[go: up one dir, main page]

WO1997001194A1 - Elektrochemisches festelektrolyt-zellsystem - Google Patents

Elektrochemisches festelektrolyt-zellsystem Download PDF

Info

Publication number
WO1997001194A1
WO1997001194A1 PCT/DE1996/001123 DE9601123W WO9701194A1 WO 1997001194 A1 WO1997001194 A1 WO 1997001194A1 DE 9601123 W DE9601123 W DE 9601123W WO 9701194 A1 WO9701194 A1 WO 9701194A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solid electrolyte
cell system
conductive
electrolyte cell
gas
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1996/001123
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konstantin Ledjeff
Roland Nolte
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of WO1997001194A1 publication Critical patent/WO1997001194A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical solid electrolyte cell system in which a first porous, electrically conductive electrode layer, a proton-conducting membrane layer and a second porous, electronically conductive electrode layer are applied to a surface of a gas-permeable support body by means of layer technology.
  • Electrochemical cells are known, for example, in the form of the fuel cell or the electrolysis cell.
  • Fuel cells for example, convert chemical energy directly into electrical energy with high efficiencies (50-60%). They simply consist of two electrodes and an electrolyte in between. The chemical energy carriers are continuously introduced to the electrodes and converted electrochemically.
  • Hydrogen-oxygen fuel cell called, where one electrode is supplied with hydrogen and the other electrode with oxygen. The following electrochemical reactions then take place voluntarily on the catalytically active electrodes.
  • a voltage can then be tapped at the two electrodes, which typically ranges between 0.5 and 1 V, depending on the electrical load.
  • the membranes which are typically coated on both sides with electrochemically active catalyst material are.
  • the membrane areas usually move between 1 and 1500 cm 2 , the membrane thickness between 30 and 200 ⁇ m.
  • Gas-permeable and electronically conductive current distributors press on the two catalyst-coated surfaces of the membrane, which ensure good electronic transverse conductivity and a homogeneous gas supply to the membrane.
  • the current distributors are separate structures with a thickness of, for example, 200-500 ⁇ m. This is followed on both sides by the electronically conductive bipolar plates, from which the voltage can be tapped and which contain internal channels for the gas supply to the respective electrode. They have thicknesses in the range of a few millimeters to centimeters.
  • a seal is provided between the membrane side and the bipolar plate to ensure the gas tightness of the cell stack.
  • This entire arrangement is to be pressed together, for example, by screwing in order to achieve electrical contacting of the membrane on the one hand and gas-tightness on the other.
  • a fuel cell arrangement is described in DE 39 07 485 AI.
  • This is a so-called SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) arrangement.
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • the electrolytes are ion-conducting oxide ceramics and the guiding mechanism takes place almost exclusively via oxygen ions.
  • the carrier material also used according to DE 39 07 485 is a porous ceramic material, such as, for example, magnesium aluminum spinel (MgAl 2 0 4 ) or zirconium oxide.
  • MgAl 2 0 4 magnesium aluminum spinel
  • zirconium oxide zirconium oxide
  • ceramic materials also have the disadvantage that they are very brittle. Once a shape has been specified, it can no longer be changed and only rigid structures can be maintained. A subsequent change in shape or geometry or an adaptation to different site modifications is no longer possible.
  • DE 43 29 819 A1 also describes a so-called strip membrane, which as an electrochemical cell with at least one core region forming the strip membrane, on each of which polymeric solid electrolytes are applied as an electrode layer on both sides and in which several individual cells are connected in series are trained.
  • a strip membrane can then be used in fuel cells.
  • the low strength must be taken into account here and a corresponding housing receptacle must be carried out.
  • the object of the present invention was therefore to propose a new electrochemical solid electrolyte cell system with which a miniaturization of a cell stack in the area and / or in the thickness of the components should be possible.
  • the object is achieved in relation to the cell system by the characterizing features of claim 1, according to the method by the characterizing features of claim 21 and according to use by the characterizing features of claims 24 and 25.
  • the subclaims show advantageous configurations.
  • a flat, gas-permeable, non-conductive, flexible support body is used, on the surface of which the cell is then applied using layering technology.
  • the cell applied using layering technology is only one-sided, i.e. arranged only on one surface, so that in connection with the gas-permeable support body it is possible to lead a first partner involved in the fireplace insert reaction on the side opposite the cell area through the gas-permeable support body to the cell and the second Lead reactants directly to the surface of the cell.
  • this structure makes it possible to arrange and electrically connect a plurality of cell regions on a support body.
  • an arrangement can be implemented that is known from the prior art Technology known stack design corresponds.
  • At least up to 1,000,000 cell areas can be arranged in this way analogous to the integrated circuits.
  • a cell area is understood to mean an insulated structure of a cell, each consisting of a first porous, flexible, electrically conductive electrode layer, a proton-conducting membrane layer and a second porous, flexible, electronically conductive electrode layer.
  • These individual cell areas can each be applied by means of appropriate layer technology (e.g. mask technology) and interconnected by means of suitable electrical contacts.
  • layer technology used according to the invention thus opens up numerous possibilities for connecting the individual cell areas in series. For example, several of the cell areas described above, preferably 2-10,000, can be connected in series, so that a one-dimensional cell arrangement is created. With the cell system according to the invention, however, any arrangement of cells connected in series is also possible.
  • Such two-dimensional arrangements can be designed in such a way that several cell rows are arranged one behind the other in any shape on the supporting body, or else that several individual cell rows, preferably 2 to 10,000, are formed, which are then connected in parallel with one another (redundant arrangement ).
  • the basis of the cell system according to the invention is thus the gas-permeable, flat, non-conductive, flexible supporting body.
  • This support body serves as a mechanical basic structure for all subsequent layers to be applied.
  • the fuel supply for the one electrode also takes place through this support body.
  • a plurality of cells can also be applied next to one another on the support body, the support body need not be conductive, since otherwise the individual cells would be short-circuited via the support body.
  • the support body used in accordance with the invention has a thickness of 10 ⁇ m to 10 mm and an area of 1 mm 2 to Im 2 . The dimensioning of the support body depends on the application, ie whether one or more cells are applied to the surface.
  • the support body is preferably a non-conductive, gas-permeable, flat membrane.
  • the materials for the support body are typically polymeric supports made of, for example, polysulfone. Such porous membranes can have symmetrical, ie the same membrane structure over the entire membrane cross-section, or asymmetrical, ie changes in the membrane structure over the membrane cross-section. Composite membranes are also possible.
  • An overview of materials for the supporting body that can be used according to the invention can be found, for example, in "Membranes", Prof. Dr. Eberhard Staude, from Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th edition, 1978, vol. 16, pages 515 to 535.
  • the PEMFC (polymer electrolyte membrane fuel cell) fuel lines designed according to the invention typically work in a temperature range between 80 and 100 ° C. and the ion conduit does not use the oxygen ions but proto Conductive membranes, which usually consist of proton-conducting polymer material. Since the solid electrolyte cell system designed according to the invention consists of polymer materials, they are suitable for use in PEMFC fuel lines and, in particular, are designed to be very light and flexible, which enables corresponding flexible structures. Porous, gas-permeable films can be produced inexpensively with the polymer materials, it being possible to use the phase inversion method known in membrane technology.
  • a polymer solution is immersed in a cell bath and the solution is separated into a polymer-rich and a polymer-poor phase. After the membrane has been dried, a gas-permeable, porous structure can be obtained. All other layers of the cell system according to the invention (ion-conducting plastic film or conductive structures) can then be applied to the porous polymer support thus obtained, which is also flexible. A completely flexible layer structure is achieved.
  • the cell system thus produced then takes the form of a flexible film which can be used in a wide variety of forms. For example
  • Winding modules are produced, the above-described film structure of the cell system according to the invention being overlaid with a second non-functional, non-conductive, thin, flexible plastic film and wound up accordingly.
  • Gas spaces should be formed between the latter plastic film and the "fuel cell film", so that the fuel cell film with hydrogen on one side and with on the other side Oxygen or air can be brought into contact, so that a functional fuel cell with a high output voltage that can be achieved by the possibility of series connection is formed.
  • the cell system is designed as a winding module
  • the use of the plastic starting materials means that the edges on the two end faces of the winding module can be sealed by simply gluing or welding the plastics with a suitable closure (cover).
  • the closures are made of a stable, non-conductive, gas-impermeable material.
  • the cell system designed according to the invention in addition to being used as a winding module, a wide variety of structures and shapes can be formed, so that it is possible to provide fuel cells in a relatively small space, which, if desired, can deliver a high output voltage .
  • the surface of the support body usually has an area of 1 cm 2 to 1000 cm 2 .
  • the electrode layers deposited on the support body described above by means of layer technology typically have a thickness of 10 nm to 100 ⁇ m.
  • the materials for this are all, in and of themselves, already known from the prior art. knew electrode materials in question.
  • Electrodes are electronically conductive and catalytically active.
  • suitable catalysts are necessary for the course of the electrochemical partial reactions in order to avoid high transition voltages.
  • platinum is typically used as the electrode material catalyst.
  • Other examples of electrode materials are platinized carbon or iridium. Additives such as Hydrophobie ⁇ be included.
  • the membrane layer which is likewise deposited on the first electrode layer by means of layer technology, it is important that it is proton-conductive in order to ensure the ionic charge transport between the two electrodes.
  • polymers have sulfonic acid, carboxylic acid or
  • Phosphonic acid groups contain the property of proton conductivity in the presence of water. Examples are sulfonated polysulfones or sulfonated polyether sulfones. Another possibility is the organic-inorganic polymer class of the ormolytes
  • ORGANIC MOdified ceramics elektroLYTES such as, for example, aminosile, poly (benzylsulfonic acid) siloxanes or sulfonamidosile, all of which are produced via sol-gel processes.
  • Aminosils are obtained from a solution of aminated organotrisiloxane, an acid HX and water. Materials of the general formula SiO 3/2 , R- (HX) X , 0 ⁇ x ⁇ 0.5 are obtained via a sol-gel process.
  • An example of an aminosil is Si0 3/2 (CH 2 ) 3 NH (CH 2 ) 2 NH 2 - (HCF 3 S0 3 ) 02 .
  • Inorganic compounds can also have proton conductivity, especially at higher temperatures.
  • Examples are modified alkaline earth metal ceramates or zirconates such as
  • the invention further provides that, in addition to the electrical contact, an insulating layer, ie non-conductive areas, which can also be applied by means of layer technology, is arranged between the contact and the membrane. These non-conductive areas, ie insulating layers, must not be ionically or electronically conductive. Metal oxides such as aluminum oxide or non-conductive polymers such as polysulfones are therefore typically used as materials.
  • Methods of layering technology such as sputtering, CVD processes, plasma-assisted CVD processes, plasma polymerization, sol-gel technology, electroplating or coating from solution or from suspensions with powders.
  • Metal layers can be applied by sputtering processes, metal oxides are also accessible by reactive sputtering.
  • CVD processes e.g. the decomposition of organometallic starting compounds is made possible by metal oxide layers, with plasma-assisted CVD coatings being suitable for temperature-sensitive substrates.
  • thin platinum layers are accessible through the decomposition of TrCyclopentadienyltrimethylplinin in the plasma.
  • Organic layers are also accessible, for example, by plasma polymerization of ethylene or other organics.
  • carboxylate groups in the plasma polymerization enables the production of proton-conducting plasma polymers.
  • Ormolytes as proton conductors are produced, for example, by means of the sol-gel process, other sulfonated polymers can be applied as a solution.
  • sulfonated polysulfones generally dissolve well in dimethyl sulfoxide and can thus be applied in a viscous form.
  • Suitable masks during the deposition process or covering with photoresists enable the application of geometrically defined areas, as are necessary for the integrated fuel line system.
  • the integrated fuel cell is self-supporting, simple encapsulation in plastic housings is possible. After applying all layers The layered fuel cell system is welded or cast into the corresponding plastic housing on the supporting body.
  • Fig. 1 shows the cross section through the schematic
  • FIG. 2 shows the structure analogous to FIG. 1, but with an insulating layer that only partially projects into the membrane in cross section;
  • FIG. 7a shows a further embodiment relating to the installation of the cell system in a housing, but here with an integrated gas supply
  • Fig. 9 the integration of water cooling in a housing
  • FIG. 10 shows a structure according to the invention in the form of a winding module in cross section
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment using additional gas-impermeable, non-conductive foils and
  • FIG 12 shows an arrangement in which that in FIG shown embodiment is wound on a body.
  • FIG. 1 shows, in cross section, the structure of a cell system according to the invention using the example of a fuel cell.
  • FIG. 1 In the embodiment according to FIG. 1, four individual cells (cells 1-4) are connected in series one after the other.
  • the cell 1 is formed by the cell area 3 and a part of the supporting body which is assigned to this area 3.
  • the basis of the cell system according to the invention is the gas-permeable, flexible support body 1.
  • the gas-permeable support body 1 is shown in FIG. 1, as in the following figures, only for better clarity in the form of a perforated support body.
  • the invention includes all variants of a support body, provided that they are gas-permeable.
  • the support body can accordingly itself be made of porous material or be made of non-porous material and have corresponding openings for the gas inflow.
  • a support body which is otherwise made from a closed material, but which has corresponding openings for the gas flow.
  • the dimensions of the supporting body ie the thickness and the surface, are selected depending on the conditions of use and the desired output voltages.
  • the thickness is in the range from 10 ⁇ m to 10 mm, the surface in the range from 1 mm 2 to 1 m 2 .
  • a likewise flexible insulating technique is then applied to the gas-permeable, flexible support body 1 in a first step on its surface 2 at certain intervals using layer technology. rende layer 15 of non-conductive material applied. This non-conductive material serves to isolate the cell regions 3 that then arise.
  • the thickness of the insulation 15 is in the range from 10 nm to 1 mm.
  • the gas-permeable support body 1 is coated with electronically conductive, flexible material for producing the first electrode layer 7.
  • the electronic partial reactions for example, hydrogen oxide oxidation, then take place on this electrode layer 7.
  • This layer (first electrode) must not be tight, but, like the supporting body 1, must have a certain porosity.
  • small, electronically conductive areas which represent the electrical contact 12 are then applied directly next to the insulating layer 15 and on the first electrode layer 7.
  • a flexible proton-conducting layer is applied in the depressions now formed between the insulating layer 15 and the conductive contact 12. This proton-conducting layer then forms the membrane layer 8.
  • the membrane layer 8 is in contact with the conductive material of the electrode layer 7 on the underside.
  • a coating is then again carried out with an electronically conductive flexible material for producing the second electrode layer 11, on which the other partial electrochemical reaction takes place (second electrode).
  • second electrode an electronically conductive flexible material for producing the second electrode layer 11, on which the other partial electrochemical reaction takes place
  • the oxygen reduction then takes place here.
  • This layer must be such that a three-phase contact between the supplied gas, second electrode 11 and
  • Membrane layer 8 is possible, i.e. it must not be a dense layer. Furthermore, the layer 11 must be applied in such a way that an electronically conductive connection between the lower electrode 7 of one cell and the upper electrode 11 of the following cell is achieved with the aid of the electrical contact 12. An internal electrical series connection of the individual cells 1 to 4 is thus realized and the sum of all cell voltages can be tapped at the first upper electrode with the connection 20 and the last lower electrode with the connection 21.
  • FIG. 2 now shows a further embodiment of a cell system according to the invention.
  • the structure corresponds essentially to the structure according to FIG. 1, however, according to FIG. 2, the connection is realized differently by means of the electrical contact.
  • the connection according to FIG. 2 is carried out here by an electrical contact 13, which is designed in such a way that it directly connects the upper electrode layer 7 to the lower electrode layer 7.
  • the electrical contact 13 is consistently formed from a dense material.
  • the dense material was only arranged in the area of the proton-conducting membrane layer.
  • the insulating layer 16 is not designed here in such a way that it extends over the entire thickness of the membrane layer 9, but only partially.
  • FIG. 3 now shows an embodiment in which the insulating layers are entirely dispensed with.
  • the membrane layer 10 is formed in such a way that it is guided down to the supporting body 1 in the area of the electrical contact 14. This also makes it possible to implement a series connection of the cell region 5.
  • FIG. 4 now shows the cell structure according to the invention according to FIG. 1 in a top view.
  • the cells 1 to 4 arranged one behind the other can be seen, the individual voltages of which, according to the series connection according to FIG. 4, add up to a total voltage which can be tapped off at the connections 20 and 21.
  • This arrangement of the individual cells is an arrangement in one direction.
  • 5 now shows an embodiment in which the individual cells are arranged so that they expand in two directions, which is easily possible with the aid of the layer technique.
  • 5 shows this using the example of 16 individual cells, 4 cells (cell range 1-4) being arranged in each axis direction. All cells are mounted on the supporting body 1 and connected in series according to the principle described in FIG. 1, so that 16 times the output voltage is available compared to an individual cell. The voltage can then be tapped at the connections 20 and 21.
  • the support body regions which are not covered by the cell arrangement are coated with a non-conductive substance 40 in such a way that no gas penetration occurs from the bottom to the top.
  • the sequence and type of electrical connection in a cell arrangement in two directions is shown as an example in FIG. 5.
  • FIGS. 6 to 9 now show, by way of example, how the fuel cell according to the invention can be introduced into a plastic housing 17, 18, 19 simply by encapsulation.
  • 6 a shows an example in the side view
  • FIG. 6 b in the front view.
  • the integrated fuel cell 22 is welded or cast in a gas-tight manner into a non-conductive plastic housing 17, openings 23, 24 being provided on both sides of the cell for the fuel supply. hen are.
  • the electrical connections 25, 26 of the cell are also encapsulated and are led to the outside as a metal contact.
  • FIGS. 7a and 7b show a further variant, for an advantageous gas supply of several integrated fuel cell systems.
  • the integrated fuel cell 22 is welded / poured in a gas-tight manner into a non-conductive plastic housing 18, but channels 27-30 running through the entire cell for fuel supply and removal are present.
  • a hydrogen-supply channel 27 which is connected to one side of the integrated fuel cell 22, and an oxygen-supply channel 30, which is connected to the other side of the integrated fuel cell.
  • Any inert gases can be discharged through the discharge channels 28 and 29 for each side of the integrated fuel cell.
  • the electrical connections of the cell 25, 26 are also encapsulated and are led to the outside as metal contacts. In this arrangement, a large number of these encapsulated cells can be arranged one behind the other via seals, the channels meaning a central fuel supply for all cells.
  • the encapsulation technique also enables the installation of several integrated fuel cell systems in a plastic housing 19, as shown in FIG. 8.
  • cooling of the cells becomes necessary, this can be done, for example, by applying heat sinks.
  • Metallic heat sinks for example made of aluminum, can be glued onto the cell.
  • Water cooling is also possible (FIG. 9), in which case, in addition to the fuel supply channels 27-30, a channel for the water supply 31 and a channel for the water discharge 32 are integrated in the housing 33.
  • the front and back of the housing contain corresponding large-area depressions 34, the actual cooling structures then being formed when several modules are assembled, for example by gluing, welding or by means of seals and pressure.
  • depressions 34 described above are to be integrated as cavities in the housing.
  • the gas-permeable support body, through which the fuel gas flows serving as a heat exchanger, which means that the coolant channels run through this support body.
  • the plastic housings 17, 18, 19 and 33 are preferably made of a flexible material.
  • the housing walls and the fuel cells 22 are kept at a distance, so that the gas supply to the fuel cell 22 can take place without interference.
  • spacers made of non-conductive material, not shown there, can be used.
  • FIG. 10 shows a cross section of the construction diagram of a fuel cell winding module based on the described flexible fuel cell film, which is particularly advantageous and can be used in a small space.
  • the structure initially consists of the fuel cell film, which in the variant shown here consists of the porous support body 40, the electrodes 41 on both sides, the polymeric solid electrolyte 42, the electronically conductive regions 43 and the insulation regions 44.
  • This fuel cell film is wound up together with a non-conductive and gas-impermeable film 45, so that two gas spaces - 46 and 47 - which are separate from one another are created.
  • chemical Energyträ ⁇ ger be supplied for the fuel cell foil, in the case of H 2/0 2 or H 2 / air fuel cell ⁇ ind this spiel ⁇ weise examples in the gas space 46 and in the gas space 47 Wasser ⁇ toff air.
  • the electrodes 41 applied on both sides of the polymer electrolyte regions thus receive the energy carriers required for the oxidation and reduction processes of the fuel cell.
  • spacers 48 can practically be produced by polymer networks which are co-wound in the module and generate free volume for a glass flow.
  • no spacers are used, but rather that small channels are provided in the separating film 45 on both sides are located, through which gas can flow to the electrodes.
  • the spacers 48 can, however, also be used for cooling, and coolant can be passed through a tubular or tubular design.
  • the end faces, which are not recognizable in the illustration, are particularly advantageous
  • Winding modules are sealed gas-tight with cover-shaped closures, which consist of a non-conductive material.
  • FIG. 11 shows a further, universal and inexpensive possibility for designing the invention.
  • First 3 foils are needed and placed one on top of the other.
  • Such a combination has a gas-impermeable film on both the top and bottom and is therefore gas-tight on both sides. So it does not have to be completely wound in itself as in Figure 10, but can be wound on any curves or body.
  • the two gas spaces required are located between foils 50 and 51 and between foils 51 and 52 and, as already described, can be produced by inserting porous foils or meshes between foils 50 and 51 on the one hand and foils 51 and 52 on the other hand .
  • the arrangement shown in FIG. 11 is then wound up, for example onto a body 53, as shown in FIG.
  • the gas can be supplied in different ways: On the one hand, the sides A and D (FIG. 11) can be sealed gas-tight between the foils 50, 51 and 52 by gluing, welding or by inserting strips of sealing material between the foil ends. In addition, the space between film 50 and 51 is sealed on side B and the space between film 51 and 52 is sealed on side C. After winding, the gas is supplied on the sides of the roll, for example hydrogen on one side (wound side) B), and oxygen is fed on the other side of the roll (wound side C).
  • the sides B, C and D can each be sealed gas-tight between the foils 50, 51 and 52 by gluing, welding or by inserting strips of sealing material. The gas is then supplied and removed, for example, for hydrogen on side A between foils 50 and 51 and for oxygen between foils 51 and 52.
  • the gas guiding structures can ensure optimal feeding of the gas to the electrodes.
  • the gas guiding structures can be channels, for example, which are integrated in the impermeable foils 50 and 52.
  • Suitable materials for the films are preferably materials which can be produced as a flexible film and which can withstand the conditions in the fuel cell, ie which are resistant to oxygen, hydrogen and hydrolysis. Examples are films made of polysulfones or perfluorinated materials can be used.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem, bestehend aus einem flächigen gasdurchlässigen nichtleitenden Tragkörper (1), bei dem auf einer Oberfläche (2) mindestens ein Zellbereich (3), bestehend aus einer ersten porösen, elektrisch leitfähigen Elektrodenschicht (7), einer protonenleitenden Membranschicht (8) und einer zweiten porösen, elektronisch leitfähigen Elektrodenschicht (11) übereinander, mittels Schichttechnik, aufgebracht ist.

Description

Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem
Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Fest¬ elektrolyt-Zellsystem, bei dem mittels Schichttechnik auf einer Oberfläche eines gasdurchlässigen Tragkör¬ pers eine erste poröse elektrisch leitfähige Elektro¬ denschicht, eine protonenleitende Membranschicht und eine zweite poröse elektronisch leitfähige Elektro¬ denschicht aufgebracht ist.
Elektrochemische Zellen sind beispielsweise in Form der Brennstoffzelle oder der Elektrolysezelle be- kannt. Brennstoffzellen z.B. wandeln chemische Ener¬ gie direkt in elektrische Energie mit hohen Wirkungs¬ graden (50 - 60 %) um. Sie bestehen vereinfacht aus zwei Elektroden und einem dazwischenliegenden Elek¬ trolyten. An die Elektroden werden laufend die chemi- sehen Energieträger herangeführt und elektrochemisch umgesetzt. Als typisches Beispiel sei die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle genannt, wobei die eine Elektrode mit Wasserstoff und die andere Elektrode mit Sauerstoff vesorgt wird. An den kataly¬ tisch wirksamen Elektroden laufen dann freiwillig die folgenden elektrochemischen Reaktionen ab.
Wasserstoff-Elektrode (Anode): H2 -> 2 H+ + 2 e" Sauerstoff-Elektrode (Kathode): 0.502 + 2 H+ + 2 e" -> H20.
Zwischen beiden Elektroden befindet sich dabei ein protonenleitender Elektrolyt, bei dem es sich im Fal¬ le einer PEM-Brennstoffzelle (Polymer-Elektrolyt-Mem¬ bran-Brennstoffzelle) um eine protonenleitfähige Po¬ lymermembran handelt. An den beiden Elektroden kann dann eine Spannung abgegriffen werden, die sich je nach elektrischer Belastung typischerweise im Bereich zwischen 0,5 und 1 V bewegt.
Um für praktische Anwendungen höhere Ausgangsspannung zu realisieren, werden in der sogenannten bipolaren
Stapelbauweise eine Vielzahl von Zellen mittels elek¬ tronisch leitfähiger bipolarer Platten hintereinander in Reihe verschaltet. Die Zellen besitzen dabei in allen Richtungen makroskopische Ausdehnungen und wer- den aus einer Vielzahl von Komponenten hergestellt, die im Zellstapel dann mittels Druck zusammengepreßt werden. Ein derartiger Stapel ist z.B. in der Patent¬ schrift US 4.175,165 "Fuel Cell System utilizing ion exchange membranes and bipolar plates", Inventor: Otto S. Adlehart, beschrieben
Herzstück eines solchen Zellstapels sind die Membra¬ nen, die typischerweise auf beiden Seiten mit elek¬ trochemisch aktivem Katalysatormaterial beschichtet sind. Die Membranflächen bewegen sich üblicherweise zwischen 1 und 1500 cm2, die Membrandicke zwischen 30 und 200 μm. Auf die beiden katalysatorbeschichte¬ ten Flächen der Membran drücken gasdurchlässige und elektronisch leitfähige Stromverteiler, die für eine gute elektronische Querleitfähigkeit und eine homoge¬ ne Gasversorgung der Membran sorgen. Die Stromvertei¬ ler sind separate Strukturen mit einer Dicke von z.B. 200-500 μm. Es schließen sich auf beiden Seiten die elektronisch leitfähigen bipolaren Platten an, an denen die Spannung abgegriffen werden kann und die interne Kanäle für die Gaszufuhr der jeweiligen Elek¬ trode enthalten. Sie haben Dicken im Bereich einiger Millimeter bis Zentimeter. Zur Sicherung der Gasdich- tigkeit des Zellstapels ist zwischen Membranseite und bipolarer Platte jeweils eine Dichtung vorgesehen. Diese ganze Anordnung ist beispielsweise mittels Ver¬ schraubung zusammenzupressen, um zum einen elektri¬ sche Kontaktierung der Membran und zum anderen die Gasdichtigkeit zu erreichen.
Im Zuge eineε möglichst geringen Volumens des Zell¬ stapels und möglichst geringer elektrischer Verluste wird versucht, die oben beschriebene Anordnung so klein und dünn wie möglich auszuführen. Prinzipbe¬ dingt ist eine solche Miniaturisierung mit einem Kon¬ zept nach dem obigen Stand der Technik nur sehr be¬ grenzt möglich: Die gesamte Anordnung muß zusammen¬ gepreßt werden, so daß die einzelnen Komponenten (Membran, Platten etc.) starken mechanischen und vor allem nicht homogen wirkenden Beanspruchungen stand¬ halten müssen. Eine drastische Reduzierung der Dicke der beteiligten Komponenten scheidet damit aus, da sehr dünne Komponenten unweigerlich brechen oder reißen würden. Auch eine Miniaturisierung der Zell¬ fläche in den Quadratmillimeterbereich, um beispiels¬ weise hohe Spannungen bei nur geringen Strömen zu erhalten, stößt bei diesem Konzept an die Grenzen der Machbarkeit. Ein mechanischer Zusammenbau von Hunder¬ ten kleinster Einzelteile und deren Verschraubung ist unter praktischen Gesichtspunkten nicht durchführbar.
Außerdem ist eine Brennstoffzellenanordnung in der DE 39 07 485 AI beschrieben. Dabei handelt es sich um eine sogenannte SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) An¬ ordnung. Dieser Brennstoffzellentyp wird in einem Temperaturbereich zwischen 800 und 1000 °C betrieben und aus diesem Grunde müssen entsprechend temperatur- beständige anorganische Materialien eingesetzt wer¬ den. So sind die Elektrolyten ionenleitende Oxidkera¬ miken und der Leitmechanismus erfolgt nahezu aus¬ schließlich über Sauerstoffionen. Neben dem Elektro¬ lyten ist das auch nach der DE 39 07 485 verwendete Trägermaterial ein poröser keramischer Werkstoff, wie z.B. Magnesium-Aluminiumspinell (MgAl204) oder Zirko¬ niumoxid. Weiter ist neben den hohen Anforderungen an die verwendeten Materialien nachteilig, daß die vor¬ bekannte Brennstoffzellenanordnung auch entsprechend große Abmessungen aufweisen muß, so daß der Einsatz nicht in beliebigen Formen und an beliebigen Orten durchgeführt werden kann.
Keramische Materialien sind neben den zweifelsfrei vorhandenen Vorteilen auch mit dem Nachteil, daß sie sehr spröde sind, behaftet. Eine einmal vorgegebene Form kann nicht mehr verändert werden und es sind dadurch nur starre Strukturen einhaltbar. Eine nach¬ trägliche Veränderung der Form oder Geometrie oder eine Anpassung an verschiedene Einsatzortmodifikatio¬ nen ist nachträglich nicht mehr gegeben.
In der DE 43 29 819 AI ist weiter eine sogenannte Streifenmembran beschrieben, die als elektrochemische Zelle mit mindestens einer einen Kernbereich bilden¬ den Streifenmembran, auf der jeweils beidseitig poly¬ mere Festelektrolyten als Elektrodenschicht aufge¬ bracht sind und bei der mehrere Einzelzellen in Reihe geschaltet sind, ausgebildet ist. Eine solche Strei¬ fenmembran kann dann in Brennstoffzellen verwendet werden. Hierbei muß aber die geringe Festigkeit be¬ rücksichtigt werden und eine entsprechende Gehäuse¬ aufnahme durchgeführt werden. Weiter ist es bei die- ser Lösung nachteilig, daß für die Erzielung hoher
Spannungen eine entsprechend große Anzahl von Einzel¬ zellen in Reihe geschaltet werden muß, die einen ent¬ sprechend großen flächigen Raumbedarf erfordern. Da¬ durch kann ein Einsatz nicht variabel an die ver- schiedensten Einsatzorte angepaßt werden.
Aus der DE 40 33 284 AI ist eine weitere Anordnung von Brennstoffzellen auf der Basis eines Hochtempera¬ tur-Feststoffelektrolyten bekannt. Diese gehört eben- falls zu der bereits erwähnten Gruppe der SOFC-Brenn- stoffzeilen, mit den bereits bei der Beschreibung der Brennstoffzellenanordnung nach DE 39 07 485 genannten Nachteilen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein neues elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem vorzuschlagen, mit dem eine Miniaturisierung eines Zellstapels in der Fläche und/oder in der Dicke der Komponenten möglich sein soll. Die Aufgabe wird in Bezug auf das Zellsystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, verfah¬ rensgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An¬ spruchs 21 und verwendungsgemäß durch die kennzeich- nenden Merkmale der Ansprüche 24 und 25 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen auf.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, auf einen flächigen, gasdurchlässigen, nicht leitenden Tragkör¬ per ein BrennstoffZellensystem in Schichttechnik auf¬ zubringen. Dadurch ist die Zelle analog den elek¬ trisch integrierten Schaltungen als Chip herstell- und einsetzbar.
Erfindungswesentlich beim Anmeldungsgegenstand ist, daß ein flächiger, gasdurchlässiger, nicht leitender flexibler Tragkörper eingesetzt wird, auf dessen Oberfläche dann in Schichttechnik die Zelle aufge- bracht ist. Die mittels Schichttechnik aufgebrachte Zelle ist dabei nur einseitig, d.h. nur auf einer Oberfläche angeordnet, so daß es dadurch in Verbin¬ dung mit dem gasdurchlässigen Tragkörper möglich wird, einen ersten, an der Brennzellenreaktion betei- ligten Partner, auf der dem Zellbereich gegenüberlie¬ genden Seite durch den gasdurchlässigen Tragkörper der Zelle zuzuleiten und den zweiten Reaktionspartner direkt auf die Oberfläche der Zelle zu führen.
Besonders hervorzuheben beim erfindungsgemäßen Zell¬ system ist, daß es durch diesen Aufbau möglich wird, auf einem Tragkörper mehrere Zellbereiche anzuordnen und elektrisch zu verschalten. Dadurch ist eine An¬ ordnung realisierbar, die der aus dem Stand der Technik bekannten Stapelbauweise entspricht.
Grundsätzlich lassen sich auf diese Weise analog den integrierten Schaltungen mindestens bis zu 1.000.000 Zellbereiche anordnen.
Erfindungsgemäß wird dabei unter einem Zellbereich ein isolierter Aufbau einer Zelle verstanden, jeweils bestehend aus einer ersten porösen, flexiblen, elek- trisch leitfähigen Elektrodenschicht, einer protonen¬ leitenden Membranschicht und einer zweiten porösen, flexiblen, elektronisch leitfähigen Elektroden¬ schicht. Diese einzelnen Zellbereiche können jeweils durch entsprechende Schichttechnologie (z.B. Masken- technik) aufgebracht, und mittels geeigneter, elek¬ trischer Kontakte verschaltet werden. Durch die er¬ findungsgemäß eingesetzte Schichttechnik eröffnen sich somit zahlreiche Möglichkeiten der Hintereinan¬ derschaltung der einzelnen Zellbereiche. So können zum einen mehrere der vorstehend beschriebenen Zell¬ bereiche, bevorzugt 2-10.000, hintereinander in Reihe verschaltet werden, so daß eine eindimensionale Zel¬ lanordnung entsteht. Mit dem erfindungsgemäßen Zell¬ system ist aber auch jede beliebige Anordnung von hintereinander geschalteten Zellen möglich. Derartige zweidimensionale Anordnungen können so ausgestaltet sein, daß mehrere Zellreihen hintereinander in belie¬ bigen Formen auf dem Tragkörper angeordnet sind, oder auch, daß mehrere einzelne Zellreihen, bevorzugt 2- 10.000, gebildet werden, die dann untereinander par¬ allel verschaltet sind (redundante Anordnung).
Grundlage des erfindungsgemäßen Zellensystems ist so¬ mit der gasdurchlässige, flächige, nichtleitende, flexible Tragkörper. Dieser Tragkörper dient als me¬ chanisches Grundgerüst für alle folgenden, aufzubrin¬ genden Schichten. Gleichzeitig erfolgt die Brenn¬ stoffzufuhr für die eine Elektrode ebenfalls durch diesen Tragkörper. Da erfindungsgemäß auch mehrere Zellen nebeneinander auf dem Tragkörper aufgebracht sein können, muß der Tragkörper nicht leitfähig sein, da sonst die einzelnen Zellen über den Tragkörper kurzgeschlossen würden. Der erfindungsgemäß einge- setzte Tragkörper hat eine Dicke von 10 μm bis 10 mm und eine Fläche von 1 mm2 bis Im2. Die Dimensionie¬ rung des Tragkorpers richtet sich dabei nach dem An¬ wendungsfall, d.h. ob eine oder mehrere Zellen auf der Oberfläche aufgebracht sind. Bevorzugterweise ist der Tragkörper eine nicht leitfähige, gasdurchlässi¬ ge, flächige Membran. Die Materialien für den Trag¬ körper sind typischerweise polymere Träger aus z.B. Polysulfon. Derartige poröse Membranen können dabei symmetrisch, d.h. gleiche Membranstruktur über den gesamten Membranquerschnitt, oder asymmetrisch, d.h. Änderungen der Membranstruktur über den Membranquer¬ schnitt, aufweisen. Auch Composit-Membranen sind mög¬ lich. Ein Überblick über erfindungsgemäß einsetzbare Materialien für den Tragkörper sind z.B. aus "Membra- nen", Prof. Dr. Eberhard Staude, aus Ulimanns Enzy¬ klopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, 1978, Bd. 16, Seite 515 bis 535, zu entnehmen.
Im Gegensatz zu den SOFC-Brennstoffzeilen handelt es sich bei den erfindungsgemäß ausgebildeten um PEMFC- Brennstoffzeilen (Polymer electrolyt membran fuel cell), die typischerweise in einem Temperaturbereich zwischen 80 und 100 °C arbeiten und die Ionenleitung nicht über die Sauerstoffionen, sondern über proto- nenleitende Membranen, die in der Regel aus protonen¬ leitendem Polymermaterial bestehen, erfolgt. Da das erfindungsgemäß ausgebildete Festelektrolyt-Zellsy¬ stem aus Polymermaterialien besteht, sind sie für den Einsatz in PEMFC-Brennstoffzeilen geeignet und ins¬ besondere sehr leicht und flexibel ausgebildet, was dadurch entsprechende flexible Strukturen ermöglicht. Mit den Polymermaterialien können günstig poröse, gasdurchlässige Folien hergestellt werden, wobei das in der Membrantechnik bekannte Phaseninversionsver¬ fahren angewendet werden kann. Dabei wird eine Poly¬ merlösung in ein Zellbad getaucht und eine Ent¬ mischung der Lösung in eine polymerreiche und in eine polymerarme Phase erfolgt. Nachdem die Membran ge- trocknet worden ist, kann eine gasdurchlässige, porö¬ se Struktur erhalten werden. Alle anderen Schichten des erfindungsgemäßen Zellsystems (ionenleitende Kunststoffolie oder leitfähige Strukturen) , können dann auf den so erhaltenen porösen Polymerträger, der ebenfalls flexibel ist, aufgebracht werden. Dabei wird ein vollständig flexibler Schichtaufbau er¬ reicht. Das so hergestellte Zellsystem hat dann die Form einer flexiblen Folie, die in verschiedenster Form weiter eingesetzt werden kann. So können beispielsweise
Wickelmodule hergestellt werden, wobei der vorab be¬ schriebene Folienaufbau des erfindungsgemäßen Zell¬ systems mit einer zweiten nicht funktionalen, nicht leitendenen, dünnen flexiblen Kunststoffolie überein- ander gelegt und entsprechend aufgewickelt wird. Da¬ bei sollten zwischen der letztgenannten Kunststoff¬ folie und der "Brennstoffzellenfolie" Gasräume ausge¬ bildet werden, so daß die Brennstoffzellenfolie ein¬ seitig mit Wasserstoff und auf der anderen Seite mit Sauerstoff oder Luft in Kontakt gebracht werden kann, so daß eine funktionsfähige Brennstoffzelle mit durch die Möglichkeit der Reihenschaltung erreichbarer ho¬ her Ausgangsspannung gebildet wird. Wird beispiels- weise das Zellsystem als Wickelmodul ausgebildet, so kann durch die Verwendung der Kunststoffausgangsmate¬ rialien die Abdichtung der Ränder an den beiden Stirnflächen des Wickelmoduls durch einfaches Verkle¬ ben oder Verschweißen der Kunststoffe mit einem ge- eigneten Verschluß (Deckel) erreicht werden. Die Ver¬ schlüsse sind aus einem stabilen, nicht leitendem gasundurchlässigen Material.
Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Zellsystem kön- nen neben der Verwendung als Wickelmodul die ver¬ schiedensten Strukturen und Formen ausgebildet wer¬ den, so daß es möglich wird, auf relativ kleinem Raum Brennstoffzellen zur Verfügung zu stellen, die ge¬ wünschtermaßen eine hohe Ausgangsspannung liefern können.
Üblicherweise weist die Oberfläche des Tragkörpers eine Fläche von 1 cm2 bis 1000 cm2 auf.
Ein Überblick hierüber ist z.B. aus "Membranen",
Prof. Dr. Eberhard Staude, aus Ulimanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, 1978, Bd. 16, Seite 515 - 535, zu entnehmen.
Die auf dem vorstehend beschriebenen Tragkörper mit¬ tels Schichttechnik abgeschiedenen Elektroden¬ schichten weisen typischerweise eine Dicke 10 nm bis 100 μm auf. Als Materialien hierfür kommen alle, an und für sich bereits aus dem Stand der Technik be- kannten Elektrodenmaterialien in Frage.
Voraussetzung für die Elektrodenschichten ist, daß die elektronisch leitfähig und katalytisch aktiv sind. In der Regel sind für den Ablauf der elektro¬ chemischen Teilreaktionen geeignete Katalysatoren notwendig, um hohe Ubergangsspannungen zu vermeiden. So wird für eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoff¬ zelle typischerweise Platin als Elektrodenmaterial- Katalysator verwendet. Andere Beispiele für Elektro¬ denmaterialien sind platinierte Kohlen oder Iridium. Weiterhin können Zusatzstoffe wie z.B. Hydrophobie¬ rungsmittel enthalten sein.
Bei der ebenfalls mittels Schichttechnik auf der er¬ sten Elektrodenschicht abgeschiedenen Membranschicht ist wichtig, daß diese protonenleitfähig ist, um den ionischen Ladungstransport zwischen den beiden Elek¬ troden zu gewährleisten. Typischerweise besitzen Po- lymere, welche Sulfonsaure-, Carbonsäure- oder
Phosphonsäuregruppen enthalten, in Gegenwart von Was¬ ser die Eigenschaft der Protonenleitfähigkeit. Bei¬ spiele sind sulfonierte Polysulfone oder sulfonierte Polyethersulfone. Eine andere Möglichkeit ist die organisch-anorganische Polymerklasse der Ormolyte
(ORganicaly MOdified ceramics elektroLYTES) , wie bei¬ spielsweise Aminosile, Poly(benzylsulfonsäure)siloxa- ne oder Sulfonamidosile, welche alle über Sol-Gel- Prozesse hergestellt werden. Aminosile werden aus einer Lösung von aminiertem Organotrisiloxan, einer Säure HX und Wasser erhalten. Über einen Sol-Gel-Pro- zeß werden Materialien der allgemeinen Formel Si03/2, R-(HX)X, 0 < x < 0,5 erhalten. Ein Beispiel für ein Aminosil ist Si03/2(CH2)3NH(CH2)2NH2-(HCF3S03)02.
Auch anorganische Verbindungen können Protonen¬ leitfähigkeit aufweisen, insbesondere bei höheren Temperaturen, Beispiele sind modifizierte Erdalkali- cerate oder -zirkonate wie
SrCe095Yb0.05O3^ oder CaZr095In005O3^ .
Erfindungsgemäß wird gemäß einer bevorzugten Ausfüh¬ rungsform vorgeschlagen, mehrere der vorstehend be¬ schriebenen Zellbereiche auf dem Tragkörper anzuord¬ nen und elektronisch zu verschalten. Diese Ausfüh¬ rungsform ist besonders bevorzugt, da sich hier ana- log der aus dem Stand der Technik bekannten Stapel¬ bauweise sehr hohe Ausgangsspannungen durch Hinter¬ einanderschaltung der einzelnen Zellen realisieren lassen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die elektrische Verschaltung über einen, die pro- tonenleitenden Membranschichten von benachbarten
Zellbereichen trennenden, nicht protonenleitenden, elektrischen Kontakt erfolgt. Wichtig ist, daß die Protonenleitung zwischen den einzelnen Membranen un¬ terbrochen wird. Gleichzeitig muß dabei eine elektro- nische Leitfähigkeit von z. B. der Membranunterseite des ersten Zellbereiches zur Membranoberseite des zweiten Zellbereiches gewährleistet sein. Dies wird nun dadurch erreicht, daß ein elektrischer Kontakt die beiden Membranschichten, die stirnseitig anein- andergrenzen, voneinander trennt und dabei jeweils mit der unteren Elektrodenschicht und mit der oberen Elektrodenschicht des benachbarten Zellbereiches in Kontakt steht. Der Kontakt kann dabei so ausgebildet sein, daß eine Elektrodenfläche zwischen den beiden Membranen hindurchgeführt wird und mit der, der ersten Elektrodenfläche gegenüberliegenden Elektro¬ denfläche, des nächsten Zellbereichs in Kontakt steht. Bevorzugt ist dabei dieser Kontakt so ausge- bildet, daß er im Bereich der protonenleitenden Mem¬ bran nicht porös und nicht katalytisch aktiv ist. Beispiele für solche Materialien sind Titan oder auch leitfähige Polymere. Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß zusätzlich zum elektrischen Kontakt noch eine isolierende Schicht, d.h. nicht leitfähige Be¬ reiche, die ebenfalls mittels Schichttechnik aufge¬ bracht sein können, zwischen dem Kontakt und der Mem¬ bran angeordnet sind. Diese nicht leitfähigen Berei¬ che, d.h. isolierenden Schichten, dürfen weder io- nisch noch elektronisch leitfähig sein. Als Materia¬ lien kommen deshalb typischerweise Metalloxide wie Aluminiumoxid oder nicht leitfähige Polymere, wie beispielsweise Polysulfone zum Einsatz.
Zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Zellaufbau ist es auch noch möglich, schmale Streifen oder Git¬ ter von elektronisch leitfähigem Material auf die Elektrodenflächen aufzubringen. Dieε führt zum einen zu einer Verbesserung der Querleitfähigkeit der Elek- trodenschichten und zum anderen zu einer Verbesserung der Stabilisierung der mechanischen Eigenschaften. Diese Ausführungsform ist dann vorteilhaft, wenn es zu starken mechanischen Beanspruchungen der Elektro¬ denfläche kommt, was z.B. dann der Fall ist, wenn mit ionenleitenden Elektrolyten gearbeitet wird, da eε hierdurch zu Volumenänderungen im Betrieb durch Waε- seraufnähme und -abgäbe kommen kann.
Das Aufbringen der Substanzen erfolgt durch typische / J i. O ? - 14
Methoden der Schichttechnik, wie Sputtern, CVD-Pro- zeεεe, plaεmaunterstützte CVD-Prozesse, Plasmapolyme¬ risation, Sol-Gel-Technik, galvanisch oder beschich¬ ten aus Lösung oder aus Suspensionen mit Pulvern. So lassen sich Metallschichten über Sputter-Prozesse aufbringen, Metalloxide εind ebenfalls über reaktives Sputtern zugänglich. Auch CVD-Prozesse, z.B. die Zer¬ setzung von metallorganischen Ausgangsverbindungen, ermöglichen Metalloxidschichten, wobei sich plasmaun- terstützte CVD-Beschichtungen bei temperaturempfind¬ lichen Substraten anbieten. So sind beiεpielsweise durch die Zersetzung von TrCyclopentadienyltrimethyl- platin im Plasma dünne Platinschichten zugänglich. Auch organische Schichten sind beispielsweise durch Plasmapolymerisation von Ethylen oder anderen Organi¬ ka zugänglich. Der Einbau von Carboxylatgruppen bei der Plasmapolymerisation ermöglicht die Herstellung von protonenleitenden Plasmapolymeren. Ormolyte als Protonenleiter werden beispielsweise mittels Sol-Gel- Prozeß hergestellt, andere sulfonierte Polymere kön¬ nen als Lösung aufgebracht werden. So lösen sich sul¬ fonierte Polysulfone in der Regel gut in Dimethyl¬ sulfoxid und können so in viskoser Form aufgebracht werden.
Geeignete Masken während des Abscheidevorgangeε oder Abdeckung mit Photolacken ermöglichen die Aufbringung von geometriεch definierten Bereichen, wie sie für das integrierte Brennstoffzeilensystem notwendig sind.
Da die integrierte Brennstoffzelle freitragend aufge¬ baut ist, iεt eine einfache Kapselung in Kunststoff- gehäusen möglich. Nach dem Aufbringen aller Schichten auf den Tragkörper wird das Schicht-Brennstoffzellen- system in entsprechende Kunststoffgehäuse einge¬ schweißt oder eingegossen.
Wie vorstehend beschrieben, ist es somit möglich, die Brennstoffzellen in ein entεprechendeε Kunststoffge¬ häuse einzuschweißen oder einzugießen. Diese Einbau¬ weise erlaubt es auch, wenn eine Kühlung der Zelle notwendig ist, dies durch Aufbringen von Kühlrippen zu ermöglichen.
Das vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Konzept für elektrochemische Feεtelektrolyt-Zellεyεteme ist einerseits dafür geeignet, z.B. Wasserstoff oder Me- thanol zu verströmen, ebenso für Wasserelektrolyse¬ zellen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfin¬ dung ergeben sich auε der folgenden Beεchreibung dreier Auεführungsformen, sowie anhand der Zeichnun¬ gen. Hierbei zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt durch den schematischen
Aufbau eines erfindungsgemäßen Zellsystems mit einer zusätzlichen isolierenden
Schicht;
Fig. 2 den Aufbau analog Fig. 1, jedoch mit einer isolierenden Schicht, die nur teilweiεe in die Membran hineinragt im Querεchnitt;
Fig. 3 einen erfindungεgemäßen Aufbau analog
Fig. 1, jedoch hier auεεchließlich mit ei¬ nem elektriεchen Kontakt; Fig. 4 die eindimensionale Anordnung von vier Ein¬ zelzellen hintereinander in der Draufsicht;
Fig. 5 die zweidimensionale Anordnung von mehreren Zellreihen hintereinander in der Drauf¬ sicht;
Fig. 6 a in Seitenansicht und Querschnitt den Einbau eines erfindungsgemäßen Zellsyεtems in ein Gehäuse, und
Fig. 6 b in der Frontansicht;
Fig. 7 a eine weitere Ausführungsform betreffend den Einbau des Zellsyεtemε in ein Gehäuse, je- doch hier mit einer integrierten Gasversor- gung;
Fig. 7 b dieεe Anordnung in der Frontansicht.
Fig. 8 a den Einbau mehrerer Zellsysteme in ein Ge¬ häuse, wiederum im Querschnitt,
Fig. 9 die Integration einer Wasserkühlung in ein Gehäuse
Fig. 10 einen erfindungsgemäßen Aufbau in Form ei¬ nes Wickelmoduls im Querεchnitt,
Fig. 11 ein weiteres Ausführungεbeispiel unter zu¬ sätzlicher Verwendung von gasundurchläεsi- gen, nicht leitenden Folien und
Fig. 12 eine Anordnung, bei der das in Figur 11 gezeigte Ausführungsbeispiel auf einen Kör¬ per gewickelt ist.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt schematiεch den Aufbau eineε erfindungεgemäßen Zellεyεtemε am Beiεpiel einer Brennstoffzelle.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 sind vier Einzel¬ zellen (Zelle 1 - 4) hintereinander in Reihe ver- schaltet. Die Zelle 1 wird dabei durch den Zellbe¬ reich 3 und einem diesem Bereich 3 zugerechneten Teil des Tragkörpers gebildet. Grundlage des erfindungs¬ gemäßen Zellsystemε iεt der gaεdurchläεsige, flexible Tragkörper 1. Der gasdurchlässige Tragkörper 1 ist in Fig. 1 wie in den folgenden Figuren nur der besseren Übersichtlichkeit wegen in Form eines gelochten Trag¬ körpers dargestellt. Die Erfindung schließt jedoch alle Varianten eines Tragkörpers mit ein, sofern die¬ se gasdurchlässig sind. Der Tragkörper kann demnach selbst aus porösem Material sein, oder aus nichtpo¬ rösem Material sein und entεprechende Durchbrechungen für den Gaszufluß aufweisen. Auch ist ein Tragkörper der ansonεten aus einem geschlossenen Material gefer¬ tigt ist, jedoch entsprechende Durchbrechungen für den Gasfluß aufweist, einsetzbar. Die Dimensionierung des Tragkörpers, d.h. die Dicke und die Oberfläche, wird je nach Einsatzbedingungen und angestrebten Aus¬ gangsspannungen ausgewählt. Die Dicke liegt im Be¬ reich von 10 μm bis 10 mm, die Oberfläche im Bereich von 1 mm2 bis 1 m2. Zur Herstellung des erfindungs¬ gemäßen Zellsystems wird nun auf den gasdurchlässi¬ gen, flexiblen Tragkörper 1 in einem ersten Schritt auf dessen Oberfläche 2 in bestimmten Abständen mit¬ tels Schichttechnik eine ebenfalls flexible isolie- rende Schicht 15 aus nicht leitfähigem Material auf¬ gebracht. Dieses nicht leitfähige Material dient zur Isolierung der dann entstehenden Zellbereiche 3. Die Dicke der Isolierung 15 liegt dabei im Bereich von 10 nm bis 1 mm. In der Ausführungεform nach Fig. 1 exi¬ stieren εomit drei auf dem Tragkörper 1 aufgebrachte, iεolierende Schichten 15. Die Höhe der Schicht wird dabei so gewählt, daß die Oberkante mit der dann her¬ zustellenden Membranschicht 8 nahezu bündig verläuft. Im nun folgenden Schritt erfolgt die Beεchichtung deε gaεdurchläεεigen Tragkörperε 1 mit elektroniεch leit¬ fähigem, flexiblen Material zur Herεtellung der er¬ εten Elektrodenεchicht 7. An dieser Elektrodenschicht 7 laufen dann die elektroniεchen Teilreaktionen z.B. Waεεerεtoffoxidation ab. Dieεe Schicht (erste Elek¬ trode) darf nicht dicht sein, sondern muß ebenso wie der Tragkörper 1 eine gewisse Porosität aufweiεen. Im folgenden Schritt werden dann direkt neben der iso¬ lierenden Schicht 15 und auf die erste Elektrodenschicht 7 zusätzlich kleine, elektronisch leitfähige Bezirke aufgebracht, die den elektrischen Kontakt 12 darstellen. In den nun entstandenen Ver¬ tiefungen zwischen der isolierenden Schicht 15 und dem leitfähigen Kontakt 12 wird eine flexible proto- nenleitende Schicht aufgebracht. Dieεe protonenlei¬ tende Schicht bildet dann die Membranschicht 8. Die Membranschicht 8 εteht auf der Unterεeite in Kontakt mit dem leitfähigen Material der Elektrodenεchicht 7. Anschließend erfolgt dann eine Beschichtung wiederum mit einem elektronisch leitfähigen flexiblen Material zur Herstellung der zweiten Elektrodenschicht 11, an der dann die andere elektrochemische Teilreaktion abläuft (zweite Elektrode). Im Falle deε vorεtehend beεchriebenen Beiεpielε einer Waεεerεtoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle findet hier dann die Sauerstoffreduktion εtatt. Dieεe Schicht muß so beschaffen sein, daß ein Dreiphaεenkontakt zwi- sehen dem zugeführten Gaε, zweiter Elektrode 11 und
Membranschicht 8 möglich ist, d.h. es darf sich nicht um eine dichte Schicht handeln. Desweiteren muß die Schicht 11 so aufgebracht werden, daß eine elektro¬ nisch leitfähige Verbindung zwischen der unteren Elektrode 7 einer Zelle und der oberen Elektrode 11 der folgenden Zelle mit Hilfe deε elektrischen Kon¬ taktes 12 zustande kommt. Damit wird eine interne elektrische Reihenverschaltung der einzelnen Zellen 1 bis 4 realisiert und an der ersten oberen Elektrode mit dem Anεchluß 20 und der letzten unteren Elektrode mit dem Anschluß 21 kann die Summe aller Zellenspan¬ nungen abgegriffen werden.
Fig. 2 zeigt nun eine weitere Ausführungεform eineε erfindungεgemäßen Zellsystems. Der Aufbau entspricht im wesentlichen dem Aufbau nach Fig. 1, jedoch ist nach Fig. 2 die Verschaltung mittels des elektrischen Kontaktes anders realisiert. Die Verschaltung nach Fig. 2 erfolgt hier durch einen elektrischen Kontakt 13, der hierbei so ausgebildet ist, daß er direkt die obere Elektrodenschicht 7 mit der unteren Elektroden¬ schicht 7 verbindet. Der elektrische Kontakt 13 ist hierbei durchgängig aus einem dichten Material gebil¬ det. In der Ausführungεform nach Fig. 1 war das dich- te Material lediglich im Bereich der protonenleiten¬ den Membranschicht angeordnet. Eine solche Anordnung kommt z.B. dann zum Tragen, wenn die elektrischen Kontakte (13) erst im letzten Herstellungsschritt eingefügt werden, indem z.B. entsprechende leitfähige Strukturen von oben mit Druck in daε Zellensystem eingefügt werden. In Abwandlung vom Ausführungsbei¬ spiel nach Fig. 1 ist hier die isolierende Schicht 16 nicht so ausgebildet, daß sie über die geεamte Dicke der Membranεchicht 9 führt, sondern nur teilweise.
Auch mit dieser Ausführungεform iεt eine erfindungε- gemäße Reihenεchaltung deε Zellbereichε 4 realiεier- bar. Fig. 3 zeigt nun eine Ausführungsform bei der gänzlich auf die isolierenden Schichten verzichtet wird. Bei dieser Ausführungεform wird die Membran¬ εchicht 10 so ausgebildet, daß εie bis auf den Trag¬ körper 1 im Bereich des elektriεchen Kontakteε 14 geführt iεt. Dadurch läßt εich ebenfallε eine Reihen¬ εchaltung des Zellbereichs 5 realisieren.
Wesentlich bei allen Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 3 ist jeweils, daß die einzelnen Zellen 3,4,5 hintereinander in Reihe verschaltet sind, wobei der elektrische Kontakt 12,13,14 die beiden benachbarten Membranεchichten trennen muß.
Fig. 4 zeigt nun den erfindungsgemäßen Zellaufbau nach Fig. 1 in der Draufsicht. Zu erkennen sind die hintereinander angeordneten Zellen 1 biε 4, deren Einzelspannungen εich gemäß der Serienverεchaltung nach Fig. 4 zu einer Gesamtspannung addieren, die an den Anschlüssen 20 und 21 abgreifbar sind. Diese An¬ ordnung der Einzelzellen ist eine Anordnung in einer Richtung.
Fig. 5 zeigt nun eine Ausführungεform bei der Einzel¬ zellen εo angeordnet εind, daß εie εich in zwei Rich¬ tungen ausdehnen, was mit Hilfe der Schichttechnik problemlos möglich ist. Fig. 5 zeigt dies am Beispiel von 16 einzelnen Zellen, wobei in jeder Achsenrich¬ tung jeweils 4 Zellen (Zellbereich 1-4) angeordnet sind. Alle Zellen sind auf dem Tragkörper 1 aufge¬ bracht und gemäß dem in Fig. 1 beschriebenen Prinzip in Reihe verschaltet, so daß die 16-fache Ausgangs¬ spannung gegenüber einer Einzelzelle zur Verfügung steht. Die Spannung kann dann an den Anschlüεεen 20 und 21 abgegriffen werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Tragkörperbereiche, die nicht von der Zellenanordnung bedeckt werden, mit einer nicht leitfähigen Substanz 40 so beschichtet, daß kein Gasdurchtritt von der Unter- zur Oberseite stattfindet. Die Reihenfolge und Art der elektrischen Verschaltung bei einer Zellenanordnung in zwei Rich- tungen ist in Fig. 5 beispielhaft dargestellt. Andere Anordnungen und Verschaltungen sind ebenfalls mög¬ lich. So können gemiεchte Serien-/Parallelschaltungen verwendet werden. Beiεpielsweise sind dann jeweils 4 Zellen in Reihe verschaltet und diese Anordnungen werden dann durch Aufbringen leitfähiger Schichten parallel verschaltet, so daß redundant arbeitende Stromversorgungen zur Verfügung stehen, die auch nach Ausfall einer Einzelzelle weiterhin bei voller Span¬ nung arbeitsfähig bleiben.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen nun beispielhaft, wie die erfindungsgemäße Brennstoffzelle einfach durch Ver¬ kapselung in ein Kunstεtoffgehäuεe 17,18,19 einbring¬ bar ist. Fig. 6 a zeigt hier ein Beispiel in der Sei- tenansicht, Fig. 6 b in der Frontansicht. Die inte¬ grierte Brennstoffzelle 22 wird dabei in ein nicht leitendeε Kunststoffgehäuse 17 gasdicht eingeschweißt oder eingegosεen, wobei auf beiden Seiten der Zelle Öffnungen 23,24 für die BrennstoffVersorgung vorgese- hen sind. Die elektrischen Anschlüsse 25,26 der Zelle sind ebenfalls umgosεen und werden als Metallkontakt nach außen geführt.
Figuren 7a und 7b zeigen eine weitere Variante, für eine vorteilhafte Gasverεorgung mehrerer integrierter Brennstoffzellensyεteme. Auch hier wird die inte¬ grierte Brennεtoffzelle 22 gasdicht in ein nicht¬ leitendes Kunstεtoffgehäuεe 18 eingschweißt/eingegos- sen, wobei aber durch die geεamte Zelle laufende Ka¬ näle 27-30 zur Brennεtoffzufuhr und -abfuhr vorhanden εind. Am Beiεpiel einer Waεεerstoff-Sauerεtoff-Zelle war alεo ein Waεserstoffzufuhrkanal 27 vorhanden, der mit der einen Seite der integrierten Brennεtoffzelle 22 verbunden iεt, sowie ein Sauerstoffzufuhrkanal 30, dermit der anderen Seite der integrierten Brennstoff¬ zelle verbunden ist. Eventuelle Inertgase können durch die Abfuhrkanäle 28 bzw. 29 für jede Seite der integrierten Brennstoffzelle abgeführt werden. Die elektrischen Anschlüεεe der Zelle 25,26 sind eben¬ falls umgosεen und werden alε Metallkontakte nach außen geführt. In dieεer Anordnung können eine Viel¬ zahl dieser gekapselten Zellen über Dichtungen hin¬ tereinander angeordnet werden, wobei die Kanäle eine zentrale Brennstoffversorgung für alle Zellen bedeu¬ ten.
Die Kapselungεtechnik ermöglicht aber ebenfalls den Einbau mehrerer integrierter Brennstoffzellensyεteme in ein Kunεtεtoffgehäuse 19 wie in Fig. 8 darge¬ stellt.
Sollte eine Kühlung der Zellen notwendig werden, ist dies z.B. durch Aufbringen von Kühlkörpern möglich. So können metallische Kühlkörper, beispielsweise aus Aluminium, auf die Zelle aufgeklebt werden. Auch eine Wasεerkühlung iεt möglich (Fig. 9), wobei dann zu¬ sätzlich zu den Brennstoffverεorgungskanälen 27-30 ein Kanal für die Wasεerzufuhr 31 und ein Kanal für die Waεεerabfuhr 32 in daε Gehäuεe 33 integriert wer¬ den. Vorder- und Rückseite des Gehäuses enthalten entsprechende großflächige Vertiefungen 34, wobei dann beim Zusammenbau mehrerer Module z.B. durch Ver- kleben, Verschweißen oder über Dichtungen und Druck die eigentlichen Kühlεtrukturen entεtehen.
Soll nur ein einziges Modul gekühlt werden, sind die oben beschriebenen Vertiefungen 34 als Hohlräume in das Gehäuse zu integrieren.
Es ist in einer weiteren Variante möglich, wobei der gasdurchlässige Tragkörper, durch den das Brenngas anströmt, als Wärmetauscher dient, was bedeutet, daß die Kühlmittelkanäle durch diesen Tragkörper verlau¬ fen.
Die Kunststoffgehäuse 17, 18, 19 und 33 sind bevor¬ zugt aus einem flexiblen Material gebildet. Dabei werden die Gehäusewände und die Brennstoffzellen 22 in einem Abstand gehalten, εo daß die Gaεzufuhr zur Brennεtoffzelle 22 ohne Störungen erfolgen kann. Da¬ bei können bei den Beiεpielen nach den Figuren 6a, 7a, 7b, 8 und 9 dort nicht dargeεtellte Abstandshal- ter aus nicht leitendem Material eingesetzt werden.
Figur 10 zeigt daε Aufbauschema eines Brennεtoffzel- len-Wickelmodulε, daε auf der beεchriebenen, flexi¬ blen Brennstoffzellenfolie basiert, im Querschnitt, der besonders vorteilhaft ausgebildet und auf kleinem Raum einsetzbar ist.
Der Aufbau besteht zunächst aus der Brennstoffzellen- folie, die wiederum in der hier gezeichneten Variante aus dem poröεen Tragkörper 40, den beidεeitigen Elektroden 41, dem polymeren Feεtelektrolyten 42, den elektroniεch leitfähigen Bezirken 43 εowie den Isola- tionsbezirken 44 besteht. Diese Brennstoffzellenfolie ist zusammen mit einer nicht leitfähigen und gasun¬ durchlässigen Folie 45 aufgewickelt, so daß zwei von¬ einander getrennte Gasräume - 46 und 47 - entstehen. In diesen Gasräumen werden die chemischen Energieträ¬ ger für die Brennstoffzellenfolie zugeführt, im Falle der H2/02 bzw. H2/Luft-Brennstoffzelle εind dies bei- spielεweise im Gasraum 46 Wasserεtoff und im Gasraum 47 Luft.
Damit erhalten die beidseitig auf den Polymerelektro- lytbereichen aufgebrachten Elektroden 41 die für die Oxidations- und Reduktionsvorgänge der Brennstoffzel¬ le benötigten Energieträger zugeführt. Damit diese Brennstoffzufuhr möglich ist, müsεen sich zwischen der Brennstoffzellenfolie und der nicht leitenden Trennfolie 45 Zwischenräume befinden, die beiεpielε¬ weiεe durch Abstandshalter 48 erzeugt werden. Solche Abεtandεhalter können praktisch durch Polymernetze erzeugt werden, die in dem Modul mit aufgewickelt werden und freies Volumen für einen Glasfluß erzeu- gen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß keine Abstandεhalter verwendet werden, εondern daß εich in der Trennfolie 45 auf beiden Seiten kleine Kanäle befinden, durch die daε Gaε an die Elektroden strömen kann. Die Abstandshalter 48 können aber auch für die Küh¬ lung eingesetzt werden und durch eine rohrformige bzw. schlauchförmige Ausbildung kann Kühlmittel ge¬ leitet werden. Die in der Darstellung nicht erkenn- baren Stirnflächen, des besondereε vorteilhaften
Wickelmodulε, werden gasdicht mit deckeiförmigen Ver¬ schlüssen abgeschlosεen, die auε einem nicht leiten¬ den Material beεtehen.
Figur 11 zeigt eine weitere, universelle und günstige Möglichkeit zur Auεgeεtaltung der Erfindung. Hierbei werden zunächst 3 Folien benötigt und übereinanderge- legt. Eine gasundurchläsεige, nicht leitende Folie 50, eine erfindungεgemäße Brennεtoffzellenfolie εowie eine weitere gasundurchlässige, nicht leitende Folie 52. Eine derartige Kombination besitzt sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterεeite eine gaεundurchläε- εige Folie und ist deshalb auf beiden Seiten gas¬ dicht. Sie muß also nicht wie in Figur 10 vollständig in sich aufgewickelt sein, sondern kann auf beliebige Rundungen oder Körper aufgewickelt werden.
Die zwei benötigten Gasräume befinden sich zwischen Folie 50 und 51 und zwischen Folie 51 und 52 und kön- nen wie bereits beschrieben, durch Einfügen von porö¬ sen Folien oder Netzen zwischen Folie 50 und 51 ei- nerεeitε εowie Folie 51 us 52 andererseits erzeugt werden.
Die in Figur 11 gezeigte Anordnung wird dann aufge¬ wickelt, beispielεweiεe auf einen Körper 53, wie in Figur 12 gezeigt. Die Gaεzufuhr kann auf unterschied¬ liche Art erfolgen: Zum einen können die Seiten A und D (Figur 11) je¬ weils zwischen den Folien 50, 51 und 52 gasdicht ab¬ gedichtet werden durch Verkleben, Verschweißen oder durch Einfügen von Dichtungsmaterialstreifen zwiεchen die Folienenden. Zusätzlich wird auf der Seite B der Zwischenraum zwischen Folie 50 und 51 abgedichtet und auf der Seite C der Zwischenraum zwischen der Folie 51 und 52. Nach dem Aufwickeln erfolgt die Gaszufuhr jeweilε an den Seiten der Rolle, wobei beiεpielsweise Wasserstoff auf der einen (aufgewickelte Seite B) , und Sauerstoff auf der anderen Seite der Rolle (auf¬ gewickelte Seite C) zugeführt wird.
Zum anderen können die Seiten B, C und D (Figur 11) jeweils zwischen den Folien 50, 51 und 52 gasdicht abgedichtet werden durch Verkleben, Verschweißen oder durch Einfügen von Dichtungsmaterialstreifen. Die Gaszu- und abfuhr erfolgt dann beispielsweise für Wasserstoff auf der Seite A zwischen den Folien 50 und 51 und für Sauerεtoff zwiεchen den Folien 51 und 52.
In beiden Fällen können Gaεleitεtrukturen für eine optimale Zufuhr der Gaεe an die Elektroden εorgen. Die Gasleitstrukturen können beispielεweiεe Kanäle εein, die in die undurchlässigen Folien 50 und 52 integriert sind.
Als Materialien für die Folien kommen bevorzugt Mate- rialien in Betracht, die als flexible Folie herεtell- bar εind und den Bedingungen in der Brennεtoffzelle εtandhalten können, d.h. εauerεtoffresistent, Wasser¬ stoffresistent und hydrolysestabil sind. Beispiels¬ weise sind Folien aus Polysulfonen oder perfluorier- ten Materialien einsetzbar.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochemiεcheε Feεtelektrolyt-Zellsystem, beεtehend aus einem flächigen gasdurchlässigen nichtleitenden Tragkörper (1), bei dem auf einer Oberfläche (2) mindestenε ein Zellbereich (3,4,5), beεtehend aus einer ersten porösen, elektrisch leitfähigen Elektrodenschicht (7), einer protonenleitenden Membranschicht (8,9,10) und einer zweiten porösen, elektronisch leitfä¬ higen Elektrodenschicht (11) übereinander, mit- tels Schichttechnik, aufgebracht ist.
2. Elektrochemischeε Feεtelektrolyt-Zellεystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 2 - 1.000.000 Zell- bereiche (3,4,5) auf dem Tragkörper angeordnet und elektrisch verεchaltet εind.
3. Elektrochemiεcheε Festelektrolyt-Zellsyεtem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 2 - 10.000 Zellbe¬ reiche (3,4,5) hintereinander in Reihe verschal¬ tet sind.
4. Elektrochemischeε Feεtelektrolyt-Zellεystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 2 - 10.000 Reihen parallel verschaltet sind. 5. Elektrochemiεches Festelektrolyt-Zellεyεtem nach mindeεtenε einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ver- εchaltung über einen, die protonenleitenden Mem- branεchichten (8,9,10) von benachbarten Zellbe¬ reichen (3,4,5) trennenden, nicht protonenlei¬ tenden, elektriεchen Kontakt (12,13,14) erfolgt, wobei dieεer eine Elektrodenfläche (7) eines ersten Zellbereichs (3,4,
5) mit der gegenüber- liegenden Elektrodenfläche (11) des nächεten
Zellbereichε verbindet.
6. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellεystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Kon¬ takt (12,13,14) im Bereich der protonenleitenden Membranschichten nicht porös und nicht kataly¬ tisch aktiv ist.
7. Elektrochemiεcheε Festelektrolyt-Zellsyεtem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elek¬ trischen Kontakt (12,13,14) und der benachbar¬ ten, protonenleitenden Membranschicht (8,9,10) zusätzlich eine, mittels Schichttechnik aufge¬ brachte, isolierende Schicht (15,16) angeordnet ist.
8. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellεystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 biε 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der elektrisch leitfähigen El-etetrodenschicht (7,11) elektro¬ nisch leitfähiges Matearial, z. B. in Form von Streifen oder Gittern-, aufgebracht ist.
9. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (1) eine nicht leitfähige, gasdurchlässige, flä- chige Membran ist, die εymmetriεch, asymme¬ trisch oder als Composite-Membran aufgebaut sein kann.
10. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem nach mindeεtenε einem der Anεprüche 1 biε 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Tragkörpers (1) aus anorganisch-oxidischen Mate¬ rialien wie Aluminiumoxid, oder aus polymeren Materialien wie Polysulfone, oder aus derartigen trägergestützten Materialien besteht.
11. Elektrochemischeε Festelektrolyt-Zellsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Elektrodenschichten (7,11) ausgewählt ist aus
Elementen der VIII. Nebengruppe, sowie deren Legierungen, Oxide, Mischoxide, oder Mischungen davon oder aus Mischungen oder Verbünden der ge¬ nannten Materialien mit Kohlenstoff.
12. Elektrochemischeε Festelektrolyt-Zellsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die protonenleitende Membranschicht (8,9,10) ausge- wählt ist auε polymeren Ionenleitern, organisch- anorganischen Ionenleitern, oder anorganischen Ionenleitern wie Erdalkalizirkonaten.
13. Elektrochemiεches Festelektrolyt-Zellsyεtem nach mindeεtenε einem der Anεprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den elektriεchen Kontakt zur Verεchaltung der Zell- bereiche im Bereich der Membranschicht, Metalle wie Titan oder leitfähiger Kohlenstoff oder elektronisch leitfähige Polymere sind.
14. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (15,16) ein organiεch nicht leitfähigeε Polymer wie Polysulfone, plasmapolymerisierte Polymerschichten oder anorganische Materialien wie Aluminiumoxid ist.
15. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellεyεtem nach mindeεtens einem der Anεprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß 1 - 10.000.000 Zell- Systeme in ein nicht leitendes Kunstεtoffgehäuεe
(17,18,19) eingegoεsen oder eingeschweißt sind, wobei die Anschlüεse der Zelle mitumgosεen und alε Kontakt nach außen geführt εind.
16. Elektrochemiεches Festelektrolyt-Zellsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß 1 - 2000 verkapselte Zellsysteme mittels Dichtungen hintereinander angeordnet und zentrale Stoffzufuhr- bzw. -ab- fuhrkanäle besitzen.
17. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem nach mindestenε einem der Anεprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Tragkörper (40), den Elektroden (41), Festelektrolyt (42) bestehende flexible Folie gemeinsam mit einer nicht leitenden, gasundurchlässigen flexiblen Folie (45), in einem Abstand einen Gasraum (46) ausbildend, angeordnet und gewickelt sind, so daß ein zweiter Gasraum (47) ausgebildet ist und die Stirnflächen des Wickelmodulförmigen Syεtems verschlossen sind.
18. Elektrochemischeε Festelektrolyt-Zellsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Gas¬ räumen (46) und (47) Abstandεhalter (48) ange¬ ordnet εind.
19. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellεyεtem nach mindestenε einem der Anεprüche 1 biε 16, dadurch gekennzeichnet, daß daε Zellsystem als flexible Folie (51) ausgebildet, die beidseitig von nichtleitenden Trennfolien (50) und (52) umgeben ist und die Seiten (A) , (B) , (C) und (D) so miteinander verbunden sind, daß zwei Gasräume beidseitig der flexiblen Folie (51) mit getrenn¬ ter Gaszufuhr ausgebildet sind.
20. Elektrochemisches Festelektrolyt-Zellsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (50, 51, 52) um einen Körper (53) gewickelt sind.
21. Verfahren zur Herstellung eines elektrochemi¬ schen Festelektrolyt-Zellsystems nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Tragkörper nacheinander eine erste elektrisch leitfähige Elektrodenschicht, eine protonenleitende Membranschicht und eine zweite, poröse, elektro¬ nisch leitfähige Membranschicht, mittels an und für sich bekannten Verfahren der Filmtechnik abgeschieden werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten mit- tels PVD, CVD, thermisch- oder plasmaunterεtütz- ter Zersetzung metallorganischer Verbindung, galvanischer Methoden oder Pressverfahren herge¬ stellt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung defi¬ nierter geometrischer Strukturen der aufzubrin¬ genden Schichten mittels Masken, die auf das Substrat aufgelegt werden, oder mittels geeigne- ter Phσtolacke erfolgt.
24. Verwendung des elektrochemischen Festelektrolyt- Zellsyεtems nach mindeεtenε einem der Ansprüche 1 bis 20, als Elektrolysesystem, welches Wasser in Wasser¬ stoff und Sauerstoff spaltet.
25. Verwendung deε elektrochemischen Festelektrolyt- Zellsyεtems nach mindestens einem der Ansprüche 1 biε 20, als Brennstoffzelle, welche Wasεerstoff oder Me¬ thanol verströmt.
PCT/DE1996/001123 1995-06-21 1996-06-21 Elektrochemisches festelektrolyt-zellsystem Ceased WO1997001194A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19522506.6 1995-06-21
DE19522506 1995-06-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1997001194A1 true WO1997001194A1 (de) 1997-01-09

Family

ID=7764875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1996/001123 Ceased WO1997001194A1 (de) 1995-06-21 1996-06-21 Elektrochemisches festelektrolyt-zellsystem

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19624887A1 (de)
WO (1) WO1997001194A1 (de)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998016963A1 (en) * 1996-10-16 1998-04-23 W.L. Gore & Associates, Inc. Tubular polymer electrolyte fuel cell assembly and method of manufacture
DE19739019A1 (de) * 1997-09-06 1999-03-11 Forschungszentrum Juelich Gmbh Gewickelte Brennstoffzelle
WO1999052159A3 (de) * 1998-04-04 2000-01-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Herstellung einer polymerelektrolyt-membran-brennstoffzelle mit plasmabehandlung
DE19904203A1 (de) * 1999-02-03 2000-08-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle nebst Herstellung in Batterieform
FR2819107A1 (fr) * 2000-12-29 2002-07-05 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un assemblage d'elements de base pour un etage de pile a combustible
GB2412005A (en) * 2004-03-08 2005-09-14 Antig Tech Co Ltd Flexible fuel cell
WO2007063257A1 (fr) * 2005-11-30 2007-06-07 Stmicroelectronics Sa Pile a combustible integree empilable
EP1394884A3 (de) * 2002-08-28 2008-10-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Elektrolyt-Membran für eine in einem mittleren Temperaturbereich betriebsfähige Brennstoffzelle, diese verwendende Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
US8765469B2 (en) 2005-08-17 2014-07-01 Takara Bio Inc. Method of producing lymphocytes
US8927273B2 (en) 2003-08-22 2015-01-06 Takara Bio Inc. Process for producing cytotoxic lymphocytes
US8975070B2 (en) 2002-03-25 2015-03-10 Takara Bio Inc. Process for producing cytotoxic lymphocyte
CN108290119A (zh) * 2015-11-26 2018-07-17 富士胶片制造欧洲有限公司 膜堆叠及其制造方法
CN109193017A (zh) * 2018-08-27 2019-01-11 京东方科技集团股份有限公司 电池

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2883081B1 (ja) * 1997-11-19 1999-04-19 三菱電機株式会社 固体高分子電解モジュールおよびそれを用いた固体高分子電解装置
FR2774100B1 (fr) * 1998-01-29 2000-03-03 Gilles Thuny Electrodes et electrolyte pour electrolyse de l'eau et procede pour leur fabrication
DE19819291A1 (de) * 1998-04-30 1999-11-11 Emitec Emissionstechnologie Brennstoffzellen-Modul
DE19914680C2 (de) * 1999-03-31 2003-02-20 Joerg Mueller Polymer-Elektrolyt-Membran mit integrierter Katalysatormetall-dotierter poröser Graphit-Kontaktschicht
DE19914571C2 (de) * 1999-03-31 2002-10-24 Joerg Mueller Verfahren zur Herstellung einer plasmapolymerisierten ionenleitenden Sperrschicht für Polymer-Elektrolytmembranen
DE19914661C2 (de) * 1999-03-31 2002-11-14 Joerg Mueller Verfahren zur Herstellung einer intergriert verschalteten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle
DE19914681C2 (de) * 1999-03-31 2002-07-18 Joerg Mueller Polymer-Elektrolyt-Membran Brennstoffzellensystem in Mikrosystemtechnik
DE19916239C2 (de) * 1999-04-10 2001-07-05 Piller Gmbh Brennstoffzelle
AU3263001A (en) 1999-11-17 2001-05-30 Neah Power Systems, Inc. Fuel cells having silicon substrates and/or sol-gel derived support structures
WO2002019451A2 (en) * 2000-08-18 2002-03-07 Franklin Jerrold E Integrated and modular bsp/mea/manifold plates and compliant contacts for fuel cells
US20020022170A1 (en) 2000-08-18 2002-02-21 Franklin Jerrold E. Integrated and modular BSP/MEA/manifold plates for fuel cells
US6756145B2 (en) * 2000-11-27 2004-06-29 California Institute Of Technology Electrode and interconnect for miniature fuel cells using direct methanol feed
US20030096146A1 (en) * 2001-03-30 2003-05-22 Foster Ronald B. Planar substrate-based fuel cell Membrane Electrode Assembly and integrated circuitry
US6620542B2 (en) 2001-05-30 2003-09-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Flex based fuel cell
CA2436018C (en) * 2001-12-28 2008-11-25 Dai Nippon Insatsu Kabushiki Kaisha Polymer electrolyte fuel cell and separator for polymer electrolyte fuel cell
DE10201148A1 (de) * 2002-01-15 2003-07-31 H2 Interpower Brennstoffzellen Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen einer Anpresskraft auf die Flächenelektroden einer Brennstoffzelle/eines Hydrolyseurs
DE10205852A1 (de) * 2002-02-13 2003-08-21 Creavis Tech & Innovation Gmbh Elektrolytmembran mit Diffusionsbarriere, diese umfassende Membranelektrodeneinheiten, Verfahren zur Herstellung und spezielle Verwendungen
ITTO20020643A1 (it) * 2002-07-23 2004-01-23 Fiat Ricerche Pila a combustibile ad alcool diretto e relativo metodo di realizzazione
US20040142227A1 (en) * 2002-11-26 2004-07-22 Kyocera Corporation Fuel cell casing, fuel cell, and electronic apparatus
US7670707B2 (en) 2003-07-30 2010-03-02 Altergy Systems, Inc. Electrical contacts for fuel cells
US7521145B2 (en) * 2003-10-16 2009-04-21 Wistron Corp. Fuel cells for use in portable devices
JP4794178B2 (ja) * 2004-05-10 2011-10-19 新光電気工業株式会社 固体電解質燃料電池
DE102004048526A1 (de) * 2004-08-12 2006-02-23 Bayerische Motoren Werke Ag Brennstoffzellen-System
FR2880994B1 (fr) 2005-01-17 2010-08-20 Pierre Forte Convertisseur electrochimique compact
US8153318B2 (en) 2006-11-08 2012-04-10 Alan Devoe Method of making a fuel cell device
US8293415B2 (en) 2006-05-11 2012-10-23 Alan Devoe Solid oxide fuel cell device and system
US20080182012A1 (en) * 2007-01-31 2008-07-31 Motorola, Inc. Micro fuel cell having macroporous metal current collectors
US8278013B2 (en) 2007-05-10 2012-10-02 Alan Devoe Fuel cell device and system
US8227128B2 (en) 2007-11-08 2012-07-24 Alan Devoe Fuel cell device and system
FR2958798B1 (fr) 2010-04-07 2015-04-03 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible comportant une membrane a conduction ionique localisee et procede de fabrication.
EP2759007B1 (de) 2011-11-09 2017-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Speicherelement für einen festelektrolyt-energiespeicher
US10003062B2 (en) 2012-09-14 2018-06-19 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Modular battery cover
US8899995B2 (en) 2012-09-14 2014-12-02 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Modular battery
US9583792B2 (en) 2014-06-11 2017-02-28 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Dynamically configurable auto-healing battery
US9438048B2 (en) 2014-06-20 2016-09-06 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Modular battery cell architecture and control method
WO2016024035A1 (en) * 2014-08-13 2016-02-18 Nokia Technologies Oy Apparatus and method for radio communication and energy storage
US9557387B2 (en) 2015-02-10 2017-01-31 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Testing individual cells within multi-cell battery applications
DE102021127547A1 (de) 2020-10-24 2022-04-28 Jakob Schillinger Elektrochemische Reaktorzelle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0198483A2 (de) * 1985-04-19 1986-10-22 Ivac Corporation Platte elektrochemische Zelle mit mehreren Verbindungen
EP0482783A2 (de) * 1990-10-24 1992-04-29 Tioxide Specialties Limited Verbundmembranen und diese Membranen enthaltende elektrochemische Zellen
WO1994005051A1 (en) * 1992-08-21 1994-03-03 Dodge Cleveland E Hydrogen powered electricity generating planar member
DE4329819A1 (de) * 1993-07-28 1995-02-02 Fraunhofer Ges Forschung Streifenmembran

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3907485A1 (de) * 1989-03-08 1990-09-20 Asea Brown Boveri Brennstoffzellenanordnung
DE4033284A1 (de) * 1990-10-19 1991-02-14 Asea Brown Boveri Anordnung von brennstoffzellen auf der basis eines hochtemperatur-feststoffelektrolyten

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0198483A2 (de) * 1985-04-19 1986-10-22 Ivac Corporation Platte elektrochemische Zelle mit mehreren Verbindungen
EP0482783A2 (de) * 1990-10-24 1992-04-29 Tioxide Specialties Limited Verbundmembranen und diese Membranen enthaltende elektrochemische Zellen
WO1994005051A1 (en) * 1992-08-21 1994-03-03 Dodge Cleveland E Hydrogen powered electricity generating planar member
DE4329819A1 (de) * 1993-07-28 1995-02-02 Fraunhofer Ges Forschung Streifenmembran

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998016963A1 (en) * 1996-10-16 1998-04-23 W.L. Gore & Associates, Inc. Tubular polymer electrolyte fuel cell assembly and method of manufacture
DE19739019A1 (de) * 1997-09-06 1999-03-11 Forschungszentrum Juelich Gmbh Gewickelte Brennstoffzelle
DE19739019C2 (de) * 1997-09-06 2002-10-31 Forschungszentrum Juelich Gmbh Gewickelte Brennstoffzelle
WO1999052159A3 (de) * 1998-04-04 2000-01-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Herstellung einer polymerelektrolyt-membran-brennstoffzelle mit plasmabehandlung
DE19904203A1 (de) * 1999-02-03 2000-08-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle nebst Herstellung in Batterieform
DE19904203C2 (de) * 1999-02-03 2001-05-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle nebst Herstellung in Batterieform
FR2819107A1 (fr) * 2000-12-29 2002-07-05 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un assemblage d'elements de base pour un etage de pile a combustible
WO2002054522A1 (fr) * 2000-12-29 2002-07-11 Commissariat A L'energie Atomique Procede de fabrication d'un assemblage d'elements de base pour un etage de pile a combustible
US8975070B2 (en) 2002-03-25 2015-03-10 Takara Bio Inc. Process for producing cytotoxic lymphocyte
EP1394884A3 (de) * 2002-08-28 2008-10-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Elektrolyt-Membran für eine in einem mittleren Temperaturbereich betriebsfähige Brennstoffzelle, diese verwendende Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
US7491462B2 (en) 2002-08-28 2009-02-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electrolyte membrane for fuel cell operable in medium temperature range, fuel cell using the same, and manufacturing methods therefor
US8927273B2 (en) 2003-08-22 2015-01-06 Takara Bio Inc. Process for producing cytotoxic lymphocytes
GB2412005A (en) * 2004-03-08 2005-09-14 Antig Tech Co Ltd Flexible fuel cell
US8765469B2 (en) 2005-08-17 2014-07-01 Takara Bio Inc. Method of producing lymphocytes
WO2007063257A1 (fr) * 2005-11-30 2007-06-07 Stmicroelectronics Sa Pile a combustible integree empilable
CN108290119A (zh) * 2015-11-26 2018-07-17 富士胶片制造欧洲有限公司 膜堆叠及其制造方法
CN109193017A (zh) * 2018-08-27 2019-01-11 京东方科技集团股份有限公司 电池
CN109193017B (zh) * 2018-08-27 2020-04-14 京东方科技集团股份有限公司 电池
US11283105B2 (en) 2018-08-27 2022-03-22 Boe Technology Group Co., Ltd. Battery having high battery capacity

Also Published As

Publication number Publication date
DE19624887A1 (de) 1997-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1997001194A1 (de) Elektrochemisches festelektrolyt-zellsystem
DE4443945C1 (de) PEM-Brennstoffzelle
DE69430634T2 (de) Elektrochemisches apparat
DE69508461T2 (de) Flachaufbau in Serien für Sauerstoffpumpe mit festem Elektrolyt
DE60214950T2 (de) Miniaturisierte Feststoffoxyd-Brennstoffzelle
WO2002025765A2 (de) Elektrochemischer zellenstapel
DE69221248T2 (de) Zelleinheiten für Festoxidbrennstoffzellen und Energiegenerator, der diese Zelleinheiten verwendet
DE4237602A1 (de) Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2008040682A1 (de) Verfahren zur herstellung einer membran-elektrodeneinheit
EP1093176A2 (de) Brennstoffzelle
EP2973809A1 (de) Bipolarplatte für eine brennstoffzelle, brennstoffzelle und verfahren zur herstellung der bipolarplatte
DE10033898A1 (de) Hochtemperaturbrennstoffzelle
DE60221281T2 (de) Brennstoffzelle und verfahren zur herstellung einer solchen mit grosser aktiver oberfläche und mit verringertem volumen
DE102022121234A1 (de) Elektrochemischer Reaktionszellenstapel
EP2054964B1 (de) Wiederholeinheit für einen stapel elektrochemischer zellen, sowie stapelanordnung
DE102009003074A1 (de) Elektrochemische Zelle zur Gewinnung elektrischer Energie
EP3526371B1 (de) Photovoltaik-elektrolyse-einheit
DE102020209081A1 (de) Elektrochemischer Reaktionszellenstapel
DE19958405A1 (de) Elektrochemische Zelle
DE4329819C2 (de) Brennstoffzellenmodul
DE112004001685T5 (de) Berücksichtigen einer MEA-Ausfallbetriebsart durch Steuerung einer MEA-Katalysatorschichtüberlappung
DE19833064C2 (de) Brennstoffzelle für hohe Ausgangsspannungen
DE102021112993A1 (de) Elektrochemischer Reaktionszellenstapel
WO2025125209A1 (de) Polymerelektrolyt-brennstoffzelle, verfahren zu deren herstellung und verfahren zu deren betrieb sowie modul aus mehreren solcher polymerelektrolyt-brennstoffzellen
DE10350478B4 (de) Brennstoffzelleneinheit

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase