DE102005037093B4

DE102005037093B4 - Fuel cell with fluid guide channels with oppositely changing flow cross sections

Info

Publication number: DE102005037093B4
Application number: DE102005037093A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Felix (FH) Blank; Dr.-Ing. Heller Cosmas
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: DE102005037093A1

Abstract

Brennstoffzelle mit einer Separatorplatteneinheit, die ein Strömungsfeld mit zwei oder mehr Durchstrom-Fluidführungskanälen (Kanäle) aufweist,
wobei benachbart auf der Separatorplatteneinheit angeordnete Kanäle des Strömungsfelds sich gegenläufig ändernde Strömungsquerschnitte aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Strömungsquerschnitt eines ersten Kanals in Strömungsrichtung vergrößert und sich der Strömungsquerschnitt eines zweiten, zum ersten Kanal benachbarten Kanals in Strömungsrichtung verkleinert.A fuel cell with a separator plate unit having a flow field with two or more flow-through fluid guide channels (channels),
wherein channels of the flow field arranged adjacently on the separator plate unit have flow cross sections which change in opposite directions,
characterized,
the flow cross section of a first channel increases in the flow direction and the flow cross section of a second channel adjacent to the first channel decreases in the direction of flow.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einer Separatorplatteneinheit, die ein Strömungsfeld mit zwei oder mehr Durchstrom-Fluidführungskanälen aufweist, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die erfindungsgemäße Brennstoffzelle kann beispielsweise im Bereich der Erzeugung von elektrischem Strom für die Traktion und Bordnetzversorgung von Fahrzeugen gewerblich eingesetzt werden.The invention relates to a fuel cell with a Separatorplatteneinheit having a flow field with two or more flow-fluid ducts, according to the preamble of claim 1. The fuel cell of the invention can be used commercially, for example in the field of generating electricity for traction and electrical system of vehicles ,

Der prinzipielle Aufbau einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (kurz: PEMFC; FC für fuel cell) ist wie folgt. Die PEMFC enthält eine Membran-Elektroden-Anordnung (kurz: MEA), die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymer-Elektrolyt-Membran (kurz: PEM) aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatteneinheiten angeordnet, wobei eine über der Anode angeordnete Separatorplatteneinheit Fluidführungskanäle für die Verteilung von Brennstoff aufweist und eine über der Kathode angeordnete Separatorplatteneinheit Fluidführungskanäle für die Verteilung von Oxidationsmittel und wobei diese Kanäle der MEA zugewandt sind.The basic structure of a polymer electrolyte membrane fuel cell (in short: PEMFC for fuel cell) is as follows. The PEMFC contains a membrane electrode assembly (short: MEA), which is composed of an anode, a cathode and a polymer electrolyte membrane arranged between them (PEM). In turn, the MEA is interposed between two separator plate units, with a separator plate assembly disposed above the anode having fluid distribution channels for distribution of fuel and a separator plate assembly disposed above the cathode providing fluid routing channels for the distribution of oxidant and those channels facing the MEA.

Eine Separatorplatteneinheit weist üblicherweise Eingangs- und Ausgangsports auf, durch die hindurch der Brennstoff bzw. das Oxidationsmittel in die Brennstoffzelle ein- und austreten. Ferner können Eingangs- und Ausgangsports für ein Kühlmittel vorgesehen sein. Die Eingangs- und Ausgangsports sind üblicherweise Durchbrechungen, die, bei Übereinanderstapelung mehrerer Brennstoffzellen, schacht- oder rohrartige Leitungen ergeben. Dabei sind Zuführungsleitungen solche Leitungen, die von den Eingangsports gebildet werden und durch die hindurch die Fluide jeweils auf die einzelnen Brennstoffzellen verteilt und in die dafür vorgesehenen Fluidführungskanäle eingespeist werden. Abführungsleitungen sind dagegen solche Leitungen, die von den Ausgangsports gebildet werden und in denen die aus den dafür vorgesehenen Fluidführungskanäle der einzelnen Brennstoffzellen austretenden Fluide jeweils gesammelt und abgeführt werden. Eine Separatorplatteneinheit kann weitere Bauteile aufweisen (z. B. Dichtungen, Stromabnehmerfähnchen usw.), auf die der Kürze halber aber nicht weiter eingegangen werden soll.A separator plate unit typically has input and output ports through which the fuel and oxidant, respectively, enter and exit the fuel cell. Furthermore, input and output ports may be provided for a coolant. The input and output ports are typically apertures which, when stacking a plurality of fuel cells, result in ducted or tubular conduits. In this case, supply lines are those lines which are formed by the input ports and through which the fluids are respectively distributed to the individual fuel cells and fed into the fluid guide channels provided for this purpose. On the other hand, discharge lines are those lines which are formed by the output ports and in which the fluids emerging from the fluid guide channels of the individual fuel cells provided for this purpose are respectively collected and removed. A Separatorplatteneinheit may have other components (eg, seals, Stromabahnenfähnchen, etc.), which will be discussed for the sake of brevity but not further.

Die Fluidführungskanäle bilden den Anoden- bzw. Kathodenraum. Die Elektroden, Anode und Kathode, sind im Allgemeinen als Gasdiffusionselektroden (kurz: GDE) ausgebildet. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (z. B. 2H₂ + O₂ → 2H₂O) (kurz: Brennstoffzellenreaktion) erzeugten elektrischen Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte und Produkte, hindurch diffundieren zu lassen. Eine GDE besteht aus wenigstens einer Gasdiffusionsschicht bzw. Gasdiffusionslage (kurz GDL) und einer Katalysatorschicht, die der PEM zugewandt ist und an der die elektrochemische Reaktion stattfindet.The fluid guide channels form the anode or cathode space. The electrodes, anode and cathode, are generally designed as gas diffusion electrodes (in short: GDE). These have the function of dissipating the electric current generated during the electrochemical reaction (eg 2H ₂ + O ₂ → 2H ₂ O) (short: fuel cell reaction) and allowing the reactants, educts and products to diffuse through. A GDE consists of at least one gas diffusion layer or gas diffusion layer (short GDL) and a catalyst layer which faces the PEM and at which the electrochemical reaction takes place.

Als Reaktionsstoffe werden ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel eingesetzt. Meist werden gasförmige Reaktionsstoffe (kurz: Reaktionsgase) eingesetzt, z. B. H₂ oder ein H₂-haltiges Gas (z. B. Reformatgas) als Brennstoff und O₂ oder ein O₂-haltiges Gas (z. B. Luft) als Oxidationsmittel. Unter Reaktionsstoffe werden alle an der elektrochemischen Reaktion teilnehmenden Stoffe verstanden, also auch die Reaktionsprodukte wie z. B. H₂O.The reactants used are a fuel and an oxidizing agent. Most gaseous reactants (in short: reaction gases) are used, for. B. H ₂ or an H ₂ -containing gas (eg., Reformatgas) as fuel and O ₂ or an O ₂ -containing gas (eg., Air) as the oxidizing agent. Under reactants are all participating in the electrochemical reaction substances understood, including the reaction products such. B. H ₂ O.

Eine derartige Brennstoffzelle kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen sind meist zu so genannten Brennstoffzellenstapeln (kurz: Stacks) gestapelt, um eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen, wobei anstelle der monopolaren Separatorplatten bipolare Separatorplatten (kurz: Bipolarplatten) eingesetzt werden und monopolare Separatorplatten nur als Endplatten des Stacks. Die Separatorplatten können aus zwei oder mehr Teilplatten bestehen, die eine Einheit bilden und die deswegen „Separatorplatteneinheiten” genannt werden. Unter dem Begriff „Separatorplatteneinheit” sollen im Folgenden alle vorgenannten Platten und Platteneinheiten verstanden werden. Eine Separatorplatteneinheit kann demnach eine einzige Platte umfassen oder aus zwei oder mehr Teilplatten zusammengefügt sein.Such a fuel cell can produce high power electrical power at relatively low operating temperatures. Real fuel cells are usually stacked to so-called fuel cell stacks (stacks) to achieve a high power output, instead of the monopolar separator plates bipolar separator plates (in short: bipolar plates) are used and monopolar separator plates only as end plates of the stack. The separator plates may consist of two or more sub-plates which form a unit and which are therefore called "separator plate units". The term "separator plate unit" is to be understood below all the aforementioned plates and disk units. A Separatorplatteneinheit may therefore comprise a single plate or be joined together from two or more partial plates.

Eine Aufgabe der Separatorplatteneinheit besteht darin, die Edukte für die Brennstoffzellenreaktion (Brennstoff bzw. Oxidationsmittel) auf der dafür vorgesehenen Seite der MEA entlang ihrer Oberfläche möglichst homogen zu verteilen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Produkte der Brennstoffzellenreaktion, insbesondere das Produktwasser, zu sammeln und möglichst effektiv zu entfernen. Dazu weist eine Separatorplatteneinheit, wie bereits oben angedeutet, üblicherweise eine Kanalstruktur auf, ein sog. Strömungsfeld. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Auslegungen derartiger Strömungsfelder bekannt, z. B.:

a) Strömungsfelder mit linearen Fluidführungskanälen, die direkt mit einem Eingangs- und einem Ausgangsport verbunden sind (Durchstrom-Fluidführungskanäle);
b) Strömungsfelder mit serpentinen- oder mäanderförmigen Fluidführungskanälen, die direkt mit einem Eingangs- und einem Ausgangsport verbunden sind (Durchstrom-Fluidführungskanäle), wobei die Fluide bei a) und b) in benachbarten Kanälen im Gleich- oder Gegenstrom geführt sein können;
c) Strömungsfelder mit Zudosierungsbereich, wie sie beispielsweise in den Patentanmeldungen DE 103 46 594 A1 , DE 10 2004 058 117 A1 (nicht vorveröffentlicht) und DE 10 2005 035 098 A1 (nicht vorveröffentlicht) der Anmelderin offenbart sind. Mit derartigen Strömungsfeldern kann eine Homogenisierung der Konzentration der Edukte (insbesondere O₂) und der Produkte (insbesondere H₂O) der Brennstoffzellenreaktion in Strömungsrichtung (Richtung der Strömung des Fluids im betreffenden Fluidführungskanal) bewirkt werden;
d) Strömungsfelder mit ineinander greifenden Fluidführungskanälen (englisch: interdigitated flow field), bei denen ein Fluidführungskanal entweder mit einem Eingangsport oder einem Ausgangsport verbunden ist, sodass ein Fluidführungskanal mit Verbindung zu einem Eingangsport eine Sackgasse bildet und das darin geführte Fluid den Fluidführungskanal mit Verbindung zu einem Eingangsport verlassen und quer zur Strömungsrichtung durch die angrenzende GDL hindurch einen benachbarten Fluidführungskanal mit Verbindung zu einem Ausgangsport erreichen muss, um die Brennstoffzelle zu verlassen. Mit derartigen Strömungsfeldern kann eine Homogenisierung der Konzentration der Edukte (insbesondere O₂) und der Produkte (insbesondere H₂O) der Brennstoffzellenreaktion quer zur Strömungsrichtung des Fluids im betreffenden Fluidführungskanal bewirkt werden;
e) Hybrid-Strömungsfelder mit einer Kombination aus a), b) und/oder d).

It is an object of the separator plate unit to distribute the educts for the fuel cell reaction (fuel or oxidant) as homogeneously as possible along their surface on the side of the MEA provided for this purpose. Another object is to collect the products of the fuel cell reaction, in particular the product water, and to remove as effectively as possible. For this purpose, as already indicated above, a separator plate unit usually has a channel structure, a so-called flow field. In the prior art different interpretations of such flow fields are known, for. B .:

a) flow fields with linear fluid guide channels connected directly to an input port and an output port (flow-through fluid flow channels);
b) flow fields with serpentine or meandering fluid guide channels which are directly connected to an input port and an output port (flow-through fluid guide channels), wherein the fluids at a) and b) in adjacent channels may be cocurrent or countercurrent;
c) flow fields with dosing range, as described for example in the patent applications DE 103 46 594 A1 . DE 10 2004 058 117 A1 (Not pre-published) and DE 10 2005 035 098 A1 (not prepublished) of the Applicant are disclosed. With such flow fields, a homogenization of the concentration of the educts (in particular O ₂ ) and the products (in particular H ₂ O) of the fuel cell reaction in the flow direction (direction of flow of the fluid in the respective fluid guide channel) can be effected;
d) flow fields with interdigitated fluid flow channels, in which a fluid guide channel is connected either to an input port or an output port, so that a fluid guide channel with connection to an input port forms a dead end and the fluid guided therein the fluid guide channel with connection to Leave an input port and transverse to the flow direction through the adjacent GDL through an adjacent fluid guide channel must reach with connection to an output port to leave the fuel cell. With such flow fields, a homogenization of the concentration of the reactants (in particular O ₂ ) and the products (in particular H ₂ O) of the fuel cell reaction can be effected transversely to the flow direction of the fluid in the relevant fluid guide channel;
e) hybrid flow fields with a combination of a), b) and / or d).

In der deutschen Offenlegungschrift DE 100 54 444 A1 wird eine Separatorplatteneinheit für Brennstoffzellen beschrieben, die ein Strömungsfeld mit Durchstrom-Fluidführungskanälen aufweist. Es können mehrere mäanderförmige Fluidführungskanäle vorhanden sein, wobei sich der Strömungsquerschnitt aller Fluidführungskanäle in Strömungsrichtung vergrößert.In the German Offenlegungschrift DE 100 54 444 A1 a separator plate unit for fuel cells is described, which has a flow field with flow-through fluid guide channels. There may be a plurality of meandering fluid guide channels, wherein the flow cross section of all fluid guide channels increases in the flow direction.

Die Patentanmeldung US 2004/0209152 A1 beschreibt eine Separatorplatteneinheit mit Strömungsfeldern, die das Prozessgas zu den Elektrodenoberflächen einer Brennstoffzelle transportieren. Die Strömungsfelder bestehen dabei aus Durchstrom-Fluidführungskanälen, die durch Stege voneinander getrennt sind. Der Verlauf der Strömungsquerschnitte ist bei allen dargestellten Fluidführungskanälen in Strömungsrichtung gleich und die Strömungsquerschnitte nehmen entlang der Fluidführungskanäle abwechselnd ab und zu und sind am Eingang und am Ausgang der Fluidführungskanäle jeweils gleich.The patent application US 2004/0209152 A1 describes a separator plate unit with flow fields, which transport the process gas to the electrode surfaces of a fuel cell. The flow fields consist of flow-through fluid guide channels, which are separated by webs. The profile of the flow cross-sections is the same in all flow channels shown in the flow direction and the flow cross-sections take along the fluid guide channels alternately from and to and are the same at the entrance and at the exit of the fluid guide channels.

Die Idee des ineinander greifenden Strömungsfelds besteht darin, jeweils benachbarte Fluidführungskanäle abwechselnd nur zum Eingangsport hin oder zum Ausgangsport hin direkt zu öffnen. Der Effekt der dadurch entsteht ist, dass das Fluid (in der Regel ein gasförmiger Reaktionsstoff) zunächst annähernd ungehindert in das ineinander greifende Strömungsfeld einströmen, dieses aber am Ende des Fluidführungskanals nicht verlassen kann. Dadurch entsteht ein Überdruck der das Fluid unter den Stegen, durch die benachbarte Fluidführungskanäle getrennt sind, durch die GDL hindurch in die benachbarten Fluidführungskanäle drückt, die zum Ausgangsport hin offen sind. Dadurch kann die Verteilung des Fluids bzw. Reaktionsstoffs entlang der angrenzenden Oberfläche der MEA im Sinne einer Homogenisierung verbessert werden. Dadurch lässt sich die Leistung einer Brennstoffzelle verbessern, insbesondere bei hohen Stromdichten.The idea of the interlocking flow field is to open each adjacent fluid guide channels alternately only to the input port or the output port out directly. The effect of this is that the fluid (usually a gaseous reactant) initially flow approximately unhindered into the intermeshing flow field, but this can not leave at the end of the fluid guide channel. This creates an overpressure which forces the fluid under the lands, through which adjacent fluid guide channels are separated, through the GDL into the adjacent fluid guide channels that are open to the exit port. As a result, the distribution of the fluid or reactive substance along the adjacent surface of the MEA can be improved in the sense of homogenization. This can improve the performance of a fuel cell, especially at high current densities.

Während die Fluidverteilung unter den Stegen bei derartigen ineinander greifenden Strömungsfeldern verbessert ist, kann v. a. bei ineinander greifenden Srömungsfeldern mit serpentinenartig ausgebildeten Kanälen das Problem auftreten, dass bestimmte Bereiche der an das ineinander greifende Strömungsfeld angrenzenden MEA mit Fluid unterversorgt werden. Dieses Problem ist insbesondere auf sog. Gas-Kurzschlüsse zurückzuführen. Dabei wird das Fluid unter der Wirkung des erforderlichen hohen Drucks von einem Abschnitt eines Fluidführungskanals unter einem Steg hindurch in einen anderen Abschnitt desselben Fluidführungskanals gedrückt. Das Fluid nimmt gewissermaßen eine Abkürzung, wodurch bestimmte Bereiche der MEA unterversorgt werden, sodass sich die Leistung der Brennstoffzelle verschlechtert. Diesem Problem wird in der Patentanmeldung DE 101 97 105 T5 mit einem Hybridströmungsfeld begegnet, das sowohl Durchstrom-Fluidführungskanäle, als auch ineinander greifende Fluidführungskanäle aufweist, die den Durchstrom-Fluidführungskanäle strömungsmäßig nachgeschaltet sind.While fluid distribution under the lands is improved in such intermeshing flow fields, the problem, especially with intermeshing flow fields having serpentine channels, is that certain areas of the MEA adjacent the intermeshing flow field may be undersupplied with fluid. This problem is due in particular to so-called gas short circuits. In this case, the fluid is forced under the effect of the required high pressure from a portion of a fluid guide channel under a web into another portion of the same fluid guide channel. The fluid, as it were, cuts off, thereby depriving certain areas of the MEA of under-utilization, thus degrading the performance of the fuel cell. This problem is in the patent application DE 101 97 105 T5 with a hybrid flow field having both flow through fluid guide channels, as well as intermeshing fluid guide channels, which are downstream of the flow-through fluid guide channels.

Bei derartigen Hybridströmungsfeldern bleibt das Problem der nicht ausreichenden Entfernung von Wasser. So lässt es sich beim realen Betrieb derartiger Brennstoffzellen kaum vermeiden, dass in den Fluidführungskanälen flüssiges Wasser auftritt. Dadurch kommt es z. B. beim Start bei tiefen Temperaturen oder im Teillastbetrieb immer wieder zu Verstopfungen der Kanäle durch flüssiges oder sogar festes Wasser. D. h. flüssiges Wasser wird bei den bekannten ineinander greifenden und Hybridströmungsfeldern nicht oder nur schlecht aus der Brennstoffzelle abtransportiert. Im Gegensatz zu einer Brennstoffzelle mit Durchstrom-Fluidführungskanälen, die in allen ihren Abschnitten voll durchströmbar sind, ist die Strömung in den ineinander greifenden Fluidführungskanälen im Allgemeinen sehr gering. Dadurch werden Wassertropfen nicht weiter transportiert. Durch die GDL hindurch wird flüssiges Wasser auch nicht oder kaum abtransportiert da dazu ein deutlich höherer Druck nötig wäre. Die Folge ist, dass Teile eines ineinander greifenden oder Hybridströmungsfelds bei größerem Anfall an flüssigem Wasser nicht mehr versorgt und auch nicht einfach wieder vom flüssigen Wasser befreit werden können (Frei- oder Ausblasen). Dies zeigt sich u. a. in einer erhöhten Stöchiometriesensibilität derartiger Brennstoffzellen und an einer schlechtere Leistung im Niedertemperaturbereich. Ferner ist der verbesserte Stofftransport bei ineinander greifenden und Hybridströmungsfeldern nur quer zur Strömungsrichtung wirksam und nicht längs dazu, sodass längs der Strömungsrichtung z. B. der Gradient der Wasserdampfkonzentration verhältnismäßig groß ist.In such hybrid flow fields, the problem of insufficient removal of water remains. Thus, it can hardly be avoided in real operation of such fuel cells, that liquid water occurs in the fluid guide channels. This causes z. B. when starting at low temperatures or in partial load operation again and again to blockages of the channels by liquid or even solid water. Ie. liquid water is not or only badly transported away from the fuel cell in the known interlocking and hybrid flow fields. In contrast to a fuel cell with throughflow fluid guide channels, which are fully permeable in all their sections, the flow in the intermeshing fluid guide channels is generally very low. As a result, drops of water are not transported further. Through the GDL liquid water is not or hardly removed because it would require a much higher pressure. The result is that parts of an intermeshing or hybrid flow field are no longer supplied with a larger amount of liquid water and not simply again can be freed from liquid water (free or blowing). This is reflected, inter alia, in an increased stoichiometric sensitivity of such fuel cells and in a lower performance in the low temperature range. Furthermore, the improved mass transfer in interlocking and hybrid flow fields is effective only transverse to the flow direction and not along it, so along the flow direction z. B. the gradient of the water vapor concentration is relatively large.

Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelle zu schaffen, bei der einerseits die Verteilung der Edukte der Brennstoffzellenreaktion, insbesondere des Oxidationsmittels, im Sinne einer Homogenisierung verbessert ist, und bei der andererseits die Entfernung der Reaktionsprodukte, insbesondere des Produktwassers, verbessert ist.Against this background, it was an object of the present invention to provide a fuel cell in which, on the one hand, the distribution of the starting materials of the fuel cell reaction, in particular of the oxidizing agent, is improved in the sense of homogenization, and, on the other hand, the removal of the reaction products, in particular of the product water, is improved.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen definierten Gegenstände gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.This object is achieved by the objects defined in the claims. Preferred embodiments are defined in the subclaims.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend eine Brennstoffzelle mit einer Separatorplatteneinheit, die ein Strömungsfeld mit zwei oder mehr Durchstrom-Fluidführungskanälen (kurz: Kanäle) aufweist. Benachbart auf der Separatorplatteneinheit angeordnete Kanäle des Strömungsfelds weisen sich gegenläufig ändernde Strömungsquerschnitte auf. Erfindungsgemäß vergrößert sich der Strömungsquerschnitt eines ersten Kanals in Strömungsrichtung und verkleinert sich der Strömungsquerschnitt eines zweiten, zum ersten Kanal benachbarten Kanals in Strömungsrichtung.The subject of the present invention is accordingly a fuel cell with a separator plate unit which has a flow field with two or more throughflow fluid guide channels (in short: channels). Adjacent channels of the flow field arranged on the separator plate unit have countercurrently changing flow cross sections. According to the invention, the flow cross section of a first channel increases in the flow direction and the flow cross section of a second channel adjacent to the first channel decreases in the flow direction.

Benachbarte Kanäle des Strömungsfelds sind dabei durch Stege voneinander beabstandet.Adjacent channels of the flow field are spaced apart by webs.

Der Begriff „gegenläufig” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung wie folgt verstanden. Vergrößert sich der Strömungsquerschnitt eines Kanals im Bereich seines Eingangs, dann verkleinert sich der Strömungsquerschnitt des oder der benachbarten Kanäle im Bereich seines Ausgangs. Benachbarte Kanäle können daher hinsichtlich ihrer Strömungsquerschnitte beispielsweise durch eine C2-Symmetrieoperation (Drehung um 180°) aufeinander abgebildet werden.The term "opposite" is understood in the context of the present invention as follows. If the flow cross-section of a channel increases in the region of its inlet, the flow cross-section of the adjacent channel (s) decreases in the region of its outlet. Neighboring channels can therefore be mapped with respect to their flow cross-sections, for example, by a C2 symmetry operation (rotation through 180 °) to each other.

Durch die gegenläufige Änderung der Strömungsquerschnitte ergeben sich in benachbarten Kanälen unterschiedliche Druckverluste oder anders ausgedrückt: Zwischen benachbarten Kanälen stellen sich lokale Druckdifferenzen ein, die bewirken, dass das Fluid von einem Kanal, unter den Stegen durch die GDL hindurch in einen benachbarten Kanal gezwungen wird, ähnlich wie bei ineinander greifenden Fluidführungskanälen. Anders als bei ineinander greifenden Fluidführungskanälen und ähnlich wie bei Durchstrom-Fluidführungskanälen sind jedoch die Kanäle bei dem Strömungsfeld der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle an ihren Enden offen, sodass nur ein Teil des Fluids unter den Stegen hindurch strömt, während der andere Teil die Kanäle entlang strömt und sie an deren offenen Ende über einen Ausgangsport verlässt.The opposite change in the flow cross sections results in different pressure losses in adjacent channels or in other words: local pressure differences occur between adjacent channels, causing the fluid to be forced from one channel, under the bridges, through the GDL into an adjacent channel. similar to interlocking fluid guide channels. However, unlike intermeshing fluid conduits and similar to flow-through fluid conduits, the channels in the flow field of the fuel cell of the present invention are open at their ends, so that only a portion of the fluid flows beneath the fins, while the other portion flows along the channels and they at the open end of an exit port leaves.

Dadurch wird ein zu dem in DE 101 97 105 T5 offenbarten Hybridströmungsfeld alternatives Hybridströmungsfeld geschaffen, das sowohl Vorteile von Strömungsfeldern mit Durchstrom-Fluidführungskanälen besitzt, als auch die Vorteile von Strömungsfeldern mit ineinander greifenden Fluidführungskanälen. So wird z. B. sowohl die Versorgung der MEA-Bereiche unter den Stegen mit Reaktionsstoffen verbessert als auch anfallendes flüssiges Wasser abtransportiert. Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist somit einerseits die Verteilung der Edukte der Brennstoffzellenreaktion, insbesondere des Oxidationsmittels, im Sinne einer Homogenisierung verbessert, und andererseits die Entfernung der Reaktionsprodukte, insbesondere des Produktwassers, verbessert.This will add a to the in DE 101 97 105 T5 The hybrid flow field disclosed provides an alternative hybrid flow field having both advantages of flow fields with flow through fluid guide channels and the advantages of flow fields with intermeshing fluid flow channels. So z. B. both the supply of MEA areas under the webs with reactants improved as well as transported away liquid liquid. In the case of the fuel cell according to the invention, on the one hand the distribution of the educts of the fuel cell reaction, in particular of the oxidizing agent, in the sense of homogenization is improved, and on the other hand the removal of the reaction products, in particular of the product water, is improved.

Dadurch, dass sich der Strömungsquerschnitt eines ersten Kanals in Strömungsrichtung vergrößert und sich der Strömungsquerschnitt eines zweiten, zum ersten Kanal benachbarten Kanals in Strömungsrichtung verkleinert, wird eine Querströmung (Strömung quer zur Strömungsrichtung des Fluids im Kanal) vom zweiten, sich verengenden Kanal zum benachbarten ersten, sich verbreiterten Kanal bewirkt.Because the flow cross section of a first channel increases in the flow direction and the flow cross section of a second channel adjacent to the first channel decreases in the flow direction, a transverse flow (flow transverse to the flow direction of the fluid in the channel) from the second, narrowing channel to the adjacent first , widened channel causes.

Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der erste Kanal an seinem Eingang mit etwa 10 bis 33% des Strömungsquerschnitts an seinem Ausgang (100%) beginnt, wobei sich sein Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung vergrößert, und gegenläufig dazu der zweite Kanal an seinem Eingang mit dem Strömungsquerschnitt des ersten Kanals an dessen Ausgang (100%) beginnt und sich sein Strömungsquerschnitt dann in Strömungsrichtung verkleinert, bis der Strömungsquerschnitt an seinem Ausgang nur noch 10 bis 33% beträgt.It has proven to be expedient if the first channel at its input with about 10 to 33% of the flow cross-section at its output (100%) begins, with its flow cross-section increases in the flow direction, and opposite to the second channel at its entrance the flow cross-section of the first channel at the output (100%) begins and then its flow cross-section is reduced in the flow direction until the flow cross-section at its output is only 10 to 33%.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ändern sich die Strömungsquerschnitte der Kanäle diskontinuierlich. Das bedeutet vorzugsweise, dass sich die Strömungsquerschnitte stufenartig oder schrittweise ändern. Eine diskontinuierliche Änderung der Strömungsquerschnitte kann so realisiert werden, dass die Separatorplatteneinheit eine homogene Dicke aufweist. Dies hat bei der Stapelung erfindungsgemäßer Brennstoffzellen zu einem Stack Vorteile.In a preferred embodiment of the fuel cell according to the invention, the flow cross sections of the channels change discontinuously. This preferably means that the flow cross sections change stepwise or stepwise. A discontinuous change in the flow cross sections can be realized so that the Separatorplatteneinheit has a homogeneous thickness. This has advantages in the stacking of fuel cells according to the invention into a stack.

Bei einer Weiterbildung vergrößert sich der Strömungsquerschnitt des ersten Kanals im Bereich seines Eingangs einmal stufig und verkleinert sich der Strömungsquerschnitt des benachbarten, zweiten Kanals im Bereich seines Ausgangs einmal stufig, was besonders einfach zu realisieren ist. In a further development, the flow cross-section of the first channel in the region of its input increases once in stages and decreases the flow cross-section of the adjacent second channel in the region of its output once in stages, which is particularly easy to implement.

Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ändern sich die Strömungsquerschnitte der Kanäle kontinuierlich. Eine kontinuierliche Änderung der Strömungsquerschnitte hat den Vorteil, dass homogene Strömungsverhältnisse in den Fluidführungskanälen realisiert werden können, weil die lokalen Volumenströme und die jeweiligen lokalen Strömungsquerschnitte ausgeglichen sind und deswegen im Wesentlichen gleiche Strömungsgeschwindigkeiten in einem Fluidführungskanal vorliegen.In another preferred embodiment of the fuel cell according to the invention, the flow cross sections of the channels change continuously. A continuous change in the flow cross sections has the advantage that homogeneous flow conditions in the fluid guide channels can be realized because the local volume flows and the respective local flow cross sections are balanced and therefore substantially equal flow velocities are present in a fluid guide channel.

Bei einer Weiterbildung vergrößert sich der Strömungsquerschnitt des ersten Kanals kontinuierlich und verkleinert sich der Strömungsquerschnitt des benachbarten, zweiten Kanals kontinuierlich, was besonders einfach zu realisieren ist.In a further development, the flow cross section of the first channel increases continuously and the flow cross section of the adjacent, second channel decreases continuously, which is particularly easy to implement.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn sich die Strömungsquerschnitte der Kanäle linear ändern.It is expedient if the flow cross sections of the channels change linearly.

Bei einer Varianten weist ein erster Kanal mit sich in Strömungsrichtung kontinuierlich vergrößerndem Strömungsquerschnitt im Bereich seines Ausgangs einen Zwischensteg auf, durch den der Kanal in Strömungsrichtung in zwei Arme (oder Teilkanäle) aufgeteilt ist, wobei ein benachbarter, zweiter Kanal mit sich in Strömungsrichtung kontinuierlich verkleinerndem Strömungsquerschnitt im Bereich seines Eingangs einen Zwischensteg aufweist, durch den zwei Arme (oder Teilkanäle) des Kanals getrennt sind und in Strömungsrichtung zusammengeführt werden. Die Zwischenstege werden zwar nicht unterströmt, durch die Einführung der Zwischenstege ist es aber möglich, die Strömungsquerschnittsänderung durch Verbreiterung der Kanäle größer ausfallen zu lassen. Dies ist vor allem für sehr flache Separatorplatteneinheiten, wie z. B. metallische Bipolarplatten, von Vorteil, um die Dicke der Separatorplatteneinheiten möglichst gering zu halten.In one variant, a first channel with a flow cross-section which continuously increases in the flow direction has an intermediate web in the region of its output, through which the channel is divided into two arms (or sub-channels) in the flow direction, with an adjacent, second channel continuously shrinking in the flow direction Flow cross-section in the region of its input has a gutter, are separated by the two arms (or sub-channels) of the channel and merged in the flow direction. Although the intermediate webs are not underflowed, but by the introduction of the intermediate webs, it is possible to make the flow cross section change by broadening the channels larger. This is especially for very flat Separatorplatteneinheiten such. As metallic bipolar plates, advantageous to keep the thickness of Separatorplatteneinheiten as small as possible.

Dabei ist es auch denkbar, dass sich der Strömungsquerschnitt des ersten Kanals kontinuierlich ändert und der Strömungsquerschnitt des benachbarten, zweiten Kanals diskontinuierlich.It is also conceivable that the flow cross section of the first channel changes continuously and the flow cross section of the adjacent, second channel discontinuously.

Bei noch einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist die Änderung der Strömungsquerschnitte der Kanäle so ausgelegt, dass in der Brennstoffzelle anfallendes flüssiges Wasser zur Entfernung aus der Brennstoffzelle bei bestimmungsgemäßem Betrieb und bestimmungsgemäßer Anordnung der Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem an keiner Stelle der Kanäle entgegen der Richtung der Schwerkraft bewegt werden muss. Dadurch kann die Austragung von flüssigem Wasser aus der Brennstoffzelle erheblich erleichtert werden.In yet another embodiment of the fuel cell according to the invention, the change in the flow cross sections of the channels is designed so that in the fuel cell resulting liquid water for removal from the fuel cell during normal operation and proper arrangement of the fuel cell in a fuel cell system at any point of the channels against the direction of Gravity has to be moved. As a result, the discharge of liquid water from the fuel cell can be considerably facilitated.

Bei noch einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle weist zumindest einer von zwei benachbarten Kanälen, vorzugsweise der Kanal mit sich in Strömungsrichtung vergrößerndem Strömungsquerschnitt, einen Zudosierungsraum für die Zudosierung eines Reaktionsstoffs auf, wobei der Kanal und der Zudosierungsraum über zumindest eine Zudosierungsstelle miteinander fluidisch verbunden sind. Kanäle mit angrenzendem Zudosierungsraum sind beispielsweise in den Patentanmeldungen DE 10 2004 058 117 A1 (nicht vorveröffentlicht) und DE 10 2005 035 098 A1 (nicht vorveröffentlicht) der Anmelderin offenbart. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass mit ihr die Konzentrationsverläufe für die Edukte der Brennstoffzellenreaktion, insbesondere O₂, und deren Produkte, insbesondere H₂O, in zweifacher Hinsicht homogenisiert werden können. Durch die Zudosierung ergibt sich eine Homogenisierung in Strömungsrichtung der Fluide in den Kanälen und durch das Hybridströmungsfeld und die damit erzwungene Querströmung der Fluide unter den Stegen hindurch ein Homogenisierung quer zur Strömungsrichtung der Fluide in den Kanälen. Die Leistung einer Brennstoffzelle lässt sich dadurch in besonderem Maße verbessern.In yet another embodiment of the fuel cell according to the invention, at least one of two adjacent channels, preferably the channel with flow cross-section enlarging flow area, a Zudosierungsraum for the addition of a reactant, wherein the channel and the dosing space are fluidly connected to each other via at least one Zudosierungsstelle. Channels with adjacent metering space are for example in the patent applications DE 10 2004 058 117 A1 (not pre-published) and DE 10 2005 035 098 A1 (not pre-published) of the Applicant. This refinement has the advantage that the concentration profiles for the educts of the fuel cell reaction, in particular O ₂ , and their products, in particular H ₂ O, can be homogenized with it in two ways. Due to the metering, a homogenization in the flow direction of the fluids in the channels and by the hybrid flow field and the thus forced transverse flow of the fluids under the webs results in a homogenization transversely to the flow direction of the fluids in the channels. The performance of a fuel cell can thus be improved to a special degree.

Die Erfindung wird nachfolgend genauer erklärt. Dazu sind in den Figuren konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail below. For this purpose, concrete embodiments of the invention are shown in simplified form in the figures and explained in more detail in the following description. Show

1 Draufsicht auf eine Separatorplatteneinheit mit Durchstrom-Strömungsfeld einer herkömmlichen Brennstoffzelle; 1 Top view of a separator plate unit with flow-through flow field of a conventional fuel cell;

2 Draufsicht auf eine Separatorplatteneinheit mit ineinander greifendem Strömungsfeld einer herkömmlichen Brennstoffzelle; 2 Top view of a separator plate unit with interlocking flow field of a conventional fuel cell;

3 Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit Hybridströmungsfeld einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle; 3 Top view of a section of a Separatorplatteneinheit with hybrid flow field of a fuel cell according to the invention;

4 Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit einer Variante eines Hybridströmungsfelds einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle; 4 Top view of a section of a Separatorplatteneinheit with a variant of a hybrid flow field of a fuel cell according to the invention;

5 Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit einer anderen Variante eines Hybridströmungsfeld einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle; 5 Top view of a section of a Separatorplatteneinheit with another variant of a hybrid flow field of a fuel cell according to the invention;

6 Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit einer weiteren Variante eines Hybridströmungsfeld einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle; 6 Top view of a section of a Separatorplatteneinheit with another variant of a hybrid flow field of a fuel cell according to the invention;

7 Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit noch einer weiteren Variante eines Hybridströmungsfeld einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle; 7 Top view of a section of a Separatorplatteneinheit with yet another variant of a hybrid flow field of a fuel cell according to the invention;

8 Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit einer Variante eines Hybridströmungsfeld mit Zudosierung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 8th Top view of a section of a Separatorplatteneinheit with a variant of a hybrid flow field with metered addition of a fuel cell according to the invention

9 O₂-Partialdrücke in herkömmlichen Brennstoffzellen; 9 O ₂ partial pressures in conventional fuel cells;

10 O₂-Partialdrücke in erfindungsgemäßen Brennstoffzellen,
wobei nur die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Merkmale eingehender erklärt sind. 10 O ₂ partial pressures in fuel cells according to the invention,
only the features necessary for the understanding of the invention are explained in more detail.

1 zeigt die Draufsicht auf eine herkömmliche Separatorplatteneinheit (1). Die Separatorplatteneinheit (1) weist drei Eingangsports auf, darunter einen Eingangsport (2) für Luft als Oxidationsmittel, sowie drei Ausgangsports, darunter einen Ausgangsport (3) für die durch die Brennstoffzellenreaktion abgereicherte Luft. Die Separatorplatteneinheit (1) weist ferner ein Strömungsfeld (4) auf, das durch elf Durchstrom-Fluidführungskanäle (5, 5') (kurz: Kanäle (5, 5')), von denen der Übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur zwei benachbarte Kanäle bezeichnet, gebildet ist. Die Kanäle (5, 5') sind sowohl mit dem Eingangsport (2) als auch mit dem Ausgangsport (3) direkt fluidisch verbunden. Die Separatorplatteneinheit (1) kann weitere Bauteile aufweisen, die dem Fachmann prinzipiell bekannt sind, die an dieser Stelle aber der Kürze halber aber nicht weiter erläutert sind. 1 shows the top view of a conventional separator plate unit ( 1 ). The separator plate unit ( 1 ) has three input ports, including an input port ( 2 ) for air as an oxidant, and three output ports, including an output port ( 3 ) for the depleted by the fuel cell reaction air. The separator plate unit ( 1 ) also has a flow field ( 4 ) through eleven through-flow fluid channels ( 5 . 5 ' ) (in short: channels ( 5 . 5 ' )), of which, for reasons of clarity, are representative of all but two adjacent channels. The channels ( 5 . 5 ' ) are connected both to the input port ( 2 ) as well as with the output port ( 3 ) connected directly fluidly. The separator plate unit ( 1 ) may have other components that are known in principle to those skilled in the art, but for the sake of brevity but not further explained at this point.

2 zeigt die Draufsicht auf einen Ausschnitt einer anderen herkömmlichen Separatorplatteneinheit (6). Die Separatorplatteneinheit (6) weist nur zwei Eingangs- und Ausgangsports auf, darunter einen Eingangsport (2) und einen Ausgangsport (3) für Luft. Die Separatorplatteneinheit (6) weist ferner ein ineinander greifendes Strömungsfeld (7) (interdigitated flow field) auf, das durch zwei ineinander greifende Fluidführungskanäle (8, 8') (kurz: Kanäle (8, 8')) gebildet ist. Kanal (8) ist nur mit dem Eingangsport (2) direkt fluidisch verbunden, Kanal (8') nur mit dem Ausgangsport (3), sodass die in Kanal (8) geführte Luft durch die an die Separatorplatteneinheit (6) angrenzende GDL der MEA hindurch zu Kanal (8') strömen muss, um die Brennstoffzelle zu verlassen, wenn die Separatorplatteneinheit (6) in eine Brennstoffzelle eingebaut ist und die Brennstoffzelle bestimmungsgemäß betrieben wird (nicht dargestellt). 2 shows the top view of a section of another conventional separator plate unit ( 6 ). The separator plate unit ( 6 ) has only two input and output ports, including one input port ( 2 ) and an output port ( 3 ) for air. The separator plate unit ( 6 ) further comprises an intermeshing flow field ( 7 ) (interdigitated flow field) formed by two intermeshing fluid guide channels ( 8th . 8th' ) (in short: channels ( 8th . 8th' )) is formed. Channel ( 8th ) is only available with the input port ( 2 ) directly fluidly connected, channel ( 8th' ) only with the output port ( 3 ), so that in channel ( 8th ) guided air through the to the Separatorplatteneinheit ( 6 ) adjacent GDL of the MEA to channel ( 8th' ) must flow to leave the fuel cell when the Separatorplatteneinheit ( 6 ) is installed in a fuel cell and the fuel cell is operated as intended (not shown).

3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit einem Hybridströmungsfeld einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle. Die Separatorplatteneinheit ist prinzipiell gleich aufgebaut wie die Separatorplatteneinheit (1) aus 1, mit den nachfolgend erläuterten Unterschieden. Es sind zwei benachbarte Durchstrom-Fluidführungskanäle (5, 5') dargestellt, deren Strömungsquerschnitte (9.1, 9.2; 9.1', 9.2') (hier in der Projektion vereinfacht als Kanalbreite dargestellt) sich gegenläufig ändern. Dabei weist der erste Kanal (5) in seinem Eingangsbereich (10) einen kleinen Strömungsquerschnitt (9.1) auf und in seinem, in Strömungsrichtung (Pfeil, 13) nachfolgenden Kanalabschnitt (11) einen vergrößerten Strömungsquerschnitt (9.2), wobei die Strömungsquerschnitte (9.1, 9.2) diskontinuierlich, insbesondere stufig ineinander übergehen. Gegenläufig dazu weist der benachbarte Kanal (5') in seinem Kanalabschnitt (11') einen großen Strömungsquerschnitt (9.1') auf und in seinem in Strömungsrichtung (13) nachfolgenden Ausgangsbereich (12) einen verkleinerten Strömungsquerschnitt (9.2'), wobei die Strömungsquerschnitte (9.1', 9.2') ebenfalls diskontinuierlich, insbesondere stufig ineinander übergehen. Die Strömungsquerschnitte (9.1, 9.1') der Kanäle (5, 5') sind in diesem Beispiel gleich groß, ebenso die Strömungsquerschnitte (9.2, 9.2'). Die vorliegende Erfindung zielt jedoch primär nur auf die gegenläufige Änderung der Strömungsquerschnitte (9.1, 9.2; 9.1', 9.2') ab, nicht auf deren absolute Größe. Der Eingangsbereich (10) erstreckt sich in diesem Beispiel entlang des ersten Vierzehntels der Kanäle (5, 5'), der Ausgangsbereich (10') entlang des letzten Vierzehntels. 3 shows a section of a Separatorplatteneinheit with a hybrid flow field of a fuel cell according to the invention. The Separatorplatteneinheit is basically the same structure as the Separatorplatteneinheit ( 1 ) out 1 , with the differences explained below. There are two adjacent flow-through fluid guide channels ( 5 . 5 ' ) whose flow cross sections ( 9.1 . 9.2 ; 9.1 ' 9.2 ' ) (here simplified in the projection as channel width) change in opposite directions. In this case, the first channel ( 5 ) in its entrance area ( 10 ) has a small flow cross-section ( 9.1 ) on and in his, in the flow direction (arrow, 13 ) subsequent channel section ( 11 ) an enlarged flow cross-section ( 9.2 ), wherein the flow cross sections ( 9.1 . 9.2 ) intermittently, in particular stepwise into one another. Conversely, the adjacent channel ( 5 ' ) in its channel section ( 11 ' ) has a large flow cross-section ( 9.1 ') on and in its direction of flow ( 13 ) subsequent output area ( 12 ) a reduced flow cross-section ( 9.2 '), wherein the flow cross sections ( 9.1 ' 9.2 ' ) also discontinuously, in particular stepwise into one another. The flow cross sections ( 9.1 . 9.1 ') of the channels ( 5 . 5 ' ) are the same size in this example, as are the flow cross sections ( 9.2 . 9.2 '). However, the present invention primarily aims only at the opposite change of the flow cross sections ( 9.1 . 9.2 ; 9.1 ' 9.2 ' ), not on their absolute size. The entrance area ( 10 ) extends in this example along the first fourteenth of the channels ( 5 . 5 ' ), the output area ( 10 ' ) along the last fourteenth.

Zwischen den Eingangsbereichen (10) und Ausgangsbereichen (12) herrscht ein Druckverlust. Durch den eingeschränkten Querschnitt im Eingangsbereich (10) erfährt der Luftstrom in Kanal (5) einen erhöhten Druckverlust. In den Abschnitten (11) und (12) ist der Druckverlust in Kanal (5) gering. Der Druckverlust in Kanal (5') ist in den Abschnitten (10) und (11') gering. Im Ausgangsbereich (12) ergibt sich dann ein erhöhter Druckverlust. Durch die unterschiedlichen Druckverläufe der benachbarten Kanäle (5, 5') ergeben sich lokale Differenzdrücke, die eine Ausgleichs- bzw. Querströmung (14) zwischen den Kanälen (5, 5') antreiben. In dem dargestellten Beispiel stellt sich eine Ausgleichs- bzw. Querströmung (14) von Kanal (5') zu Kanal (5) ein. In einer Brennstoffzelle können derart gestaltete Kanäle (5, 5') auf der ganzen, der aktiven Fläche der MEA zugewandten Fläche der Separatorplatteneinheit verteilt werden. Dadurch ergibt sich eine Homogenisierung der Konzentrationen der Reaktionsstoffe in benachbarten Kanälen (5, 5') bei gleichzeitiger Erhaltung der Fähigkeit zum Austrag von flüssigem Wasser.Between the entrance areas ( 10 ) and output areas ( 12 ) there is a pressure loss. Due to the restricted cross section in the entrance area ( 10 ), the air flow in channel ( 5 ) an increased pressure loss. In the sections ( 11 ) and ( 12 ) is the pressure drop in channel ( 5 ) low. The pressure loss in channel ( 5 ' ) is in the sections ( 10 ) and ( 11 ' ) low. In the exit area ( 12 ) then results in an increased pressure loss. Due to the different pressure gradients of the adjacent channels ( 5 . 5 ' ) there are local differential pressures that cause a crossflow ( 14 ) between the channels ( 5 . 5 ' ). In the example shown, a compensating or transverse flow ( 14 ) of channel ( 5 ' ) to channel ( 5 ) one. In a fuel cell, such designed channels ( 5 . 5 ' ) are distributed all over the active area of the MEA facing surface of the separator plate unit. This results in a homogenization of the concentrations of the reactants in adjacent channels ( 5 . 5 ' ) while maintaining the ability to discharge liquid water.

Änderungen der Strömungsquerschnitte sind in 3 und in den nachfolgenden 4 bis 8 der Übersichtlichkeit halber als Änderungen der Kanalbreite dargestellt. Änderungen der Strömungsquerschnitte können aber auch durch andere Maßnahmen bewirkt werden, z. B. durch:

– Änderungen der Kanaltiefe;
– Strömungswiderstände, die in den Fluidführungskanäle angebracht werden, wobei derartige Strömungswiderstände z. B. durch sich ändernde Porositäten der Kanalwände oder durch Umlenkungen realisiert werden können;
– gezielte Zu- und/oder Abführungen der Fluide,

und dergleichen, wobei auch Kombinationen davon in Frage kommen. Wichtig dabei ist, dass die Änderungen der Strömungsquerschnitte in benachbarten Fluidführungskanälen lokale Druckdifferenzen verursachen, die eine Stegunterströmung von einem Fluidführungskanal in einen benachbarten Fluidführungskanal bewirken. Changes in the flow cross sections are in 3 and in the following 4 to 8th for clarity, shown as changes in the channel width. However, changes in the flow cross sections can also be effected by other measures, for. By:

- changes in the channel depth;
- Flow resistance, which are mounted in the fluid guide channels, wherein such flow resistance z. B. can be realized by changing porosities of the channel walls or by deflections;
- targeted supply and / or discharge of fluids,

and the like, combinations of which are also possible. It is important that the changes in the flow cross-sections in adjacent fluid guide channels cause local pressure differences, which cause a web underflow from a fluid guide channel into an adjacent fluid guide channel.

4 zeigt einen ähnlichen Ausschnitt aus einer Separatorplatteneinheit mit einem Hybridströmungsfeld einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle wie 3. In diesem Beispiel ändern sich jedoch die Strömungsquerschnitte (9.1, 9.1') der benachbarten Kanäle (5, 5') kontinuierlich. Dabei nimmt der Strömungsquerschnitt (9.1) von Kanal (5) in Strömungsrichtung linear zu und der Strömungsquerschnitt (9.1') von Kanal (5') linear ab. 4 shows a similar section of a Separatorplatteneinheit with a hybrid flow field of a fuel cell according to the invention as 3 , In this example, however, the flow cross sections ( 9.1 . 9.1 ') of the adjacent channels ( 5 . 5 ' ) continuously. The flow cross-section ( 9.1 ) of channel ( 5 ) in the flow direction linear to and the flow cross-section ( 9.1 ') of channel ( 5 ' ) linearly.

Durch den sich erweiternden bzw. verengenden Strömungsquerschnitt (9.1, 9.1') der Kanäle (5, 5') ergeben sich auch für dieses Ausführungsbeispiel lokale Differenzdrücke, die eine Ausgleichs- bzw. Querströmung (14) zwischen den Kanälen (5, 5') antreiben. Die Ausgleichs- bzw. Querströmung (14) verläuft hier von Kanal (5') zu Kanal (5).Due to the expanding or narrowing flow cross-section ( 9.1 . 9.1 ') of the channels ( 5 . 5 ' ) also result in this embodiment, local differential pressures, the (or cross flow) ( 14 ) between the channels ( 5 . 5 ' ). The compensation or cross flow ( 14 ) runs here from channel ( 5 ' ) to channel ( 5 ).

5 zeigt ein zu 4 analoges Ausführungsbeispiel, wobei hier allerdings in den sehr breiten Abschnitten der Kanäle (5, 5') Zwischenstege (15, 15') angeordnet sind. 5 indicates one 4 analogous embodiment, although here in the very wide sections of the channels ( 5 . 5 ' ) Gutters ( 15 . 15 ' ) are arranged.

Zwischensteg (15) teilt den Kanal (5) im Bereich seines Ausgangs in zwei Arme auf. Zwischensteg (15') ist so angeordnet, dass zwei Arme des Kanals (5') im Bereich seines Eingangs zusammengeführt werden.Gutter ( 15 ) divides the channel ( 5 ) in the region of its output in two arms. Gutter ( 15 ' ) is arranged so that two arms of the channel ( 5 ' ) are merged in the area of its entrance.

Die Zwischenstege (15, 15') werden zwar nicht unterströmt wie die Stege (16) zwischen den Kanälen (5, 5'), sie ermöglichen es aber, die Änderung eines Strömungsquerschnitts durch Verbreiterung der Kanäle (5, 5') größer ausfallen zu lassen. Dies ist vor allem für sehr flache Separatorplatteneinheiten (z. B. metallische Bipolarplatten) von Bedeutung, um die Plattendicke möglichst gering zu halten.The intermediate bridges ( 15 . 15 ' ) are not underflowed like the webs ( 16 ) between the channels ( 5 . 5 ' ), but they make it possible to change the flow cross section by broadening the channels ( 5 . 5 ' ) to make it bigger. This is especially important for very flat separator plate units (eg metallic bipolar plates) in order to keep the plate thickness as low as possible.

6 zeigt eine Variante des Hybridströmungsfelds der Separatorplatteneinheit einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle gemäß 3. Bei dieser Variante ist die Änderung der Strömungsquerschnitte (9.1, 9.2; 9.1', 9.2') der Kanäle (5, 5') so ausgelegt, dass in der Brennstoffzelle anfallendes flüssiges Wasser zur Entfernung aus der Brennstoffzelle bei bestimmungsgemäßem Betrieb und bestimmungsgemäßer Anordnung der Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem (z. B. einem Fahrzeug) an keiner Stelle der Kanäle (5, 5') entgegen der Richtung der Schwerkraft (Pfeil, 17) bewegt werden muss. Dazu weist insbesondere Kanal (5') einen Ausgangsbereich (12) auf, dessen in Richtung der Schwerkraft unterer Rand (18') mit dem in Richtung der Schwerkraft unteren Rand (18) des Kanalabschnitts (11') abschließt. Dadurch muss sich in Kanal (5') am in Richtung der Schwerkraft unterer Rand (18) sammelndes flüssiges Wasser keinen Anstieg überwinden, um durch den Ausgangsbereich (12) hindurch aus der Brennstoffzelle hinaus zu gelangen. Dadurch wird eine leichte Austragung von flüssigem Wasser aus der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle unterstützt. 6 shows a variant of the hybrid flow field of Separatorplatteneinheit a fuel cell according to the invention according to 3 , In this variant, the change of the flow cross sections ( 9.1 . 9.2 ; 9.1 ' 9.2 ' ) of the channels ( 5 . 5 ' ) designed so that in the fuel cell resulting liquid water for removal from the fuel cell during normal operation and proper arrangement of the fuel cell in a fuel cell system (eg a vehicle) at any point of the channels ( 5 . 5 ' ) against the direction of gravity (arrow, 17 ) must be moved. In particular channel ( 5 ' ) an output area ( 12 ) whose lower edge in the direction of gravity ( 18 ' ) with the lower edge in the direction of gravity ( 18 ) of the channel section ( 11 ' ) completes. This must be in channel ( 5 ' ) at the lower edge in the direction of gravity ( 18 ) collecting liquid water does not overcome a rise to pass through the exit area ( 12 ) through out of the fuel cell. This assists in the easy discharge of liquid water from the fuel cell according to the invention.

7 zeigt eine Variante des Hybridströmungsfelds gemäß 6, wobei sich die Strömungsquerschnitte (9.1, 9.1') der Kanäle (5, 5') gegenläufig zueinander linear ändern. Auch bei dieser Variante muss evtl. anfallendes flüssiges Wasser an keiner Stelle der Kanäle entgegen der Richtung der Schwerkraft (17) bewegt werden, um es aus der Brennstoffzelle hinaus zu befördern. 7 shows a variant of the hybrid flow field according to 6 , wherein the flow cross sections ( 9.1 . 9.1 ') of the channels ( 5 . 5 ' ) change linearly in opposite directions. In this variant too, any accumulating liquid water at any point of the channels must not be counter to the direction of gravity ( 17 ) are moved to convey it out of the fuel cell.

8 zeigt eine Variante eines Ausschnitts aus einer Separatorplatteneinheit mit einem Hybridströmungsfeld einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, bei der sich der Strömungsquerschnitt (9.1) des ersten Kanals (5) kontinuierlich ändert und sich der Strömungsquerschnitt (9.1') des benachbarten, zweiten Kanals (5') diskontinuierlich ändert. Zusätzlich weist Kanal (5) einen darunter liegenden Zudosierungsraum (19) für die Zudosierung eines Reaktionsstoffs auf, dessen Strömungsquerschnitt sich in Strömungsrichtung (13) verkleinert. Kanal (5) und der Zudosierungsraum (19) sind über mehrere Zudosierungsstellen (20), von denen der Übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle nur eine bezeichnet ist, miteinander fluidisch verbunden. Derartige Strömungsfelder mit Zudosierungsräumen (19) sind beispielsweise aus den Patentanmeldungen DE 10 2004 058 117 A1 (nicht vorveröffentlicht) und DE 10 2005 035 098.4 A1 (nicht vorveröffentlicht) der Anmelderin bekannt. 8th 1 shows a variant of a section of a separator plate unit with a hybrid flow field of a fuel cell according to the invention, in which the flow cross-section (FIG. 9.1 ) of the first channel ( 5 ) continuously changes and the flow cross section ( 9.1 ') of the adjacent second channel ( 5 ' ) changes discontinuously. In addition, channel ( 5 ) an underlying metering space ( 19 ) for the metered addition of a reactant whose flow cross section in the flow direction ( 13 ) reduced. Channel ( 5 ) and the dosing space ( 19 ) are distributed over several metering points ( 20 ), of which for the sake of clarity is representative of all only one, fluidly connected to each other. Such flow fields with metering spaces ( 19 ) are for example from the patent applications DE 10 2004 058 117 A1 (not pre-published) and DE 10 2005 035 098.4 A1 (not previously published) known to the applicant.

Kanal (5) und Kanal (5') liegen in einer Ebene und sind zur MEA (nicht dargestellt) hin offen, um die MEA mit einem Reaktionsstoff zu versorgen. Kanal (5) ist im Eingangsbereich (10) geschlossen und im Ausgangsbereich (12) geöffnet. Kanal (5') weist im Eingangsbereich (10) einen kleinen Strömungsquerschnitt (9.1') auf und hat stromabwärts in Kanalabschnitt (11') und Ausgangsbereich (12) einen vergrößerten Strömungsquerschnitt (9.2'). Ein Zudosierungsraum (19, gestrichelt) liegt eine Ebene unter den Kanälen (5, 5'). Der Zudosierungsraum (19) hat also keinen direkten Kontakt zur MEA. Zudosierungsraum (19) ist im Eingangsbereich (10) geöffnet und am stromabwärts gegenüberliegenden Ende geschlossen. Zudosierungsraum (19) und Kanal (5) sind über die Zudosierungsstellen (20) fluidisch miteinander verbunden. Ein Teil der Luft wird über Kanal (5') der Zelle zugeführt. Durch den verengten Querschnitt (9.1') im Eingangsbereich (10) stellen sich in den Bereichen (11') und (12) geringere Drücke ein. Ein anderer Teil der Luft wird über Zudosierungsraum (19) der Brennstoffzelle zugeführt. Durch den relativ großen Strömungsquerschnitt des Zudosierungsraums (19) stellt sich in dessen Eingangsbereich ein relativ hoher Druck ein. Ein Teil der Luft aus dem Zudosierungsraum (19) strömt durch die erste Zudosierungsstelle (20) in Kanal (5) ein. Die Strömungsquerschnitte bzw. Druckverluste sind dabei so eingestellt, dass lokal in Kanal (5) jeweils ein höherer Druck als in Kanal (5') herrscht. Durch die Druckdifferenz von Kanal (5) zu Kanal (5') kommt es zu einer Quer- bzw. Ausgleichsströmung (14) unter den Stegen der angrenzenden GDL hindurch von Kanal (5) zu Kanal (5').Channel ( 5 ) and channel ( 5 ' ) lie in a plane and are open to the MEA (not shown) to provide the MEA with a reactant. Channel ( 5 ) is in the entrance area ( 10 ) closed and in the exit area ( 12 ) open. Channel ( 5 ' ) points in the entrance area ( 10 ) a small Flow cross-section ( 9.1 ') and has downstream in channel section ( 11 ' ) and exit area ( 12 ) an enlarged flow cross-section ( 9.2 '). A dosing room ( 19 , dashed) is a level below the channels ( 5 . 5 ' ). The dosing space ( 19 ) has no direct contact to the MEA. Dosing space ( 19 ) is in the entrance area ( 10 ) and closed at the downstream end. Dosing space ( 19 ) and channel ( 5 ) are available through the dosing 20 ) fluidly connected to each other. Part of the air is channeled ( 5 ' ) supplied to the cell. Due to the narrowed cross section ( 9.1 ') in the entrance area ( 10 ) arise in the areas ( 11 ' ) and ( 12 ) lower pressures. Another part of the air is supplied via dosing room ( 19 ) supplied to the fuel cell. Due to the relatively large flow cross-section of the dosing space ( 19 ) a relatively high pressure arises in its input area. Part of the air from the dosing room ( 19 ) flows through the first metering point ( 20 ) in channel ( 5 ) one. The flow cross sections or pressure losses are adjusted so that locally in channel ( 5 ) each higher pressure than in channel ( 5 ' ) prevails. Due to the pressure difference of channel ( 5 ) to channel ( 5 ' ) there is a transverse or equalizing flow ( 14 ) under the webs of the adjacent GDL of channel ( 5 ) to channel ( 5 ' ).

Die Konzentrationsverläufe der Reaktionsstoffe, insbesondere H₂O und O₂, werden bei dieser Brennstoffzelle in zweifacher Weise homogenisiert. Durch die Zudosierung ergibt sich eine Homogenisierung in Strömungsrichtung (13), durch die Quer- bzw. Ausgleichsströmung (14) zwischen Kanal (5) und (5') ergibt sich eine Homogenisierung quer dazu.The concentration profiles of the reactants, in particular H ₂ O and O ₂ , are homogenized in this fuel cell in two ways. By metering results in a homogenization in the flow direction ( 13 ), by the transverse or equalizing flow ( 14 ) between channel ( 5 ) and ( 5 ' ) results in a homogenization transverse to it.

Dadurch dass in Kanal (5) zunächst nur geringere Mengen an Luft zudosiert werden nimmt hier der H₂O Gehalt in Strömungsrichtung (13) schneller zu. Durch die Quer- bzw. Ausgleichsströmung (14) ergibt sich unter den Stegen ein erhöhter O₂-Partialdruck. Im Verlauf von Kanal (5') stellt sich relativ schnell ein hoher H₂O-Partialdruck ein, da nur wenig Gas zugeführt wird. Das durch die Stegunterströmung zugeführte Gas hat auch einen relativ hohen H₂O-Partialdruck, sodass der Verlauf der relativen Feuchte in Strömungsrichtung (13), entlang von Kanal (5') auf einem hohen Niveau bleibt. Durch die Homogenisierung der Partialdrücke über die gesamte angrenzende aktive Fläche der MEA wird ein örtlich homogener Ablauf der Brennstoffzellenreaktion erreicht.Because in channel ( 5 ) initially only smaller amounts of air are added takes here the H ₂ O content in the flow direction ( 13 ) faster too. Due to the lateral or equalizing flow ( 14 ) results in an elevated O ₂ partial pressure under the webs. In the course of channel ( 5 ' ), a high H ₂ O partial pressure sets in relatively quickly since only a small amount of gas is supplied. The gas supplied by the web underflow also has a relatively high H ₂ O partial pressure, so that the course of the relative humidity in the flow direction (FIG. 13 ), along the canal ( 5 ' ) remains at a high level. By homogenizing the partial pressures over the entire adjacent active area of the MEA, a locally homogeneous sequence of the fuel cell reaction is achieved.

9 zeigt den simulierten Verlauf des O₂-Partialdrucks unter einem Steg zwischen zwei kathodenseitigen Fluidführungskanälen (5, 5') in einer herkömmlichen Brennstoffzelle (geringe Stegunterströmung) in Strömungsrichtung. Dabei herrscht am Eingang des Kanals (5) ein um ca. 40 mbar höherer Druck als am Eingang des benachbarten Kanals (5'). Durch den Druckunterschied stellt sich eine Quer- bzw. Ausgleichsströmung unter dem Steg hindurch von Kanal (5) zu Kanal (5') ein, die in diesem Beispiel aufgrund des geringen Druckunterschieds zwischen Kanal (5) und Kanal (5') entsprechend klein ist. Als Resultat ergeben sich vergleichsweise geringe Werte für den O₂-Partialdruck und als Folge davon geringere lokale Stromdichten und Wirkungsgrade unter den Stegen (21) als im Bereich der Fluidführungskanäle. Der vorliegenden Simulation liegen u. a. folgende Annahmen zugrunde: Die Steg-Überströmung wird als Darcy-Strömung behandelt und ist deutlich größer als Stofftransport durch Diffusion in der porösen Gasdiffusionsschicht. Die Stromdichte liegt konstant bei 1 A/cm². 9 shows the simulated course of the O ₂ partial pressure under a web between two cathode-side fluid-carrying channels ( 5 . 5 ' ) in a conventional fuel cell (small web underflow) in the flow direction. It dominates at the entrance of the channel ( 5 ) at about 40 mbar higher pressure than at the entrance of the adjacent channel ( 5 ' ). Due to the pressure difference, a transverse or equalizing flow under the bridge passes through channel ( 5 ) to channel ( 5 ' ), which in this example is due to the small pressure difference between channel ( 5 ) and channel ( 5 ' ) is correspondingly small. As a result, comparatively low values for the O ₂ partial pressure result, and as a result, lower local current densities and efficiencies among the lands ( 21 ) than in the area of the fluid guide channels. The present simulation is based on the following assumptions: The web overflow is treated as a Darcy flow and is significantly larger than mass transfer by diffusion in the porous gas diffusion layer. The current density is constant at 1 A / cm ² .

10 zeigt eine zu 9 analoge Simulation. Nun ist aber eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle eingesetzt und es herrscht aber am Eingang von Kanal (5) ein um ca. 150 mbar höherer Druck als am Eingang von Kanal (5'). Durch den jetzt deutlich höheren Druckunterschied stellt sich eine stärkere Quer- bzw. Ausgleichsströmung unter dem Steg hindurch von Kanal (5) zu Kanal (5') ein. Im Vergleich zu 1 ergeben sich höhere Werte für den O₂-Partialdruck. Der O₂-Partialdruck unter dem Steg ist nahezu auf dem Niveau der Kanäle (5) und (5'). Somit liegt die lokale Stromdichte ebenfalls nahezu auf dem Niveau der benachbarten Kanäle (5, 5'). Der gesamte Wirkungsgrad der MEA-Fläche über den Kanälen (5, 5') und über dem Steg (21) zeigt somit insgesamt höhere and zudem homogenere Stromdichten sowie homogenere lokale Wirkungsgrade. 10 shows one too 9 analogue simulation. But now a fuel cell according to the invention is used and it prevails but at the entrance of channel ( 5 ) a pressure higher by about 150 mbar than at the entrance of Kanal ( 5 ' ). Due to the now significantly higher pressure difference, a stronger transverse or equalizing flow is created under the bridge of channel ( 5 ) to channel ( 5 ' ) one. Compared to 1 higher values result for the O ₂ partial pressure. The O ₂ partial pressure below the web is almost at the level of the channels ( 5 ) and ( 5 ' ). Thus, the local current density is also almost at the level of the adjacent channels ( 5 . 5 ' ). The overall efficiency of the MEA area over the channels ( 5 . 5 ' ) and over the jetty ( 21 ) thus shows overall higher and more homogeneous current densities as well as more homogeneous local efficiencies.

Die in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Strömungsfelder wurden anhand von Luft als Oxidationsmittel bzw. Fluid erläutert und eignen sich insbesondere für die der Kathode zugewandte Oberfläche einer Separatorplatteneinheit. Sie lassen sich aber auch auf die der Anode zugewandte Oberfläche einer Separatorplatteneinheit übertragen, um die Konzentrationsverläufe der dort strömenden Fluide (Brennstoff, insbesondere H₂ oder ein H₂-haltiges Gas) zu homogenisieren.The flow fields described in the above examples were explained on the basis of air as oxidizing agent or fluid and are particularly suitable for the cathode-facing surface of a Separatorplatteneinheit. However, they can also be transferred to the anode-facing surface of a separator plate unit in order to homogenize the concentration profiles of the fluids flowing there (fuel, in particular H ₂ or an H ₂ -containing gas).

Die erläuterten Beispiele stellen Ausgestaltungen für den gesamten Bereich eines Strömungsfelds dar. Es sind aber auch Ausgestaltungen möglich, die teilweise auf herkömmlichen Strömungsfeldern beruhen und teilweise auf den hier offenbarten Hybridströmungsfeldern.The illustrated examples represent embodiments for the entire area of a flow field. However, embodiments are also possible which are based in part on conventional flow fields and partly on the hybrid flow fields disclosed here.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Separatorplatteneinheitseparator plate
22: Eingangsport für LuftInput port for air
33: Ausgangsport für LuftOutput port for air
44: Strömungsfeldflow field
5, 5'5, 5 ': Durchstrom-FluidführungskanalFlow-through fluid guide channel
66: Separatorplatteneinheitseparator plate
77: Strömungsfeldflow field
8, 8'8, 8 ': ineinander greifende Fluidführungskanäleinterlocking fluid guide channels
9.1, 9.29.1, 9.2: Strömungsquerschnitte von Kanal 5 Flow cross sections of channel 5
9.1', 9.2'9.1 ', 9.2': Strömungsquerschnitte von Kanal 5' Flow cross sections of channel 5 '
10, 10'10, 10 ': Eingangsbereichentrance area
11, 11'11, 11 ': Kanalabschnittchannel section
12, 12'12, 12 ': Ausgangsbereichoutput range
1313: Strömungsrichtungflow direction
1414: Ausgleichs- bzw. QuerströmungEqualizing or cross flow
15, 15'15, 15 ': Zwischensteggutter
1616: Stegweb
1717: Richtung der SchwerkraftDirection of gravity
18, 18'18, 18 ': in Richtung der Schwerkraft unterer Randin the direction of gravity lower edge
1919: Zudosierungsraummetering area
2020: Zudosierungsstellemetering point
2121: O₂-Partialdruck unterhalb eines StegsO ₂ partial pressure below a web

Claims

Fuel cell with a Separatorplatteneinheit having a flow field with two or more flow-through fluid ducts (channels), adjacent arranged on the Separatorplatteneinheit flow field channels have oppositely varying flow cross-sections, characterized in that increases the flow cross-section of a first channel in the flow direction and the flow cross section of a second, adjacent to the first channel channel in the flow direction decreases.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the flow cross sections of the channels change discontinuously.

Fuel cell according to claim 2, characterized in that the flow cross-section of the first channel in the region of its input increases once in a step and the flow cross-section of the adjacent, second channel in the region of its output once reduced in stages.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the flow cross sections of the channels change continuously.

Fuel cell according to claim 4, characterized in that the flow cross section of the first channel increases continuously and the flow cross section of the adjacent, second channel decreases continuously.

Fuel cell according to claim 4 or 5, characterized in that the flow cross sections of the channels change linearly.

Fuel cell according to one of claims 4 to 6, characterized, a first channel having a flow cross section which increases continuously in the flow direction in the region of its output has at least one intermediate web, by means of which the channel is divided in the flow direction into at least two arms, and that an adjacent, second channel having a flow cross-section which continuously narrows in the flow direction has at least one intermediate web in the region of its inlet, through which at least two arms of the channel are separated and brought together in the flow direction.

Fuel cell according to one of claims 1 to 7, characterized in that the change of the flow cross sections of the channels is designed so that in the fuel cell resulting liquid water for removal from the fuel cell during normal operation and proper arrangement of the fuel cell in a fuel cell system at any point of Channels must be moved against the direction of gravity.

Fuel cell according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one of two adjacent channels, preferably the channel with increasing in flow direction flow cross-section, a Zudosierungsraum for the metered addition of a reactant, wherein the channel and the metering space via at least one Zudosierungsstelle with each other are fluidically connected.