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DE102020200686A1 - Method for operating a fuel cell and electrochemical system - Google Patents

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DE102020200686A1
DE102020200686A1 DE102020200686.5A DE102020200686A DE102020200686A1 DE 102020200686 A1 DE102020200686 A1 DE 102020200686A1 DE 102020200686 A DE102020200686 A DE 102020200686A DE 102020200686 A1 DE102020200686 A1 DE 102020200686A1
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DE
Germany
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fuel cell
catalyst
magnetic field
permanent magnetic
fuel
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Application number
DE102020200686.5A
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German (de)
Inventor
Thilo Lehre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle (1) umfassend mindestens einen Katalysator (9, 13), wobei die Brennstoffzelle (1) in einem permanenten magnetischen Feld (5) betrieben wird. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrochemisches System.The invention relates to a method for operating a fuel cell (1) comprising at least one catalyst (9, 13), the fuel cell (1) being operated in a permanent magnetic field (5). The invention also relates to an electrochemical system.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle, umfassend mindestens einen Katalysator. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein elektrochemisches System umfassend mindestens eine Brennstoffzelle, die mindestens einen Katalysator umfasst.The present invention relates to a method for operating a fuel cell, comprising at least one catalyst. The invention further relates to an electrochemical system comprising at least one fuel cell which comprises at least one catalyst.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. In Brennstoffzellen wird chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie gewandelt. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.Fuel cells are electrochemical energy converters. In fuel cells, the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent is converted into electrical energy. In known fuel cells, hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in particular are converted into water (H 2 O), electrical energy and heat.

Unter anderem sind Protonenaustauschmembran (Protone exchange membrane = PEM)-Brennstoffzellen bekannt. PEM-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt. Bei PEM-Brennstoffzellen herrschen üblicherweise Betriebstemperaturen unterhalb von 120° C.Among other things, proton exchange membrane (PEM) fuel cells are known. PEM fuel cells have a centrally arranged membrane that is permeable to protons, i.e. hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is thereby spatially separated from the fuel, in particular hydrogen. PEM fuel cells usually have operating temperatures below 120 ° C.

Darüber hinaus sind Festoxidbrennstoffzellen, die auch als solid oxide fuel cell (SOFC)-Brennstoffzellen bezeichnet werden, bekannt. SOFC-Brennstoffzellen besitzen eine höhere Betriebstemperatur und Abgastemperatur als PEM-Brennstoffzellen. SOFC-Brennstoffzellen finden insbesondere im stationären Betrieb Anwendung.In addition, solid oxide fuel cells, which are also referred to as solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cells, are known. SOFC fuel cells have a higher operating temperature and exhaust gas temperature than PEM fuel cells. SOFC fuel cells are used in particular in stationary operation.

Eine PEM-Brennstoffzelle weist im Wesentlichen fünf Komponenten auf. Die protonenleitfähige Polymermembran ist zwischen zwei Gasdiffusionslagen eingebettet, die üblicherweise aus mikroporös ausgebildetem Graphitpapier oder Graphitgewebe aufgebaut sind. Die Membran oder die beiden Gasdiffusionslagen sind üblicherweise an Kontaktflächen mit Katalysatormaterial beschichtet. Außerhalb der Gasdiffusionslagen befinden sich beidseitig Bipolarplatten. Ein Stapel beziehungsweise eine Wiederholungseinheit dieses Aufbaus wird auch als Stack bezeichnet.A PEM fuel cell essentially has five components. The proton-conductive polymer membrane is embedded between two gas diffusion layers, which are usually made up of microporous graphite paper or graphite fabric. The membrane or the two gas diffusion layers are usually coated with catalyst material on contact surfaces. Outside the gas diffusion layers there are bipolar plates on both sides. A stack or a repeat unit of this structure is also referred to as a stack.

Die eingesetzten Bipolarplatten übernehmen verschiedene Funktionen und dienen als Verteilerstruktur. Die Bipolarplatten verteilen Reaktionsgase gleichmäßig über die aktive Fläche der Brennstoffzelle und leiten Elektronen von den Gasdiffusionslagen in benachbarte Zellen. Flüssiges Wasser oder als Reaktionsprodukt entstehender Wasserdampf und Produktgase werden aus der Zelle also der Brennstoffzelle abtransportiert. Des Weiteren wird Wärme aus der Katalysatorschicht in Kühlmittel abgeleitet.The bipolar plates used take on various functions and serve as a distribution structure. The bipolar plates distribute reaction gases evenly over the active surface of the fuel cell and conduct electrons from the gas diffusion layers into neighboring cells. Liquid water or water vapor and product gases formed as a reaction product are transported away from the cell, i.e. the fuel cell. In addition, heat is dissipated from the catalyst layer in the coolant.

Brennstoffzellen weisen eine Anode und eine Kathode auf. In einer Brennstoffzelle wird der Brennstoff an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert, die zur Kathode gelangen. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zur Kathode.Fuel cells have an anode and a cathode. In a fuel cell, the fuel is fed to the anode of the fuel cell and is catalytically oxidized with the release of electrons to protons, which reach the cathode. The released electrons are diverted from the fuel cell and flow to the cathode via an external circuit.

Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: O2 + 4H+ + 4e- → 2 H2O The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is supplied to the cathode of the fuel cell and reacts by absorbing electrons from the external circuit and protons to form water. The resulting water is drained from the fuel cell. The gross response is: O 2 + 4H + + 4e - → 2 H 2 O

Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel, also dem Stack, angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden.A voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell. To increase the voltage, several fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack, that is to say the stack, and electrically connected in series.

Zur Verbesserung der Reaktion an der Kathode ist häufig eine Katalysatorschicht auf der Membran vorgesehen. Die Katalysatorschicht enthält insbesondere Platin, welches beispielsweise mittels chemischer Abscheidung auf der Membran abgelagert wird. Vorzugsweise wird das Platin dabei in Form von verhältnismäßig kleinen Partikeln verwendet. Die Katalysatorschichten können durch poröse Schichten aus Kohlenstoffpartikeln gebildet sein, die mit Platinpartikeln belegt sind.A catalyst layer is often provided on the membrane to improve the reaction at the cathode. The catalyst layer contains in particular platinum, which is deposited on the membrane, for example by means of chemical deposition. The platinum is preferably used in the form of relatively small particles. The catalyst layers can be formed by porous layers of carbon particles which are coated with platinum particles.

Die Kohlenstoffpartikel müssen vor Oxidation geschützt werden, beispielsweise durch systemische Maßnahmen wie der Reduktion von Luft-Luft-Startvorgängen, dem Betrieb mit überschüssigem Wasserstoff und einer Wasserstoffrezirkulation.The carbon particles must be protected from oxidation, for example through systemic measures such as the reduction of air-to-air starting processes, operation with excess hydrogen and hydrogen recirculation.

Die Kohlenstoffkorrosion stellt einen schwerwiegenden Alterungsmechanismus der Brennstoffzelle dar und tritt insbesondere unter Brennstoffmangel, auch unter lokalem Brennstoffmangel oder während des Startvorgangs, auf, wobei eine Luft/H2-Front durch die Anode wandert.Carbon corrosion represents a serious aging mechanism of the fuel cell and occurs in particular when there is a lack of fuel, also when there is a local lack of fuel or during the starting process, with an air / H 2 front migrating through the anode.

DE 1 301 845 A beschreibt ein Brennstoffelement mit im Elektrolyten enthaltenen ferromagnetischen Katalysatoren. An eine Brennstoffzelle kann ein wechselndes magnetisches Feld angelegt werden, um Einfluss auf die Katalysatorpartikelteilchen zu nehmen. DE 1 301 845 A describes a fuel element with ferromagnetic catalysts contained in the electrolyte. An alternating magnetic field can be applied to a fuel cell in order to influence the catalyst particle particles.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle umfassend mindestens einen Katalysator vorgeschlagen, wobei die Brennstoffzelle in einem permanenten magnetischen Feld betrieben wird.A method for operating a fuel cell comprising at least one catalyst is proposed, the fuel cell being operated in a permanent magnetic field.

Ferner wird ein elektrochemisches System vorgeschlagen, umfassend mindestens eine Brennstoffzelle und einen Permanentmagneten oder eine Spule zur Erzeugung eines permanenten magnetischen Felds, in dem die Brennstoffzelle angeordnet ist, wobei die Brennstoffzelle mindestens einen Katalysator umfasst.Furthermore, an electrochemical system is proposed, comprising at least one fuel cell and a permanent magnet or a coil for generating a permanent magnetic field in which the fuel cell is arranged, the fuel cell comprising at least one catalyst.

Bevorzugt ist die Brennstoffzelle eine PEM-Brennstoffzelle. Das permanente magnetische Feld wird bevorzugt wird durch einen Permanentmagneten oder eine Spule erzeugt.The fuel cell is preferably a PEM fuel cell. The permanent magnetic field is preferably generated by a permanent magnet or a coil.

Bevorzugt ist eine Richtung des permanenten magnetischen Felds im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung eines elektrischen Felds der Brennstoffzelle ausgerichtet. Im Wesentlichen orthogonal ist dahingehend zu verstehen, dass Feldlinien des permanenten magnetischen Felds mit Feldlinien des elektrischen Felds einen Winkeln in einem Bereich von 70° bis 110°, weiter bevorzugt von 80° bis 100°, insbesondere bevorzugt von 85° bis 95°, zum Beispiel 90°, einschließen.A direction of the permanent magnetic field is preferably oriented essentially orthogonally to a direction of an electric field of the fuel cell. Essentially orthogonal is to be understood to mean that field lines of the permanent magnetic field with field lines of the electric field form an angle in a range from 70 ° to 110 °, more preferably from 80 ° to 100 °, particularly preferably from 85 ° to 95 ° Example 90 °, include.

Bevorzugt umfasst die Brennstoffzelle einen ersten Katalysator, des mindestens einen Katalysators, wobei der erste Katalysator Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstoffpartikel, umfasst. Die Kohlenstoffpartikel weisen bevorzugt einen mittleren Durchmesser in einem Bereich von 10 nm bis 100 nm, mehr bevorzugt von 30 nm bis 70 nm, insbesondere bevorzugt von 40 nm bis 60 nm, zum Beispiel 50 nm, auf. Vorteilhaft weisen die Kohlenstoffpartikel eine protonenleitfähige Beschichtung auf. Die protonenleitfähige Beschichtung enthält bevorzugt ein Polymer, wobei das Polymer insbesondere Perfluorsulfonsäure (PFSA) umfasst.The fuel cell preferably comprises a first catalyst of the at least one catalyst, the first catalyst comprising carbon, in particular carbon particles. The carbon particles preferably have an average diameter in a range from 10 nm to 100 nm, more preferably from 30 nm to 70 nm, particularly preferably from 40 nm to 60 nm, for example 50 nm. The carbon particles advantageously have a proton-conductive coating. The proton-conductive coating preferably contains a polymer, the polymer in particular comprising perfluorosulfonic acid (PFSA).

Der erste Katalysator umfasst weiter bevorzugt Platin, insbesondere Platinpartikel. Die Platinpartikel weisen bevorzugt einen mittleren Durchmesser in einem Bereich von 0,1 nm bis 10 nm, mehr bevorzugt von 1 nm bis 9 nm, insbesondere bevorzugt von 2 nm bis 8 nm, zum Beispiel 5 nm, auf.The first catalyst furthermore preferably comprises platinum, in particular platinum particles. The platinum particles preferably have an average diameter in a range from 0.1 nm to 10 nm, more preferably from 1 nm to 9 nm, particularly preferably from 2 nm to 8 nm, for example 5 nm.

Bevorzugt umfasst die Brennstoffzelle einen zweiten Katalysator, der die Spaltung von Wasser katalysiert. Der zweite Katalysator enthält insbesondere Iridiumoxid. Ferner kann der zweite Katalysator an der Anode und/oder an der Kathode der Brennstoffzelle angeordnet sein. Bevorzugt ist der zweite Katalysator an der Anode der Brennstoffzelle angeordnet. Der zweite Katalysator dient insbesondere dem Schutz der Kohlenstoffpartikel vor Oxidation. Entsprechend wird der Schutz der Kohlenstoffträger, also der Kohlenstoffpartikel, in den Elektroden weiter unterstützt.The fuel cell preferably comprises a second catalyst which catalyzes the splitting of water. The second catalyst contains in particular iridium oxide. Furthermore, the second catalyst can be arranged on the anode and / or on the cathode of the fuel cell. The second catalyst is preferably arranged on the anode of the fuel cell. The second catalyst serves in particular to protect the carbon particles from oxidation. Correspondingly, the protection of the carbon carriers, i.e. the carbon particles, in the electrodes is further supported.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere eingesetzt, wenn ein lokaler Brennstoffmangel in der Brennstoffzelle vorliegt und/oder während eines Luft-Luft-Startvorgangs, da in diesen Betriebszuständen das Risiko der Kohlenstoffkorrosion besonders hoch ist.The method according to the invention is used in particular when there is a local lack of fuel in the fuel cell and / or during an air-air starting process, since the risk of carbon corrosion is particularly high in these operating states.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Alterungsprozess von Brennstoffzellen vermindert. Insbesondere werden die Elektroden vor Korrosion des im Katalysator enthaltenden Kohlenstoffs geschützt.The aging process of fuel cells is reduced by the method according to the invention. In particular, the electrodes are protected from corrosion of the carbon contained in the catalyst.

Zur Vermeidung der Kohlenstoffkorrosion kann bereits an der Anode und/oder der Kathode zusätzlich ein Katalysator zur Spaltung von Wasser, also zur Bildung von Sauerstoff aus Wasser, vorliegen. Die Kinetik der Wasserspaltung beziehungsweise der Bildung von Sauerstoff aus Wasser kann aufgrund der Elektronen-Spin-Konfiguration des Sauerstoffmoleküls vor allem in Kombination mit heterogener Katalyse durch das permanente magnetische Feld verbessert werden.To avoid carbon corrosion, a catalyst for splitting water, that is to say for forming oxygen from water, can also be present on the anode and / or the cathode. The kinetics of water splitting or the formation of oxygen from water can be improved by the permanent magnetic field due to the electron spin configuration of the oxygen molecule, especially in combination with heterogeneous catalysis.

Sind magnetische Feldlinien im Wesentlichen orthogonal zu elektrischen Feldlinien, wirkt auf geladene Teilchen, die sich im elektrischen Feld bewegen, eine sogenannte Lorentzkraft, wobei die Richtung der Lorentzkraft orthogonal zu den magnetischen Feldlinien und den elektrischen Feldlinien ist. Die Lorentzkraft führt zu einer verbesserten Desorption von Gasen von der Katalysatoroberfläche und damit zu einer erhöhten Reaktionskinetik.If magnetic field lines are essentially orthogonal to electric field lines, a so-called Lorentz force acts on charged particles that move in the electric field, whereby the direction of the Lorentz force is orthogonal to the magnetic field lines and the electric field lines. The Lorentz force leads to an improved desorption of gases from the catalyst surface and thus to increased reaction kinetics.

Das permanente magnetische Feld wirkt sich also vorteilhaft auf die Reaktionskinetik der Elektrolyse aus, die eine Nebenreaktion im Betrieb der Brennstoffzelle darstellt. Ferner kann entsprechend ein Vorteil bezüglich der Reaktionskinetik der Hauptreaktion in Form der Sauerstoffreduktion O2+4e- —► 2 O2- erreicht werden, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle führt.The permanent magnetic field therefore has an advantageous effect on the reaction kinetics of the electrolysis, which is a side reaction in the operation of the fuel cell. Furthermore, an advantage with regard to the reaction kinetics of the main reaction in the form of the oxygen reduction O 2 + 4e - —► 2 O 2- can be achieved, which leads to an increase in the efficiency of the fuel cell.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing and the following description.

Es zeigt:

  • 1 eine Schnittansicht einer PEM-Brennstoffzelle mit einer ersten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds,
  • 2 eine Schnittansicht einer PEM-Brennstoffzelle mit einer zweiten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds,
  • 3 eine Schnittansicht einer PEM-Brennstoffzelle mit einer dritten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds und
  • 4 eine Schnittansicht einer PEM-Brennstoffzelle mit einer vierten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds.
It shows:
  • 1 a sectional view of a PEM fuel cell with a first orientation of a permanent magnetic field,
  • 2 a sectional view of a PEM fuel cell with a second orientation of a permanent magnetic field,
  • 3 a sectional view of a PEM fuel cell with a third orientation of a permanent magnetic field and
  • 4th a sectional view of a PEM fuel cell with a fourth orientation of a permanent magnetic field.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle 1 in Form einer PEM-Brennstoffzelle 7 mit einer ersten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds 5. 1 Fig. 10 shows a sectional view of a fuel cell 1 in the form of a PEM fuel cell 7th with a first orientation of a permanent magnetic field 5 .

Die Brennstoffzelle 1 weist eine Anode 21 und eine Kathode 23 auf. Über einen externen Stromkreis werden Elektronen 29 von der Anode 21 zur Kathode 23 geführt. An der Anode 21 wird Wasserstoff 25 und an der Kathode 23 wird Sauerstoff 27 zugeführt. Die Anode 21 ist von der Kathode 23 durch eine Membran 15 getrennt.The fuel cell 1 has an anode 21 and a cathode 23 on. Electrons are generated via an external circuit 29 from the anode 21 to the cathode 23 guided. At the anode 21 becomes hydrogen 25th and at the cathode 23 becomes oxygen 27 fed. The anode 21 is from the cathode 23 through a membrane 15th Cut.

Die Anode 21 und die Kathode 23 weisen jeweils eine Katalysatorschicht 16 und eine Gasdiffusionslage 17 auf. Die Katalysatorschichten 16 umfassen jeweils mindestens einen Katalysator 9, 13. Ein erster Katalysator 9 enthält Kohlenstoffpartikel 11 und Platin 14. Ferner umfassen die Katalysatorschichten 16 jeweils einen zweiten Katalysator 13 zur Katalyse der Spaltung von Wasser.The anode 21 and the cathode 23 each have a catalyst layer 16 and a gas diffusion layer 17th on. The catalyst layers 16 each comprise at least one catalyst 9 , 13th . A first catalyst 9 contains carbon particles 11 and platinum 14th . The catalyst layers also comprise 16 a second catalyst each 13th to catalyze the splitting of water.

Die Membran 15 und die Katalysatorschichten 16 sind konstruktiv zu einer Membran-Elektroden-Anordnung 19 zusammengefasst.The membrane 15th and the catalyst layers 16 are constructive to a membrane-electrode-arrangement 19th summarized.

Die Brennstoffzelle 1 ist in dem permanenten magnetischen Feld 5 angeordnet, das die Reaktionskinetik der Spaltung von Wasser an dem zweiten Katalysator 13 verbessert. Feldlinien des permanenten magnetischen Felds 5 sind orthogonal zu Feldlinien eines elektrischen Felds 6 der Brennstoffzelle 1 ausgerichtet, woraus sich eine Lorentzkraft 3 ergibt. Die Richtungen des permanenten magnetischen Felds 5, des elektrischen Felds 6 und der Lorentzkraft 3 sind dargestellt. Diese Anordnung dient insbesondere dem Schutz der Anode 21 vor Kohlenstoffkorrosion.The fuel cell 1 is in the permanent magnetic field 5 arranged that the reaction kinetics of the splitting of water on the second catalyst 13th improved. Field lines of the permanent magnetic field 5 are orthogonal to the field lines of an electric field 6th the fuel cell 1 aligned, from which a Lorentz force 3 results. The directions of the permanent magnetic field 5 , the electric field 6th and the Lorentz force 3 are shown. This arrangement serves in particular to protect the anode 21 from carbon corrosion.

2 zeigt eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle 1 mit einer zweiten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds 5. 2 entspricht 1 mit dem Unterschied, dass das permanente magnetische Feld 5 entgegengesetzt ausgerichtet ist, wodurch sich auch die Richtung der Lorentzkraft 3 ändert. Diese Anordnung dient insbesondere dem Schutz der Kathode 23 vor Kohlenstoffkorrosion sowie der Steigerung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle 1. 2 Fig. 10 shows a sectional view of a fuel cell 1 with a second orientation of a permanent magnetic field 5 . 2 is equivalent to 1 with the difference that the permanent magnetic field 5 is oriented in the opposite direction, which also changes the direction of the Lorentz force 3 changes. This arrangement serves in particular to protect the cathode 23 against carbon corrosion as well as increasing the efficiency of the fuel cell 1 .

3 zeigt eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle 1 mit einer dritten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds 5. Gemäß 3 tritt das permanente magnetische Feld 5 in die Bildebene hinein. Die resultierende Lorentzkraft 3 ist in der Bildebene nach links gerichtet. 3 Fig. 10 shows a sectional view of a fuel cell 1 with a third orientation of a permanent magnetic field 5 . According to 3 enters the permanent magnetic field 5 into the image plane. The resulting Lorentz force 3 is directed to the left in the image plane.

4 zeigt eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle 1 mit einer vierten Ausrichtung eines permanenten magnetischen Felds 5. Gemäß 4 tritt das permanente magnetische Feld 5 aus der Bildebene heraus. Die resultierende Lorentzkraft 3 ist in der Bildebene nach rechts gerichtet. 4th Fig. 10 shows a sectional view of a fuel cell 1 with a fourth orientation of a permanent magnetic field 5 . According to 4th enters the permanent magnetic field 5 out of the picture plane. The resulting Lorentz force 3 is directed to the right in the image plane.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the range specified by the claims, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 1301845 A [0013]DE 1301845 A [0013]

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle (1) umfassend mindestens einen Katalysator (9, 13), wobei die Brennstoffzelle (1) in einem permanenten magnetischen Feld (5) betrieben wird.A method for operating a fuel cell (1) comprising at least one catalyst (9, 13), the fuel cell (1) being operated in a permanent magnetic field (5). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) eine PEM-Brennstoffzelle (7) ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the fuel cell (1) is a PEM fuel cell (7). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) einen ersten Katalysator (9) umfasst, der Kohlenstoffpartikel (11) enthält.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the fuel cell (1) comprises a first catalyst (9) which contains carbon particles (11). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffpartikel (11) einen mittleren Durchmesser in einem Bereich von 10 nm bis 100 nm, insbesondere von 30 nm bis 70 nm aufweisen.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the carbon particles (11) have an average diameter in a range from 10 nm to 100 nm, in particular from 30 nm to 70 nm. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffpartikel (11) eine protonenleitfähige Beschichtung ausweisen, die ein Polymer enthält, wobei das Polymer insbesondere Perfluorsulfonsäure (PFSA) umfasst.Procedure according to Claim 3 or 4th , characterized in that the carbon particles (11) have a proton-conductive coating which contains a polymer, the polymer in particular comprising perfluorosulfonic acid (PFSA). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gegenzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) einen zweiten Katalysator (13) zur Katalyse der Spaltung von Wasser umfasst, der insbesondere Iridiumoxid enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell (1) comprises a second catalyst (13) for catalyzing the splitting of water, which in particular contains iridium oxide. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das permanente magnetische Feld (5) durch einen Permanentmagneten oder eine Spule erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnetic field (5) is generated by a permanent magnet or a coil. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung des permanenten magnetischen Felds (5) im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung eines elektrischen Felds (6) der Brennstoffzelle (1) ausgerichtet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a direction of the permanent magnetic field (5) is oriented essentially orthogonally to a direction of an electric field (6) of the fuel cell (1). Elektrochemisches System umfassend mindestens eine Brennstoffzelle (1) und einen Permanentmagneten oder eine Spule zur Erzeugung eines permanenten magnetischen Felds (5), in dem die Brennstoffzelle (1) angeordnet ist, wobei die Brennstoffzelle (1) mindestens einen Katalysator (9, 13) umfasst.Electrochemical system comprising at least one fuel cell (1) and a permanent magnet or a coil for generating a permanent magnetic field (5) in which the fuel cell (1) is arranged, the fuel cell (1) comprising at least one catalyst (9, 13) . Elektrochemisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Brennstoffzelle (1) einen zweiten Katalysator (13) zur Katalyse der Spaltung von Wasser umfasst, der insbesondere Iridiumoxide enthält.Electrochemical system according to Claim 9 , characterized in that the at least one fuel cell (1) comprises a second catalyst (13) for catalyzing the splitting of water, which in particular contains iridium oxides.
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