Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14, die durch die Nuten des Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfelds 32 an der Oberfläche 14a der ersten Metallplatte 14 gebildet sind, sind zum weiteren Verständnis nicht gezeigt. Ähnlich sind in 10 Rippen an der Oberfläche 16b der zweiten Metallplatte 16, die durch die Nuten des Brenngasströmungsfelds 98 an der Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16 gebildet sind, nicht gezeigt.
Ein Einlasspuffer 44, der mit der Kühlmittelzuführpassage 22a verbunden ist, und ein Auslasspuffer 50, der mit der Kühlmittelabführpassage 22b verbunden ist, sind an der Oberfläche 14b vorgesehen. An der Oberfläche 14b erstrecken sich Nuten 60a bis 78a als Teil der geraden Strömungsnuten 60 bis 78 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung über vorbestimmte Distanzen, und die Nuten 80a bis 90a als Teil der geraden Strömungsnuten 80 bis 90 erstrecken sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung über vorbestimmte Distanzen.
Ein Vorsprung 92a zum Begrenzen des Kühlmittelflusses ist an einer von der Kühlmittelzuführpassage 22a entfernten Seite des Einlasspuffers 44 vorgesehen, d.h. an einer unteren Endposition des Kühlmittelströmungsfelds 42 (siehe 6 und 9). Ferner ist ein Vorsprung 92b zum Begrenzen des Kühlmittelflusses an einer von der Kühlmittelabführpassage 22b entfernten Seite des Auslasspuffers 50 vorgesehen, d.h. an einer oberen Endposition des Kühlmittelströmungsfelds 42. Die Vorsprünge 92a, 92b sind durch Pressformung integral an der ersten Metallplatte 14 ausgebildet und bilden Vertiefungen an der Oberfläche 14a. Die Vertiefungen fungieren als Verschlussstrukturen, um den Eintritt des sauestoffhaltigen Gases zu verhindern.
Ein erstes Dichtungselement 94 ist durch Spritzguss integral auf den Oberflächen 14a, 14b der ersten Metallplatte 14 ausgebildet, um den Außenrand der ersten Metallplatte 14 zu überdecken (aufzunehmen). Das erste Dichtungselement 94 ist eine Flachdichtung, die eine Liniendichtung 94a enthält, wie in 8 gezeigt. Die Liniendichtung 94a ist um die Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage 20a, die Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage 20b sowie das Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld 32 herum ausgebildet, um eine Leckage des sauerstoffhaltigen Gases zu verhindern. Die Liniendichtung 94a enthält Trennwände der Verbindungsnuten 36a, 36b.
Wie in 10 gezeigt, sind ein Einlasspuffer 46 und ein Auslasspuffer 48 an der Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16 ausgebildet. An der Oberfläche 16a erstrecken sich Nuten 60b bis 78b als Teil gerader Strömungsnuten 60 bis 78 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung über vorbestimmte Distanzen, und Nuten 80b bis 90b als Teil der geraden Strömungsnuten 80 bis 90 erstrecken sich in der durch den Pfeil C angegebenen Richtung über vorbestimmte Distanzen.
In dem Kühlmittelströmungsfeld 42 weisen an einem Teil der geraden Strömungsnuten 60 bis 78, die sich in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstrecken, die Nuten 60a bis 78a und die Nuten 60b bis 78b aufeiannder zu, um ein Hauptströmungsfeld zu bilden. Die Querschnittsfläche des Hauptströmungsfelds in dem Kühlmittelströmungsfeld 42 ist doppelt so groß wie die Querschnittsfläche des anderen Teils des Kühlmittelströmungsfelds 42 (siehe 2 und 3). Die geraden Strömungsnuten 80 bis 90 sind teilweise durch Nuten an beiden Oberflächen 14b, 16a der ersten und zweiten Metallplatten 14, 16 definiert, teilweise an einer Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 definiert und teilweise an einer Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16 definiert.
Wie in 10 gezeigt, ist ein Vorsprung 96a zum Begrenzen des Kühlmittelflusses an einer von der Kühlmittelzuführpassage 22a entfernten Seite des Einlasspuffers 46 vorgesehen, d.h. an einer oberen Endposition des Kühlmittelströmungsfelds 42. Ferner ist ein Vorsprung 96b zum Begrenzen des Kühlmittelflusses an einer von der Kühlmittelabführpassage 22b entfernten Seite des Auslasspuffers 48 vorgesehen, d.h. an einer unteren Endposition des Kühlmittelströmungsfelds 42. Wie in 11 gezeigt, bilden die Vorsprünge 96a, 96b Vertiefungen an der Oberfäche 16b. Die Vertiefungen fungieren als Verschlussstrukturen, um den Eintritt des Brenngases zu verhindern.
Die zweite Metallplatte 16 hat an ihrer zur Membranelektrodenanordnung 12 weisenden Oberfläche 16b ein Brenngasströmungsfeld 98. Das Brenngasströmungsfeld 98 ist mit einem Einlasspuffer 100a nahe der Brenngas zuführpassage 24a verbunden und ist mit einem Auslasspuffer 100b nahe der Brenngasabführpassage 24b verbunden.
Der Einlasspuffer 100a ist mit der Brenngaszuführpassage 24a durch eine Mehrzahl von Verbindungsnuten 102a verbunden, und der Auslasspuffer 100b ist mit den Brenngasabführpassagen 24b durch eine Mehrzahl von Verbindungsnuten 102b verbunden. Das Brenngasströmungsfeld 98 umfasst eine Mehrzahl von Brenngas-Strömungsnuten 98a mit einem Serpentinenmuster, um zu erlauben, dass das Brenngas in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung hin- und herfließt und sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung bewegt. Die Brenngas-Strömungsnuten 98a sind Serpentinennuten, die zwei Umlenkbereiche und drei gerade Bereiche enthalten.
Ein zweites Dichtungselement 104 ist durch Spritzguss integral auf den Oberflächen 16a, 16b der zweiten Metallplatte 16 ausgebildet, um den Außenrand der zweiten Metallplatte 16 abzudecken (aufzunehmen). Das zweite Dichtungselement 104 ist eine Flachdichtung, die eine in 10 gezeigte Liniendichtung 104a und eine in 11 gezeigte Liniendichtung 104b enthält. Die Liniendichtung 104a ist um die Kühlmittelzuführpassage 22a, die Kühlmittelabführpassage 22b und das Kühlmittelströmungsfeld 42 herum ausgebildet, um eine Leckage des Kühlmittels zu verhindern. Die Liniendichtung 104b ist um die Brenngaszuführpassage 24a, die Brenngasabführpassage 24b und das Brenngasströmungsfeld 98 herum ausgebildet, um die Leckage des Brenngases zu verhindern.
Die Liniendichtung 104a enthält Trennwände der Einlassströmungsnuten 52, 54 sowie Trennwände der Auslassströmungsnuten 56, 58 (siehe 10). Die Liniendichtung 104b enthält Trennwände der Verbindungsnuten 102a, 102b (siehe 11).
Nachfolgend wird der Betrieb der Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, wird ein sauerstoffhaltiges Gas der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage 20a zugeführt, wird ein Brenngas wie etwa wasserstoffhaltiges Gas der Brenngaszuführpasssage 24a zugeführt und wird ein Kühlmittel wie etwa reines Wasser, ein Ethylenglykol oder ein Öl der Kühlmittelzuführpassage 22a zugeführt.
Das sauerstoffhaltige Gas fließt von der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage 20a in das Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld 32 der ersten Metallplatte 14. Wie in 8 gezeigt, fließt das sauerstoffhaltige Gas durch den Einlasspuffer 34a und wird in die Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsnut 32a verteilt. Das sauerstoffhaltige Gas fließt durch die Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsnut 32a in einem Serpentinenmuster entlang der Kathode 30 der Membranelektrodenanordnung 12.
Das Brenngas fließt von der Brenngaszuführpassage 24a in das Brenngasströmungsfeld 98 der zweiten Metallplatte 16. Wie in 11 gezeigt, fließt das Brenngas durch den Einlasspuffer 100a und wird in die Brenngas-Strömungsnuten 98a verteilt. Das Brenngas fließt durch die Brenngas-Strömungsnuten 98a in einem Serpentinenmuster entlang der Anode 28 der Membranlektrodenanordnung 12.
Somit werden in der Membranelektrodenanordnung 12 das der Kathode 30 zugeführte sauerstoffhaltige Gas und das der Anode 28 zugeführte Brenngas in den elektrochemischen Reaktionen an den Katalysatorschichten der Kathode 30 und der Anode 28 verbraucht, um Elektrizität zu erzeugen.
Nachdem das sauerstoffhaltige Gas an der Kathode 30 verbraucht ist, fließt das sauerstoffhaltige Gas in die Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpasssage 20b durch den Auslasspuffer 34b (siehe 8). Ähnlich fließt, nachdem das Brenngas an der Anode 28 verbraucht ist, das Brenngas in die Brenngasabführpassage 24b durch den Auslasspuffer 100b (siehe 11).
Das den Kühlmittelzuführpassagen 22a zugeführte Kühlmittel fließt in das Kühlmittelströmungsfeld 42 zwischen den ersten und zweiten Metallplatten 14, 16. Wie in den 2 bis 5 gezeigt, fließt das Kühlmittel von der Kühlmittelzuführpassage 22a durch die Einlassströmungsnuten 52, 54 in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung und fließt in die Einlasspuffer 44, 46.
Das Kühlmittel wird von den Einlasspuffern 44, 46 in die geraden Strömungsnuten 60 bus 78 horizontal in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung verteilt. Das Kühlmittel fließt auch durch die geraden Strömungsnuten 80 bis 90. Somit kann das Kühlmittel der gesamten Stromerzeugungsoberfläche der Membranelektrodenanordnung 12 zugeführt werden. Dann fließt das Kühlmittel durch die Auslasspuffer 48, 50 und wird in die Kühlmittelabführpassage 22b durch die Auslassströmungsnuten 56, 58 ausgegeben.
In der ersten Ausführung, wie in den 2 und 3 gezeigt, hat in dem Kühlmittelströmungsfeld 42 das Hauptströmungsfeld der geraden Strömungsnuten 60 bis 78, die sich in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstrecken, eine große Querschnittsfläche. Die Nuten des Hauptströmungsfelds sind an den Außenpositionen in der mit dem Pfeil C angegebenen vertikalen Richtung lang. Insbesondere sind von den geraden Strömungsnuten 60 bis 78 die geraden Strömungsnuten 66, 68 am kürzesten, und die Strömungsnuten 60, 76 sind am längsten. Die Differenz zwischen den Längen der Strömungsnuten des Hauptströmungsfelds ist ziemlich groß. Wenn das Kühlmittel von dem Einlasspuffer 44 zu den geraden Fließnuten 66, 68 fließt, tritt das Kühlmittel durch die Kreuzungsbereiche hindurch, wo der Strömungsfeldwiderstand groß ist. Wenn ferner das Kühlmittel von den geraden Strömungsnuten 66, 68 zu dem Auslasspuffer 48 fließt, tritt das Kühlmittel wieder durch die Kreuzungsbereiche hindurch. Daher ist die Fließrate des Kühlmittels in den geraden Strömungsnuten 66, 68b klein. Somit könnte die Fließrate des Kühlmittels, das entlang den geraden Strömungsnuten 66 bis 78 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung fließt, ungleichmäßig sein. Die Fließrate des Kühlmittels, das durch die geraden Strömungsnuten 60, 74 an oberen und unteren entgegengesetzten Endabschnitten fließt, kann signifikant zunehmen.
Zur Lösung des Problems sind in der ersten Ausführung die Vorsprünge 92a, 96b zum Begrenzen des Kühlmittelflusses an den Unterseiten des Einlasspuffers 44 bzw. des Auslasspuffers 48 ausgebildet. Ähnlich sind die Vorsprünge 96a, 92b zum Begrenzen des Kühlmittelflusses an den Oberseiten des Einlasspuffers 46 bzw. des Auslasspuffers 50 ausgebildet.
Wie in 6 gezeigt, kontaktiert an dem Einlasspuffer 44 der Vorsprung 92a, der an der Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 vorgesehen ist, die Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16, um den Kühlmittelfluss zu begrenzen. Wie in 7 gezeigt, kontaktiert an dem Einlasspuffer 46 der Vorsprung 96a an der zweiten Metallplatte 16 die Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 zum Begrenzen des Kühlmittelflusses.
Ähnlich kontaktiert an den Auslasspuffern 48, 50 der Vorsprung 96b der zweiten Metallplatte 16 die Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14, und der Vorsprung 92b der ersten Metallplatte 14 kontaktiert die Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16 zum Begrenzen des Kühlmittelflusses.
Somit wird der Kühlmittelfluss an entgegengesetzten Endpositionen in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung begrenzt (an den oberen und unteren Endpositionen des Kühlmittelströmungsfelds 42). Daher ist es mgölich, den gleichmäßigen Kühlmittelfluss in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung über die gesamten geraden Strömungsnuten 60 bis 78 zu erreichen.
Es wurde ein Experiment durchgeführt, um die Fließrate des durch das Kühlmittelströmungsfelds 42 fließenden Kühlmittels zu erkennen, in einem Fall, wo die Vorsprünge 92a, 96a, 96b, 92b an den Einlasspuffern 44, 46 und den Auslasspuffern 48, 50 nicht vorgesehen waren. Das Ergebnis des Ex perimentes ist in 12 gezeigt. In 12 ist die Fließrate des Kühlmittels an den oberen und unteren Endpositionen des Kühlmittelströmungsfelds 42 groß. Ferner ist die Fließrate des Kühlmittels in den geraden Strömungsnuten 66, 68 klein.
Da im Gegensatz hierzu in der ersten Ausführung von 13 die Vorsprünge 92a, 96a, 96b, 92b an den oberen und unteren Endpositionen des Kühlmittelströmungsfelds 42 vorgesehen sind, wird eine gleichmäßige Fließrate des Kühlmittels in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung erreicht. Somit wird in der ersten Ausführung mit einer einfachen Struktur das Kühlmittels gleichmäßig und zuverlässig in der Oberfläche des Separators zugeführt, und es kann die gewünschte Stromerzeugungsleistung erreicht werden.
14 ist eine Querschnittsansicht eines Vorsprungs 92c einer Brennstoffzelle 10a gemäß einer zweiten Ausführung. 15 ist eine Querschnittsansicht eines Vorsprungs 96c der Brennstoffzelle 10a. Jene Bauteile, die mit jenen der Brennstoffzelle 10 gemäß der ersten Ausführung identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und eine Beschreibung davon wird weggelassen. Ähnlich sind in einer später beschriebenen dritten Ausführung jene Bauteile, die mit denen der Brennstoffzelle 10 gemäß der ersten Ausführung identisch sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Der Vorsprung 92c umfasst einen Vorsprung 110, der an der Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 ausgebildet ist. Der Vorsprung 110 ist aus Gummimaterial hergestellt und ist integral auf der Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 ausgebildet. Der Vorsprung 110 kontaktiert die Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16, um den Kühlmittelfluss zu begrenzen. Ähnlich umfasst, wie in 15 gezeigt, der Vorsprung 96c einen Vorsprung 112 aus Gummimaterial, der integral auf der Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16 ausgebildet ist. Der Vorsprung 112 kontaktiert die Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14, um den Kühlmittelfluss zu begrenzen.
In der zweiten Ausführung sind die Vorsprünge 110, 112 jeweils integral auf den ersten und zweiten Metallplatten 16, 14 ausgebildet, unter Verwendung von Gummimaterial. In der zweiten Ausführung können die gleichen Vorteile wie in der ersten Ausführung, in der die Vorsprünge 92a, 96a durch Pressformung vorgesehen sind, erhalten werden.
16 ist eine Querschnittsansicht eines Vorsprungs 92d der Brennstoffzelle 10b gemäß einer dritten Ausführung. 17 ist eine Querschnittsansicht eines Vorsprungs 96d der Brennstoffzelle 10b.
Der Vorsprung 92d umfasst einen aus Gummi hergestellten Vorsprung 114 und ist vorab in einer vorbestimmten Form ausgebildet. Der Vorsprung 114 wird an der Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14 angebracht. Der Vorsprung 114 kontaktiert die Oberfläche 16a der zweiten Metallplatte 16. Ähnlich umfasst, wie in 17 gezeigt, der Vorsprung 96d einen aus Gummi hergestellten Vorsprung 116, und ist vorab in einer vorbestimmten Form ausgebildet. Der Vorsprung 116 wird an der Oberfläche 16b der zweiten Metallplatte 16 angebracht. Der Vorsprung 116 kontaktiert die Oberfläche 14b der ersten Metallplatte 14. Somit können in der dritten Ausführung die gleichen Vorteile wie in den ersten und zweiten Ausführungen erhalten werden.
Eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle (10) ist durch abwechselndes Stapeln einer Membranelektrodenanordnung (12) und von Separatoren (13) gebildet. Jeder der Separatoren (13) enthält erste und zweiten Metallplatten (14, 16). Ein Kühlmittelströmungsfeld (42) ist zwischen den ersten und zweiten Metallplatten (14, 16) ausgebildet. Das Kühlmittelströmungsfeld (42) ist mit Einlasspuffern (44, 46) und Auslasspuffern (48, 50) verbunden. Vorsprünge (92a, 96a und 96b, 92b) zum Begrenzen des Kühlmittelflusses sind an den Einlasspuffern (44, 46) und den Auslasspuffern (48, 50) an oberen und unteren entgegengesetzten Endpositionen des Kühlmittelströmungsfelds (42) vorgesehen.

Claims

Brennstoffzelle, die durch abwechselndes Stapeln einer Membranelektrodenanordnung (12) und von Separatoren (13) in einer Stapelrichtung (A) gebildet ist, wobei die Membranelektrodenanordnung (12) eine Anode (28) und eine Kathode (30) sowie einen zwischen der Anode (28) und der Kathode (30) angeordneten Elektrolyt (26) enthält, worin sich durch die Brennstoffzelle (10) in der Stapelrichtung (A) eine Reaktionsgaspassage (20a, 20b, 24a, 24b) und eine Kühlmittelpassage (22a, 22b) erstrecken; wobei jeder der Separatoren (13) zumindest erste und zweite Metallplatten (14, 16) enthält, die zusammengestapelt sind; wobei die erste Metallplatte (14) ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungsfeld (32) aufweist, das eine gekrümmte Strömungspassage zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases entlang einer Elektrodenoberfläche der Kathode (30) enthält, und die zweite Metallplatte (16) ein Brenngasströmungsfeld (98) aufweist, das eine gekrümmte Strömungspassage zum Zuführen eines Brenngases entlang einer Elektrodenoberfläche der Anode (28) enthält; wobei ein Kühlmittelströmungsfeld (42) zwischen den ersten und zweiten Metallplatten (14, 16) ausgebildet ist, um das Kühlmittel entlang den Oberflächen des Separators (13) zuzuführen; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Puffer (44, 46, 48, 50) von der Kühlmittelpassage (22a, 22b) in zumindest zwei Richtungen getrennt sind und mit dem Kühlmittelströmungsfeld (42) verbunden sind; und dass ein Vorsprung (92a, 92b, 26a, 96b; 110, 112; 114, 116) an einer von der Kühlmittelpassage (22a, 22b) entfernten Seite zumindest eines der Puffer (44, 46, 48, 50) vorgesehen ist, um den Kühlmittelfluss zu begrenzen.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgaspassage eine Brenngaspassage (24a), eine Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage (20a), eine Brenngasabführpassage (24b) und eine Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage (20b) umfasst; wobei die Kühlmittelpassage eine Kühlmittelzuführpassage (22a) und eine Kühlmittelabführpassage (22b) umfasst; und wobei die Puffer zumindest zwei Einlasspuffer (44, 46), die von der Kühlmittelzuführpassage (22a, 22b) in zumindest zwei Richtungen getrennt sind und die mit dem Kühlmittelströmungsfeld (42) verbunden sind, enthalten, und zumindest zwei Auslasspuffer (48, 50), die von der Kühlmittelabführpassage (22b) in zumindest zwei Richtungen getrennt sind und mit dem Kühlmittelströmungsfeld (42) verbunden sind, enthalten.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Kühlmittelzuführpassage (22a) verbundener erster Einlasspuffer (44) und ein mit der Kühlmittelabführpassage (22b) verbundener erster Auslasspuffer (50) an der ersten Metallplatte (14) ausgebildet sind; und ein mit der Kühlmittelzuführpassage (22a) verbundener zweiter Einlasspuffer (46) und ein mit der Kühlmittelabführpassage (22b) verbundener zweiter Auslasspuffer (48) an der zweiten Metallplatte (16) an Positionen ausgebildet sind, die sich von den Positionen des ersten Einlasspuffers (44) und des ersten Auslasspuffers (50) unterscheiden.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von sechs Passagen, die die Brenngaszuführpassage (24a), die Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführpassage (20a), die Kühlmittelzuführpassage (22a), die Brenngasabführpassage (24b), die Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführpassage (20b) und die Kühlmittelabführpassage (22b) umfassen, sich drei Passagen durch ein Ende der Separatoren (13) hindurch erstrecken und sich die anderen drei Passagen durch das andere Ende der Separatoren (13) hindurch erstrecken; und die Kühlmittelzuführpassage (22a) und die Kühlmittelabführpassage (22b) an Mittelpositionen der entgegengesetzten Enden der Separatoren (13) vorgesehen sind.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (92a, 92b, 96a, 96b; 110, 112) durch Pressformung integral an der ersten Metallplatte (14) oder der zweiten Metallplatte (16) ausgebildet ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (110, 112) aus Gummimaterial hergestellt und integral auf der ersten Metallplatte (14) oder der zweiten Metallplatte (16) ausgebildet ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (114, 116) aus Gummimaterial hergestellt und an der ersten Metallplatte (14) oder der zweiten Metallplatte (16) angebracht ist.