DE112004000556B4

DE112004000556B4 - Stapel mit variablem Druckabfall und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE112004000556B4
Application number: DE112004000556.6T
Authority: DE
Inventors: Daryl Chapman; Jeff A. Rock
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2024-04-13
Also published as: US6936362B2; DE112004000556T5; WO2004093215A3; US20040202917A1; JP2006523933A; CN1774828A; JP4783281B2; WO2004093215B1; WO2004093215A2; CN100388544C

Abstract

Brennstoffzellenstapel mit:
einer Vielzahl von Brennstoffzellen, die zueinander benachbart angeordnet sind, wobei zumindest eine Brennstoffzelle der Vielzahl von Brennstoffzellen eine Elektrodenplatte mit einem darin ausgebildeten Strömungsfeld, eine Membranelektrodenanordnung und ein komprimierbares fluiddurchlässiges Diffusionsmedium aufweist, das zwischen der Membranelektrodenanordnung und der Elektrodenplatte angeordnet ist; und
einem Kompressionselement, das dazu dient, die Vielzahl von Brennstoffzellen im Betrieb variabel aneinander zu pressen, wobei die Brennstoffzellen durch das Kompressionselement so aneinander gepresst werden, dass in der zumindest einen Brennstoffzelle als eine Funktion der Kompression durch das Kompressionselement ein Anteil des Diffusionsmediums variabel in das Strömungsfeld der benachbarten Elektrodenplatte eindringt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und insbesondere Brennstoffzellen, die beim Betrieb mit variierenden Beträgen komprimiert werden, so dass ein gewünschter Betrieb der Brennstoffzelle erreicht wird.
Brennstoffzellen sind bei vielen Anwendungen als eine Energie- bzw. Antriebsquelle verwendet worden. Beispielsweise sind Brennstoffzellen zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugantriebsanlagen als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle geliefert, und Sauerstoff wird als das Oxidationsmittel an die Kathode geliefert. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer dünnen, protonendurchlässigen, nicht elektrisch leitenden Festpolymerelektrolytmembran, die den Anodenkatalysator auf einer Seite und den Kathodenkatalysator auf der entgegengesetzten Seite aufweist. Die MEA ist zwischen einem Paar nicht poröser elektrisch leitender Elemente oder Platten schichtartig angeordnet, die (1) als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen und (2) geeignete Kanäle und/oder Öffnungen enthalten, die darin ausgebildet sind, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren zu verteilen.
Der Begriff ”Brennstoffzelle” wird typischerweise dazu verwendet, abhängig vom Kontext entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen (Stapel bzw. Stack) zu bezeichnen. Typischerweise wird eine Vielzahl einzelner Zellen miteinander gebündelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, die üblicherweise in elektrischer Reihe angeordnet sind. Jede Zelle in dem Stapel umfasst die Membranelektrodenanordnung (MEA), die vorher beschrieben wurde, und jede derartige MEA liefert ihren Spannungszuwachs. Eine Gruppe benachbarter Zellen in dem Stapel wird als ein Cluster bezeichnet.
Bei PEM-Brennstoffzellen ist Wasserstoff (H₂) der Anodenreaktand (d. h. Brennstoff) und Sauerstoff ist der Kathodenreaktand (d. h. Oxidationsmittel). Der Sauerstoff kann entweder in reiner Form (O₂) oder als Luft (eine Mischung aus O₂ und N₂) vorliegen. Die Festpolymerelektrolyte bestehen typischerweise aus Ionentauscherharzen, wie beispielsweise perfluorierter Sulfonsäure. Die Anode bzw. Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, die oftmals auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem protonenleitenden Harz gemischt sind. Die katalytischen Partikel sind typischerweise teure Edelmetallpartikel. Somit sind diese MEAs relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen einschließlich eines richtigen Wassermanagements wie auch einer richtigen Befeuchtung und Steuerung katalysatorschädigender Bestandteile, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), für einen effektiven Betrieb.
Die elektrisch leitenden Platten, die die MEAs schichtartig anordnen, können eine Gruppierung aus Nuten in ihren Seiten umfassen, die ein Reaktandenströmungsfeld definieren, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle (d. h. Wasserstoff und Sauerstoff in der Form von Luft) über die Oberflächen der jeweiligen Kathode und Anode zu verteilen. Diese Reaktandenströmungsfelder umfassen allgemein eine Vielzahl von Stegen, die eine Vielzahl von Strömungskanälen dazwischen definieren, durch die die gasförmigen Reaktanden von einer Versorgungssammelleitung an einem Ende der Strömungskanäle zu einer Austragssammelleitung an dem entgegengesetzten Ende der Strömungskanäle strömen.
Zwischen den Reaktandenströmungsfeldern und der MEA ist ein Diffusionsmedium angeordnet, das mehrere Funktionen besitzt. Eine dieser Funktionen ist die Diffusion von Reaktandengasen hindurch zur Reaktion mit der jeweiligen Katalysatorlage. Eine andere ist die Diffusion von Reaktionsprodukten, wie beispielsweise Wasser, über die Brennstoffzelle. Um diese Funktionen richtig ausführen zu können, muss das Diffusionsmedium ausreichend porös sein, während eine ausreichende Festigkeit beibehalten wird. Die Festigkeit ist erforderlich, um zu verhindern, dass das Diffusionsmedium reißt, wenn es in den Brennstoffzellenstapel eingebaut wird.
Die Strömungsfelder werden sorgfältig bemessen, so dass bei einer bestimmten Strömungsrate bzw. einem bestimmten Durchsatz eines Reaktanden ein festgelegter Druckabfall zwischen dem Strömungsfeldeinlass und dem Strömungsfeldauslass erhalten wird. Bei höheren Strömungsraten wird ein höherer Druckabfall erhalten, während bei geringeren Strömungsraten ein geringerer Druckabfall erhalten wird. Jedoch kann der Druckabfall, der zwischen dem Strömungsfeldeinlass und dem Strömungsfeldauslass auftritt, von dem festgelegten Druckabfall abweichen. Derartige Abweichungen können durch Abweichungen bei der Herstellung der Brennstoffzellen und des Stapels und/oder in den Toleranzen der in den Brennstoffzellen und den Stapeln verwendeten Komponenten bewirkt werden. Derartige Abweichungen von dem festgelegten Druckabfall können für den Betrieb und/oder die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzellen und des Stapels nachteilig sein.
Zusätzlich können Brennstoffzellen und Stapel während niedriger Leistungsentnahmen instabil werden. Dies bedeutet, dass bei einer Niedrigleistungsanforderung der Brennstoffzellen und des Stapels die Strömung von Reaktanden durch die Brennstoffzellen und den Stapel verringert ist und die Geschwindigkeit der Reaktanden durch die Strömungsfelder abnimmt, was zur Folge haben kann, dass der Brennstoffzellenstapel instabil wird. Eine Folge der Instabilität besteht darin, dass die verringerte Geschwindigkeit des Reaktanden keine ausreichende Scherkraft oder keinen ausreichenden dynamischen Druck vorsieht, um Reaktionsprodukte (H₂O) aus den Brennstoffzellen heraus zu transportieren. Die unzureichende Scherkraft oder der unzureichende dynamische Druck kann bewirken, dass die gasförmigen Reaktanden ihren Zugang auf die Reaktionsflächen (Katalysatorlagen) nicht freimachen können, und kann ermöglichen, dass sich Wasser und/oder andere Reaktanden von den Strömungsfeldern innerhalb der Strömungskanäle aufbauen können. Ein Verfahren zur Verbesserung des Niedrigleistungsbetriebs eines Brennstoffzellenstapels besteht darin, die Strömungskanäle so auszubilden, dass sie einen höheren Druckabfall besitzen, so dass bei den niedrigen Leistungsentnahmen eine höhere Strömungsgeschwindigkeit resultiert. Dies ist jedoch unpraktisch durchzuführen, da der Druckabfall allgemein linear mit der Strömungsrate ansteigt. Wenn somit der Druckabfall bei einem Funkt mit niedriger Leistung um 10% erhöht wird, dann steigt der Druckabfall bei einem Punkt mit höherer Leistung ebenfalls um 10%. Da der Druckabfall die verschwendete Energie darstellt, ist es nicht erwünscht, den Druckabfall bei den höheren Leistungsausgaben des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen. Daher besteht Bedarf nach einer verbesserten Brennstoffzelle und/oder einem verbesserten Brennstoffzellenstapel mit einer verbesserten Strömungsfeldgestaltung.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Brennstoffzelle und/oder einen Brennstoffzellenstapel vor, die bzw. der dynamisch gesteuert werden kann, so dass verschiedene Druckabfälle in den Reaktandenströmungen durch den Brennstoffzellenstapel hindurch auftreten können. Die dynamische Steuerung erlaubt, dass der Betrieb der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellenstapels an einen gewünschten Betriebszustand angepasst werden kann.
Ein Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Vielzahl von benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellen. Zumindest eine Brennstoffzelle der Vielzahl von Brennstoffzellen besitzt eine Elektrodenplatte mit einem darin ausgebildeten Strömungsfeld, eine Protonenaustauschmembran und ein komprimierbares fluiddurchlässiges Diffusionsmedium, das benachbart der Elektrodenplatte angeordnet ist. Das Kompressionselement dient dazu, die Vielzahl der Brennstoffzellen variabel aneinander zu pressen bzw. zu komprimieren. Die Brennstoffzellen werden durch das Kompressionselement so aneinander gepresst, dass ein Anteil der Diffusionsmedien in der zumindest einen Brennstoffzelle in das Strömungsfeld in der benachbarten Elektrodenplatte eindringt.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellenstapels mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen vor, wobei zumindest eine Brennstoffzelle der Vielzahl von Brennstoffzellen eine Elektrodenplatte mit einem darin ausgebildeten Strömungsfeld, eine Protonenaustauschmembran und ein komprimierbares fluiddurchlässiges Diffusionsmedium umfasst, das benachbart der Elektrodenplatte angeordnet ist und in das Strömungsfeld komprimierbar ist. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass: (a) Reaktandenzufuhrströme an einen Brennstoffzellenstapel geliefert werden; und (b) eine Kompression des Brennstoffzellenstapels in Ansprechen auf einen Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird, so dass sich das Diffusionsmedium relativ zu dem Strömungsfeld bewegt, um dessen effektive Strömungsfläche zu ändern.
Wie zu sehen ist, sieht die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle und einen Stapel vor, die bzw. der einen einstellbaren Druckabfall aufweist, der geändert werden kann, während die Brennstoffzelle und der Stapel arbeiten, so dass der Druckabfall geändert und ein gewünschter Betriebszustand der Brennstoffzelle und des Stapels erreicht werden kann.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend detaillierter beschrieben. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung wie auch spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Explosionsansicht einer einzelligen Brennstoffzelle gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine teilweise perspektivische Schnittansicht eines Abschnitts eines PEM-Brennstoffzellenstapels, der eine Vielzahl der Brennstoffzellen von 1 umfasst, ist, die die Lagenanordnung einschließlich des Diffusionsmediums zeigt;
3 eine detaillierte Ansicht des in 2 gezeigten Abschnittes ist; und
4A und 4B vereinfachte Schnittansichten eines Brennstoffzellenstapels, der mit einem einstellbaren Kompressionselement komprimiert wird, wie beispielsweise einer Fluidblase bzw. einer Druckkolbeneinrichtung, gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung sind.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
In 1 ist eine einzellige Brennstoffzelle 10 mit einer MEA 12 und einem Paar Diffusionsmedien 32 gezeigt, die schichtartig zwischen einem Paar elektrisch leitender Elektrodenplatten 14 angeordnet sind. Es sei jedoch angemerkt, dass die vorliegende Erfindung, wie nachfolgend beschrieben ist, gleichermaßen auf Brennstoffzellenstapel 15 anwendbar ist, die eine Vielzahl einzelner Zellen umfasst, die in Reihe angeordnet und voneinander durch bipolare Elektrodenplatten getrennt sind, die in der Technik üblicherweise bekannt sind. Derartige Brennstoffzellenstapel 15 sind in den 4A und 4B gezeigt. Der Kürze halber wird weiter Bezug auf entweder den Brennstoffzellenstapel 15 oder eine einzelne Brennstoffzelle 10 genommen, wobei jedoch zu verstehen sei, dass die Diskussionen und Beschreibungen in Verbindung mit dem Brennstoffzellenstapel 15 auch gleichermaßen auf einzelne Brennstoffzellen 10 und umgekehrt anwendbar sind und dennoch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Die Platten 14 können aus Kohlenstoff, Graphit, beschichteten Platten oder korrosionsbeständigen Metallen ausgebildet sein. Die MEA 12 und die Elektrodenplatten 14 sind zwischen Endplatten 16 aneinander geklemmt. Die Elektrodenplatten 14 umfassen jeweils eine Vielzahl von Stegen 18, die eine Vielzahl von Strömungskanalen 20 definieren, die ein Strömungsfeld 22 zur Verteilung von Reaktandengasen (d. h. H₂ und O₂) an entgegengesetzte Seiten der MEA 12 bilden. In dem Fall eines mehrzelligen Brennstoffzellenstapels 15 wird ein Strömungsfeld auf jeder Seite der bipolaren Platte ausgebildet, nämlich eines für H₂ und eines für O₂. Nichtleitende Dichtungsscheiben 24 sehen Abdichtungen wie auch eine elektrische Isolierung zwischen den verschiedenen Komponenten der Brennstoffzelle 10 vor.
Wie insbesondere in den 2 und 3 gezeigt ist, umfasst die MEA 12 eine Membran 26, die zwischen einer Anodenkatalysatorlage 28 und einer Kathodenkatalysatorlage 30 schichtartig angeordnet ist. Ein Anodendiffusionsmedium 32a und ein Kathodendiffusionsmedium 32c sind zwischen der MEA 12 und der Platte 14 angeordnet. Wie gezeigt ist, liegen H₂-Strömungskanäle 20, die das anodenseitige H₂-Strömungsfeld bilden, unmittelbar benachbart des Anodendiffusionsmediums 32a und stehen in direkter Fluidverbindung damit. Ähnlicherweise liegen O₂-Strömungskanäle 20, die das kathodenseitige O₂-Strömungsfeld bilden, unmittelbar benachbart des Kathodendiffusionsmediums 32c und stehen in direkter Fluidverbindung damit. Die Membran 26 ist bevorzugt eine Protonenaustauschmembran (PEM), und die Zelle, die die PEM umfasst, wird als eine PEM-Brennstoffzelle beschrieben.
Im Betrieb strömt der H₂-haltige Reformatstrom oder reine H₂-Strom (Brennstoffzufuhrstrom) in eine Einlassseite des anodenseitigen Strömungsfeldes, und gleichzeitig strömt der O₂-haltige Reformatstrom (Luft) oder reine O₂-Strom (Oxidationsmittelzufuhrstrom) in eine Einlassseite des kathodenseitigen Strömungsfeldes. H₂ strömt durch das Anodendiffusionsmedium 32a, und die Anwesenheit des Anodenkatalysators 28 bewirkt, dass der H₂ in Wasserstoffionen (H⁺) aufbricht, wobei jedes ein Elektron abgibt. Die Elektronen wandern von der Anodenseite zu einer elektrischen Schaltung (nicht gezeigt), in der sie Arbeit verrichten (d. h. die Rotation eines Elektromotors). Die Membranlage 26 ermöglicht, dass H⁺ Ionen hindurchströmen können, während ein Elektronenfluss durch diese verhindert wird. Somit fließen die H⁺-Ionen direkt durch die Membran an den Kathodenkatalysator 28. Auf der Kathodenseite kombinieren sich die H⁺-Ionen mit dem O₂ und den Elektronen, die von der elektrischen Schaltung zurückkehren, wodurch Wasser gebildet wird.
In den 2 und 3 sind die Strömungskanäle 20 und die MEA 12 gezeigt. Die Strömungskanäle 20 sind so bemessen, dass sie eine spezifische Strömungsfläche 34 besitzen, durch die die Zufuhrströme strömen. Die Strömungsfläche 34 ist so bemessen, dass bei einem bestimmten Durchsatz der Zufuhrströme durch die Strömungskanäle 20 ein spezifischer Druckabfall über das Strömungsfeld 22 auftritt. Dies bedeutet, dass bei einem bestimmten Durchsatz die gasförmigen Reaktanden, die durch die Kanäle 20 strömen, einem Druckabfall zwischen einem Einlass und einem Auslass des Strömungsfeldes 22 ausgesetzt sind. Der Durchsatz der Zufuhrströme durch das Strömungsfeld 22 kann abhängig von dem Betrieb des Brennstoffzellenstapels 15 variieren, wie beispielsweise wenn eine höhere oder niedrigere Leistungsabgabe erforderlich ist. Wie oben beschrieben wurde, soll es möglich werden, den spezifischen Druckabfall zu andern, der über das Strömungsfeld 22 auftritt, um den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 15 einzustellen und/oder zu optimieren.
Um den Druckabfall zu ändern, der über das Strömungsfeld 22 für einen festgelegten Durchsatz eines Zufuhrstroms auftritt, ist ein Diffusionsmedium 32, wie in den 2 und 3 gezeigt ist, komprimierbar und kann in die Strömungskanäle 20 des Strömungsfeldes 22 komprimiert werden. Genauer wird die MEA 12 zwischen benachbarten Elektrodenplatten 14 komprimiert, so dass ein Anteil 36 des komprimierbaren Mediums 32 in die Strömungskanäle 20 eindringt. Wie in den 4A und 4B gezeigt ist, wird der Brennstoffzellenstapel 15 durch ein einstellbares Kompressionselement 38 komprimiert, das eine Kompressionskraft F ausübt, die zur Folge hat, dass die Vielzahl von Brennstoffzellen 10 aneinander gepresst werden, und zur Folge hat, dass das komprimierbare Diffusionsmedium 32 in die Strömungskanäle 20 des Strömungsfeldes 22 gepresst wird und in diese eindringt. Bevorzugt verformt sich das komprimierbare Medium 32 elastisch zwischen etwa 0–50%. Genauer verformt sich eine Querschnittsfläche des komprimierbaren Mediums 32 bevorzugt elastisch zwischen etwa 0–50%. Das Eindringen der Abschnitte 36 des Diffusionsmediums 36 in die Strömungskanäle 20 verringert die Strömungsfläche 34. Die Verringerung der Strömungsfläche 34 begrenzt eine Strömung eines Zufuhrstromes durch den Strömungskanal 20 und das Strömungsfeld 22. Die Beschränkung bewirkt, dass für einen gegebenen Durchsatz des Zufuhrstromes ein erhöhter Druckabfall auftritt. Der Betrag des Eindringens des Mediums 32 in die Strömungskanäle 20 ist abhängig von einer Vielzahl von Faktoren, wie beispielsweise den spezifischen Eigenschaften des Diffusionsmediums 32, der Geometrie bzw. den Abmessungen (Tiefe und Breite) der Strömungskanäle 20 und der ausgeübten Größe der Kraft F. Eine variable Beschränkung der Strömungskanäle 20 erlaubt eine Steuerung eines durch den Strömungskanal 20 strömenden Zufuhrstromes.
Das Diffusionsmedium 32, wie oben beschrieben wurde, wird sowohl als ein Anodendiffusionsmedium 32a als auch als ein Kathodendiffusionsmedium 32c verwendet. Das Diffusionsmedium 32 kann bei den typischen Kräften F, die auf den Brennstoffzellenstapel 15 aufgebracht werden, komprimierbar oder nicht komprimierbar sein. Typischerweise wird der Brennstoffzellenstapel 15 um einen Betrag komprimiert, der bewirkt, dass ein Druck in einem Bereich zwischen etwa 172 kN/m²–1379 kN/m² (etwa 25–200 psi) über eine Gesamtquerschnittsfläche des Brennstoffzellenstapels 15 ausgeübt wird. Aufgrund von Spalten, Poren und Räumen in den verschiedenen Komponenten, die die Brennstoffzellen 10 und der Brennstoffzellenstapel 15 umfassen, treten typischerweise nur etwa 50% der Gesamtquerschnittsfläche in Kontakt mit anderen Komponenten. Daher wird ein typischer Brennstoffzellenstapel 15 um einen Betrag komprimiert, der zur Folge hat, dass eine Kompressionskraft oder ein Druck in einem Bereich zwischen etwa 344 kN/m²–2758 kN/m² (etwa 50–400 psi) auf den Brennstoffzellenstapel 15 ausgeübt wird. Es sei jedoch angemerkt, dass andere Kompressionskräfte aufgebracht werden können, die dennoch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Es sei ebenfalls angemerkt, dass die hier verwendeten Begriffe ”komprimierbar” und ”nicht komprimierbar” relative Begriffe darstellen, die dazu verwendet werden, die Fähigkeit eines Diffusionsmediums 32 zur Kompression und zum Eindringen in Strömungskanäle 20 in dem Bereich von Kompressionskräften, die in einem Brennstoffzellenstapel 15 zu erwarten sind, bezüglich eines oder mehrerer anderer Diffusionsmediums 32 zu beschreiben, die bei einer signifikanten Größe in demselben Bereich von Druckkräften, die zu erwarten sind, nicht in die Strömungskanäle 20 eindringen. Ein signifikanter Betrag eines Eindringens in den Strömungskanal 20 ist der, der ermöglicht, dass eine Strömung in dem Strömungskanal eingestellt und gesteuert werden kann, wie hier beschrieben ist. Mit anderen Worten beschreibt ”nicht komprimierbar”, dass das Medium im Wesentlichen keine erkennbare oder funktionale Wirkung auf die Strömung durch den Kanal hindurch besitzt.
Wie in den 4A und 4B gezeigt ist, legt ein einstellbares Kompressionselement 38 eine Kompressionskraft F an den Brennstoffzellenstapel 15 an. Die Größe der Kompressionskraft F, die durch das Kompressionselement 38 angelegt wird, kann während sowohl des Betriebs (statisch oder dynamisch) als auch Nichtbetriebs des Brennstoffzellenstapels 15 eingestellt werden. Das Kompressionselement 38 ist so bemessen, dass es eine Kompressionskraft F mit einer Größe aufbringen kann, die ermöglicht, dass ein Brennstoffzellenstapel 15 in einem gewünschten Betriebszustand betrieben werden kann. Es kann eine Vielzahl verschiedener Kompressionselemente 38 verwendet werden, um die Kompressionskraft F aufzubringen. Beispielsweise kann, wie in 4A gezeigt ist, das Kompressionselement 38 eine Fluidblase 40 sein. Die Blase 40 besitzt ein Inneres, das mit variierenden Mengen eines Fluids (beispielsweise Luft, Wasser) bei einem gegebenen Druck gefüllt werden kann. Die Blase 40 dehnt sich in Ansprechen auf die Menge und/oder den Druck des Fluids in der Blase 40 aus oder zieht sich in Ansprechen darauf zusammen. Wenn Fluid hinzugefügt wird, dehnt sich die Blase 40 aus und ein Fluiddruck baut sich auf, was zur Folge hat, dass die Kompressionskraft F zunimmt, was in einer Zunahme der Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 resultiert. Wenn umgekehrt Fluid entfernt wird, zieht sich die Blase 40 zusammen und der Fluiddruck nimmt ab, was zur Folge hat, dass die Kompressionskraft F abnimmt, was in einer Abnahme der Kompression des Brennstoffzellenstapels resultiert.
Ein anderes Beispiel eines Kompressionselements 38, das verwendet werden kann, ist eine Druckkolbeneinrichtung 42, wie in 4B gezeigt ist. Die Druckkolbeneinrichtung 42 besitzt eine Länge, die einstellbar ist und fluidgesteuert oder mechanisch gesteuert werden kann. Eine fluidgesteuerte Druckkolbeneinrichtung 42 besitzt einen Kolben, die in Ansprechen auf ein Fluid bewegt wird (beispielsweise hydraulisch, pneumatisch). Wenn das Fluid an die Druckkolbeneinrichtung 42 geliefert wird bzw. von dieser entfernt wird, nimmt die Länge zu bzw. nimmt die Länge ab, was zur Folge hat, dass die Kompressionskraft F zunimmt bzw. abnimmt, was in einer erhöhten oder verringerten Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 resultiert. Eine mechanisch gesteuerte Druckkolbeneinrichtung 42 kann einen Aktuator in der Form eines Rotationskranzes bzw. einer Rotationsmuffe und einer Hebeschraube aufweisen, die sich in Ansprechen auf eine Rotation des Kranzes bewegt. Alternativ dazu kann eine nocken- oder zahnradbetriebene Stange als der Aktuator verwendet werden. Wenn sich der Aktuator bewegt, ändert sich die Größe der Kompressionskraft F, was in einer Änderung der Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 resultiert.
Das Kompressionselement 38 ist zu beispielhaften Zwecken als eine Blase 38 oder eine Druckkolbeneinrichtung 42 gezeigt oder beschrieben worden. Es sei jedoch zu verstehen, dass andere Vorrichtungen und/oder Anordnungen für das Kompressionselement 38 verwendet werden können, das eine Änderung der Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal während des Betriebs zulässt, die dennoch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Diffusionsmedium 32 entweder in einer komprimierbaren Form oder in einer nicht komprimierbaren Form abhängig von der Anwendung und den Konstruktionsfestlegungen für die Brennstoffzelle 10 vorgesehen werden. Bevorzugt ist nur eines der Diffusionsmedien 32a oder 32c komprimierbar, während das andere nicht komprimierbar ist. Dadurch, dass nur ein Typ (Anode oder Kathode) des Diffusionsmediums 32 komprimierbar ist, kann ein Satz von Strömungskanälen 20 für einen festgelegten Druckabfall bei einem gegebenen Durchsatz bemessen sein, während der andere Satz von Kanälen 20 eine Strömungsfläche 34 aufweist, die mit der Kompression der Brennstoffzellen 10 variieren. Dies ermöglicht seinerseits, dass der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 15 auf einen gewünschten Betrieb eingestellt werden kann, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Es sei jedoch angemerkt, dass beide Diffusionsmedien 32a und 32c komprimierbar sein können und dennoch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Liegen. Es sei ebenfalls angemerkt, dass nicht alle Brennstoffzellen 10, die der Brennstoffzellenstapel 15 umfasst, ein komprimierbares Medium 32 haben messen, um innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung zu liegen. Dies bedeutet, dass die Anzahl von Brennstoffzellen 10, die ein komprimierbares Medium 32 besitzen und die der Brennstoffzellenstapel 15 umfasst, abhängig von der Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 15 variieren kann. Daher kann der Brennstoffzellenstapel 15 einige Brennstoffzellen 10 umfassen, die kein komprimierbares Medium 32 besitzen, und dennoch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Die Auswahl, ob ein komprimierbares Anodendiffusionsmedium 32a oder ein komprimierbares Kathodendiffusionsmedium 32c verwendet wird, hängt von einem gewünschten Betrieb und einer gewünschten Steuerung des Brennstoffzellenstapels 15 ab. Wenn beispielsweise der an die Brennstoffzelle 10 gelieferte Brennstoff ein H₂-haltiger Reformatstrom von einem Reformiersystem ist, ist es bevorzugt, die Strömungsfläche 34 in den Anodenströmungskanälen 20 einzustellen, indem ein komprimierbares Anodendiffusionsmedium 32a vorgesehen wird. Die Verwendung eines komprimierbaren Anodendiffusionsmediums 32a erlaubt, dass die Menge an Reformatbrennstoff, die durch die Anodenströmungskanäle 20 strömt, genau gesteuert werden kann. Dies ist bevorzugt, da der Reformatbrennstoff typischerweise durch ein an Bord befindliches Reformiersystem vorgesehen wird, das Energie verwendet, die durch das Brennstoff zellensystem erzeugt wird, um den Reformatbrennstoff zu erzeugen. Da Energie zur Erzeugung des Reformatbrennstoffes aufgewendet wird, ist es bevorzugt, nur die benötigte (erforderliche) Menge an Reformatbrennstoff zu liefern, um Abfall bzw. Ausschuss zu minimieren. Die Verringerung der Menge an Reformatbrennstoff in dem Anodenaustrag (Abfall) erlaubt einen effizienteren Betrieb des Brennstoffzellensystems, in dem die Brennstoffzellen 10 arbeiten. Daher ist es, wenn ein Reformatbrennstoff verwendet wird, bevorzugt, dass das Anodendiffusionsmedium 32a komprimierbar ist, während das Kathodendiffusionsmedium 32c nicht komprimierbar ist.
Im Gegensatz dazu ist es, wenn der Brennstoffzufuhrstrom H₂ von einem an Bord befindlichen H₂-Speichertank ist, bevorzugt, die Strömungsfläche 34 in den Kathodenströmungskanälen 20 durch Bereitstellung eines komprimierbaren Kathodendiffusionsmediums 32c einzustellen. Dies ist bevorzugt, da wenig oder gar keine Energie von dem Brennstoffzellensystem verbraucht wird, um den H₂-Brennstoffzufuhrstrom von dem Speichertank vorzusehen, während Energie von dem Brennstoffzellensystem dazu verwendet wird, den Oxidationsmittelzufuhrstrom in der Form von Kompressorarbeit vorzusehen. Durch Steuerung des Druckabfalls durch die Kathodenströmungskanäle 20 über komprimierbare Kathodendiffusionsmedien 32c kann die Verwendung des komprimierten Oxidationsmittelzufuhrstromes minimiert und/oder optimiert werden, so dass der Energieverlust in Verbindung mit überschüssiger Kompressorarbeit minimiert ist. Zusätzlich ist es durch Steuerung des Durchflusses durch die Kathodenströmungskanäle 20 leichter, den Brennstoffzellenstapel 15 befeuchtet zu halten.
In Bezug auf die Leistungsanforderungen des Diffusionsmediums 32 in Verbindung damit, ob es komprimierbar oder nicht komprimierbar ist, sollte das Kompressionsmedium 32 ausreichend elektrisch leitend, wärmeleitend wie auch fluiddurchlässig sein. Die Fluiddurchlässigkeit des Diffusionsmediums 32 muss für den Transport von Reaktandengas und/oder H₂O unter den Stegen 18, die zwischen den Strömungskanälen 20 angeordnet sind, hoch sein, die elektrische Leitfähigkeit muss zum Transport von Elektronen über die Strömungskanäle 20 von den Stegen 18 an die MEA 12 hoch sein, und die Wärmeleitfähigkeit muss ausreichend sein, um Wärme an die Platte zu übertragen, die dann durch Kühlmittel in Kontakt mit der Platte dissipiert wird.
Das Diffusionsmedium 32 ermöglicht die Diffusion der Reaktanden (d. h. H₂ und O₂) wie auch der Reaktionsprodukte (d. h. H₂O) hindurch. Auf diese Art und Weise können die Reaktanden von den Strömungskanälen 20 durch das Diffusionsmedium 32 und in Kontakt mit ihren jeweiligen Katalysatoren strömen, um die erforderliche Reaktion zu ermöglichen. Wie vorher beschrieben wurde, ist ein Produkt der Reaktion H₂O. Die Umverteilung von H₂O über die Brennstoffzelle 10 ist von erheblicher Wichtigkeit für die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 10. Das Diffusionsmedium 32 lässt die Strömung von H₂O von hydrierteren bzw. befeuchteteren Bereichen hindurch an trockenere Bereiche zur homogenen Befeuchtung der Brennstoffzelle 10 zu. Ferner ist auch der Elektronenfluss ein erheblicher Faktor hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 10. Ein gehemmter Elektronenfluss resultiert in einer schlechten Leistungsfähigkeit und einem mangelhaften Wirkungsgrad.
Nicht komprimierbare Diffusionsmedien mit den oben beschriebenen Eigenschaften, wie beispielsweise 060 TORAY^®-Kohlenstoffpapier, sind in der Technik bekannt und werden daher nicht weiter beschrieben. Ein Kompressionsmedium 32 mit diesen Eigenschaften kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann ein gewobenes Kohlepapier, wie beispielsweise ”V3 elat single side diffuser”, das von E-TEK-Division von De Nora N. A. aus Sommerset, New Jersey, erhältlich ist, und CF-Gewebe, das von SGL Carbon AG aus Wiesbaden, Deutschland erhältlich ist, als ein komprimierbares Diffusionsmedium verwendet werden. Ferner können andere Materialien mit Eigenschaften, die denen der oben erwähnten Materialien ähnlich sind, ebenfalls verwendet werden.
Die Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 kann während des Betriebs eingestellt werden, um einen spezifischen Druckabfall für einen gegebenen Betriebszustand vorzusehen. Typische Druckabfälle liegen im Bereich von etwa 0,69 kN/m² bis etwa 41,4 kN/m² (etwa 0,1 bis etwa 6 psi) über die Platte. Jedoch können auch andere Druckabfälle ohne Abweichung vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der festgelegte Druckabfall, dem ein Zufuhrstrom unterliegt, variiert abhängig von einem Durchsatz bzw. einer Durchflussrate des Zufuhrstromes und der Größe der Strömungsfläche 34 durch die Strömungskanäle 20.
Durch Einstellen der Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 wird das Eindringen der Abschnitte 36 des komprimierbaren Diffusionsmediums 32 in die Strömungskanäle 20 gesteuert. Die Steuerung des Eindringens erlaubt, dass der Druckabfall gesteuert werden kann. Das Steuern des Druckabfalls kann sicherstellen, dass eine Minimalgeschwindigkeit eines Zufuhrstromes, der durch die Strömungsfelder 22 strömt, beibehalten wird, oder dass ein gewünschter Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels 15 erreicht wird. Beispielsweise kann bei einem Niveau mit niedriger Leistung (verringerte Strömung des Zufuhrstromes) eine Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 erhöht werden, wodurch das Eindringen des komprimierbaren Mediums 32 in die Strömungskanäle 20 gesteigert wird. Das gesteigerte Eindringen erhöht den Druckabfall über die Strömungskanäle 20 und resultiert in einer Zunahme der Geschwindigkeit des Zufuhrstromes durch die Strömungskanäle 20. Bei einem anderen Beispiel kann während eines Niveaus mit hoher Leistung (erhöhte Strömung des Zufuhrstromes) eine Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 verringert werden, wodurch das Eindringen des komprimierbaren Mediums 32 in die Strömungskanäle 20 verringert wird. Das verringerte Eindringen verringert den Druckabfall über die Strömungskanäle 20 und resultiert in einem niedrigeren Energieverlust. Die stärkere Strömung des Zufuhrstromes (aufgrund des Niveaus mit höherer Leistung) erfordert einen nicht so hohen Druckabfall wie bei niedrigerer Leistung, um eine minimale Strömungsgeschwindigkeit beizubehalten. Die Beibehaltung einer minimalen Geschwindigkeit ist erwünscht, um sicherzustellen, dass eine angemessene Scherkraft oder ein angemessener dynamischer Druck durch den Zufuhrstrom zum Transport von Reaktionsprodukten (H₂O) aus den Brennstoffzellen 10 heraus erzeugt wird, um zu ermöglichen, dass die gasförmigen Reaktanden einen Zugang zu den Katalysatorlagen 28 und 30 freimachen können. Somit kann der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 15 auf Grundlage seines Betriebszustandes angepasst werden.
Das komprimierbare Diffusionsmedium 32 kann in unterschiedlichem Maße komprimiert werden, wie es durch die Anwendung bestimmt ist, innerhalb der das komprimierbare Diffusionsmedium 32 verwendet wird. Es wird in Betracht gezogen, dass die typische Kompression im Bereich zwischen etwa 10 und etwa 50% liegt. Es sei jedoch zu verstehen, dass andere Beträge einer Kompression ohne Abweichung vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Der tatsächliche Kompressionsbetrag variiert unter anderem abhängig von der Kanalgeometrie (Breite und Tiefe der Kanäle), dem gewünschten Betrieb des Brennstoffzellenstapels 15 (gewünschter Druckabfall und/oder gewünschte Strömungsgeschwindigkeit) und dem bzw. den verwendeten spezifischen Diffusionsmedien. Die Elektrodenplatten 14 können eine elektrisch leitende Beschichtung verwenden, die eine Kompression erfordert, um effektiv Elektrizität zu leiten. Dies bedeutet, dass die Beschichtungen auf den Elektrodenplatten 14 einen Kontaktwiderstand aufweisen und ohne Kompression nicht ausreichend leitend sind. Die in Betracht gezogene 10%-ige Minimalkompression berücksichtigt Änderungen hinsichtlich der Herstellung und Toleranzen der Komponenten, die der Brennstoffzellenstapel 15 umfasst, und stellt eine angemessene Kompression und einen angemessenen Kontakt zwischen den komprimierbaren Diffusionsmedien 32 und benachbarten Elektrodenplatten 14 sicher, so dass der Kontaktwiderstand der Elektrodenplatten 14 kleiner als ein Nennwert ist. Die Kompressionsanforderungen derartiger Beschichtungen können abhängig von der exakten Beschaffenheit der Beschichtung und der Konstruktion der Platten 14 variieren.
In den 4A und 4B ist ein Brennstoffzellenstapel 15 mit einer einstellbaren Kompression gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine Vielzahl von Brennstoffzellen 10 ist zueinander benachbart in einer Brennstoffzellenanordnung 44 angeordnet. Die Brennstoffzellenanordnung 44 ist zwischen einem Paar von Anschlussplatten 46 angeordnet, die dazu verwendet werden, elektrischen Strom an die Brennstoffzellenanordnung 44 zu leiten bzw. elektrischen Strom von dieser zu entfernen. Benachbart der Anschlussplatten 46 auf jeder Seite der Brennstoffzellenanordnung ist ein Paar von Endplatten 16 angeordnet. Zwischen einer Endplatte 16 und der Brennstoffzellenanordnung 44 ist ein oder sind mehrere Kompressionselemente 38 positioniert. Die Kompressionselemente 38 werden in Ansprechen auf ein Steuersignal betrieben, um die Kompressionskraft F zu variieren, die durch die Kompressionselemente 38 auf die Brennstoffzellenanordnung 44 ausgeübt wird. Die Endplatten 16 sind an den Seitenplatten 48 durch mechanische Befestigungseinrichtungen 62 oder durch andere in der Technik bekannte Verfahren befestigt.
Im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 15 werden Reaktandenzufuhrströme an den Brennstoffzellenstapel 15 mit einer Rate geliefert, die einer gewünschten Leistungsabgabe entspricht. Die Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels 15 zusammen mit dem Druckabfall von einem oder beiden der Zufuhrströme über den Brennstoffzellenstapel 15 wird während des Betriebes gemessen und/oder überwacht. Optional dazu kann auch eine Geschwindigkeit von einem oder beiden der Zufuhrströme, die durch den Brennstoffzellenstapel 15 strömen, während des Betriebs gemessen und/oder überwacht werden. Auf Grundlage des gemessenen Betriebszustandes des Brennstoffzellenstapels 15 wird ein Steuersignal erzeugt, und die Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 wird durch das Kompressionselement 38 in Ansprechen auf das Steuersignal eingestellt Die Kompression wird so lange eingestellt, bis ein gewünschter Betriebszustand erreicht ist (beispielsweise Druckverlust, Strömungsgeschwindigkeit). Das Einstellen der Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 erfolgt dahingehend dynamisch, dass der Betrag der Kompression auf Grundlage von Änderungen im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 15 kontinuierlich variiert werden kann, um einen gewünschten Betriebszustand beizubehalten. Beispielsweise kann, wie oben beschrieben ist, eine Regelungsrückkopplung verwendet werden, so dass die Kompression des Brennstoffzellenstapels 15 so lange eingestellt wird, bis der Druckabfall über den Brennstoffzellenstapel 15 eine vorbestimmte Größe besitzt oder bis eine minimale Strömungsgeschwindigkeit von einem oder mehreren der Zufuhrströme durch den Brennstoffzellenstapel 15 überschritten ist.
Während die Strömungskanäle 20 allgemein mit einer rechtwinkligen Form gezeigt sind, sei zu verstehen, dass auch andere Formen und Ausgestaltungen, die ermöglichen, dass ein komprimierbares Diffusionsmedium 32 in die Strömungskanäle 20 eindringen und die Strömungsfläche 34 verringern kann, ohne Abweichung vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Ferner sei, während spezifische Druckabfälle und Leistungsniveaus beschrieben worden sind, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben und zu veranschaulichen, zu verstehen, dass andere Druckabfälle und andere Betriebsbedingungen des Brennstoffzellenstapels 15 und/oder der Brennstoffzellen 10 ohne Abweichung vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sind Abwandlungen, die nicht von der Grundidee der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen sind nicht als Abweichung von der Grundidee und dem Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.

Claims

Brennstoffzellenstapel mit: einer Vielzahl von Brennstoffzellen, die zueinander benachbart angeordnet sind, wobei zumindest eine Brennstoffzelle der Vielzahl von Brennstoffzellen eine Elektrodenplatte mit einem darin ausgebildeten Strömungsfeld, eine Membranelektrodenanordnung und ein komprimierbares fluiddurchlässiges Diffusionsmedium aufweist, das zwischen der Membranelektrodenanordnung und der Elektrodenplatte angeordnet ist; und einem Kompressionselement, das dazu dient, die Vielzahl von Brennstoffzellen im Betrieb variabel aneinander zu pressen, wobei die Brennstoffzellen durch das Kompressionselement so aneinander gepresst werden, dass in der zumindest einen Brennstoffzelle als eine Funktion der Kompression durch das Kompressionselement ein Anteil des Diffusionsmediums variabel in das Strömungsfeld der benachbarten Elektrodenplatte eindringt.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei die Kompression der Brennstoffzellen in Ansprechen auf einen Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels durch das Kompressionselement variierbar ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, wobei der Betriebszustand eine Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, wobei der Betriebszustand ein Druckabfall eines durch den Brennstoffzellenstapel strömenden Zufuhrstromes ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, wobei der Betriebszustand eine Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Brennstoffzellenstapel strömenden Zufuhrstromes ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das Kompressionselement eine Fluidblase umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das Kompressionselement eine fluidgesteuerte Druckkolbeneinrichtung umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei das Kompressionselement eine mechanisch gesteuerte Druckkolbeneinrichtung umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenplatten Anodenplatten sind.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenplatten Kathodenplatten sind.
Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellenstapels, der eine Vielzahl von Brennstoffzellen aufweist, wobei zumindest eine Brennstoffzelle der Vielzahl von Brennstoffzellen eine Elektrodenplatte mit einem darin ausgebildeten Strömungsfeld, eine Membranelektrodenanordnung (MEA) und ein fluiddurchlässiges Diffusionsmedium umfasst, das zwischen der MEA und der Elektrodenplatte angeordnet ist, wobei Reaktandenzufuhrströme an den Brennstoffzellenstapel geliefert werden; und eine Kompression des Brennstoffzellenstapels in Ansprechen auf einen Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels variiert wird, so dass sich das Diffusionsmedium als eine Funktion der Kompression während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels relativ zu dem Strömungsfeld bewegt, um dessen effektive Strömungsfläche zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend, dass ein Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels überwacht wird und die Kompression des Brennstoffzellenstapels in Ansprechen auf den Betriebszustand eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Überwachen umfasst, dass eine Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels, ein Durchsatz eines durch den Brennstoffzellenstapel strömenden Reaktandenzufuhrstromes und/oder ein Druckabfall eines durch den Brennstoffzellenstapel strömenden Reaktandenzufuhrstromes überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren umfasst, dass die Kompression des Brennstoffzellenstapels verringert wird, wenn eine Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren umfasst, dass die Kompression des Brennstoffzellenstapels erhöht wird, wenn eine Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren umfasst, dass die Kompression des Brennstoffzellenstapels so variiert wird, dass eine Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Brennstoffzellenstapel strömenden Reaktandenzufuhrstroms oberhalb eines vorbestimmten Niveaus beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren umfasst, dass die Kompression des Brennstoffzellenstapels so variiert wird, dass ein vorbestimmter Druckabfall in einem durch den Brennstoffzellenstapel strömenden Zufuhrstrom auftritt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der vorbestimmte Druckabfall im Bereich von etwa 0,69 kN/m² bis etwa 41,4 kN/m² (etwa 0,1 bis etwa 6 psi) liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren umfasst, dass ein Fluiddruck in einer Blase variiert wird, die den Brennstoffzellenstapel komprimiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren umfasst, dass ein Fluiddruck in einer Druckkolbeneinrichtung variiert wird, die den Brennstoffzellenstapel komprimiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren umfasst, dass eine mechanische Druckkolbeneinrichtung variiert wird, die den Brennstoffzellenstapel komprimiert.