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Dokumentenidentifikation DE202007005726U1 23.08.2007
Titel Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle
Anmelder Celxpert Energy Corporation, Longtan, Taoyuan, TW
Vertreter Viering, Jentschura & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 202007005726
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 23.08.2007
Registration date 19.07.2007
Application date from patent application 20.04.2007
IPC-Hauptklasse H01M 8/02(2006.01)A, F, I, 20070612, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle, insbesondere eine Brennstoffzellenstruktur, die für Direktmethanol-Brennstoffzellen, etc. anwendbar ist.

Energie gilt als einer der Schlüsselfaktoren für die Entwicklung aller wirtschaftlichen Aktivitäten. Mithilfe von Energie entwickelt sich die Gesellschaft der Menschen, so dass sich die Lebensqualität erhöht. Fossile Brennstoffe (z. B. Öl, Gas und Kohlen) gehören zu den am meisten verwendeten Energiequellen, dann kommt die Kernenergie, wobei fossile Brennstoffe und Kernenergie jeweils bestimmte Verschmutzungen und Risiken verursachen. Fossile Brennstoffe werden in einer enormen Menge verbraucht und drohen aufgebraucht zu werden. Brennstoffzellen gehören insofern zu den geschätzten neuen Produkten unter den neuen Energiequellen, weil die entsprechenden Brennstoffe leicht erhältlich sind, Brennstoffzellen eine hohe Erzeugungsleistung besitzen, eine breite Anwendung finden und wenige Verschmutzungen verursachen. In den konventionellen Brennstoffzellen wird üblicherweise beiderseits der Membranelektroden-Einheit jeweils eine Strömungsfeldplatte angeordnet, damit die Brennstoffe und Gas zur Membranelektroden-Einheit zum Zwecke der Reaktion fließen können.

Aus dem taiwanesischen Patent M292791 (Offenlegungstag: 21.06.2006) ist eine verbesserte Struktur einer Strömungsfeldplatte einer Brennstoffzelle bekannt.

Jedoch besitzt die vorstehende herkömmliche verbesserte Struktur einer Strömungsfeldplatte einer Brennstoffzelle den Nachteil, dass die Struktur und Form zu kompliziert sind, was hohe Herstellungskosten verursacht. Dies beeinträchtigt in erheblichem Maße den Gewinn der Industrie und somit die Verbreitung der Brennstoffzellen.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle zu schaffen, wobei die Struktur der Brennstoffzelle vereinfacht ist, um die Herstellungskosten zu reduzieren.

Durch die Erfindung wird ferner erreicht, eine verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle zu schaffen, wobei ein aktives und ein negatives System gleichzeitig verwendbar sind. Der Benutzer kann je nach seinem Bedarf das aktive oder das negative System auswählen.

Gemäß der Erfindung ist die verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle versehen mit einem elektrisch-leitenden Innenkörper, in dessen Innerem ein Aufnahmeraum ausgebildet ist, und der eine Öffnung aufweist, die mit dem Aufnahmeraum kommuniziert; im Inneren des elektrisch-leitenden Innenkörpers ist eine Vielzahl von ersten Perforationen vorgesehen, die durch den Außenrand des elektrisch-leitenden Innenkörpers hindurch verlaufen;

einer Membranelektroden-Einheit, die den Innen- und Außenrand des elektrisch-leitenden Innenkörpers umhüllt; und

einem elektrisch-leitenden Außenkörper, der den Außenrand der Membranelektroden-Einheit umhüllt und mit einer Vielzahl von zweiten Perforationen versehen ist, die durch den Innen- und Außenrand des elektrisch-leitenden Außenkörpers hindurch verlaufen.

Mithilfe der vorliegenden Erfindung lässt sich folgender Vorteil realisieren: da der elektrisch-leitende Innenkörper und der elektrisch-leitende Außenkörper einfach konstruiert sind, ist die Schwierigkeit der Herstellung reduzierbar, so dass die Herstellungskosten entsprechend erheblich herabsetzbar sind.

Zudem sind bei der Erfindung ein aktives und ein negatives System gleichzeitig verwendbar. Der Benutzer kann je nach seinem Bedarf zum Zwecke der Stromversorgung das aktive oder das negative System auswählen.

Im Folgenden werden Merkmale und Techniken der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Jedoch dienen die beigefügten Zeichnungen nur zur Referenz und Erläuterung und nicht zur Begrenzung der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:

1 eine Explosionsdarstellung einer verbesserten Struktur einer Brennstoffzelle gemäß der Erfindung;

1A eine perspektivische Ansicht der Struktur der zweiten Perforationen eines erfindungsgemäßen elektrisch-leitenden Außenkörpers;

2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektrisch-leitenden Innenkörpers; und

3 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht des Aufbaus einer erfindungsgemäßen verbesserten Struktur einer Brennstoffzelle.

Gemäß 1, 1A und 2 ist die verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle gemäß der Erfindung versehen mit einem elektrisch-leitenden Innenkörper 1, einer Membranelektroden-Einheit 2 und einem elektrisch-leitenden Außenkörper 3.

Der elektrisch-leitende Innenkörper 1 ist hohlzylinderförmig aus elektrisch-leitendem Stoff einstückig ausgebildet oder aus mehreren Stücken kombiniert, indem ein hohlzylinderförmiger elektrisch-leitender Stoff auf einem hohlzylinderförmigen Kunststoffstück aufgesetzt ist (nicht in der Zeichnung dargestellt). Der elektrisch-leitende Stoff kann als Metall oder Graphit ausgeführt sein. Im Hohlraum des elektrisch-leitenden Innenkörpers 1 ist ein Aufnahmeraum 11 ausgebildet. Der elektrisch-leitende Innenkörper 1 weist eine Öffnung 12 auf, die mit dem Aufnahmeraum 11 kommuniziert, um Brennstoffe wie Methanol einzufüllen. Am elektrisch-leitenden Innenkörpers 1 ist eine Vielzahl von Perforationen 13 gleichmäßig angeordnet, die als schmale Kanäle ausgebildet sind, durch den Innen- und Außenrand des elektrisch-leitenden Innenkörpers 1 hindurch verlaufen und so als Fließkanäle für Brennstoffe dienen.

Die Membranelektroden-Einheit 2 ist als flexible Platte ausgeführt, wobei das Gesamte oder ein Teil der Membranelektroden-Einheit 2 die zylinderförmige Außenfläche des elektrisch-leitenden Innenkörpers 1 umhüllt und so die ersten Perforationen 13 abdeckt. Die Membranelektroden-Einheit 2 umfasst eine Protonaustauschmembran und eine Anoden- und eine Kathodenkatalysatorschicht, die jeweils an den beiden Seiten der Protonaustauschmembran angeordnet sind.

Der elektrisch-leitende Außenkörper 3 ist als elektrisch-leitendes Metallnetz oder Metallplatte ausgeführt und mit einer Vielzahl von zweiten Perforationen 31 versehen, die durch den Innen- und Außenrand des elektrisch-leitenden Außenkörpers 3 hindurch verlaufen und also als Fließkanäle für Brennstoffe dienen. Das Profil des elektrisch-leitenden Außenkörpers 3 ist der Membranelektroden-Einheit 2 entsprechend plattenförmig ausgeführt. An den entgegengesetzten beiden Enden des elektrisch-leitenden Außenkörpers 3 ist jeweils ein Anschluss 32 angeordnet, wobei die beiden Anschlüsse 32 jeweils eine Vielzahl von Gewindelöchern 321 aufweisen, mit denen eine Vielzahl von Schrauben 322 verschraubt wird. In diesem Ausführungsbeispiel lässt sich die Anschlussweise der beiden Anschlüsse 32 nicht definieren. Alternativ können die beiden Anschlüsse 32 durch Schweißen oder Nieten miteinander kombiniert werden.

Wie aus 3 ersichtlich, soll die Membranelektroden-Einheit 2 zunächst den Außenrand des elektrisch-leitenden Innenkörpers 1 umhüllen und dann im Inneren des elektrisch-leitenden Außenkörpers 3 angeordnet werden, wobei die beiden Anschlüsse 32 durch die Schrauben 322 derart verschraubt werden, dass die Membranelektroden-Einheit 2 zusammen mit dem von ihr umhüllten elektrisch-leitenden Innenkörper 1 sich fest und dicht an der Innenwand des elektrisch-leitenden Außenkörpers 3 anpasst. Dabei wird der Pol des elektrisch-leitenden Innenkörpers 1 als Anode und der Pol des elektrisch-leitenden Außenkörpers 3 als Kathode ausgeführt. In den Aufnahmeraum 11 kann Brennstoff wie Methanol eingefüllt werden, wobei das Methanol und die Luft jeweils durch die Wirkung der Membranelektroden-Einheit 2 zum Zwecke der Stromversorgung in Elektrizität umgewandelt werden. Dadurch wird eine Direktmethanol-Brennstoffzelle (Direct, Methanol Fuel Cell, DMFC) ausgebildet.

An der Öffnung 12 kann ein Antriebselement wie eine Pumpe angeordnet werden, um den Brennstoff und Gas zu zwingen, durch die ersten Perforationen 13 und die zweiten Perforationen 31 hindurchzufließen und die Membranelektroden-Einheit 2 zu gelangen, um Wirkungen zu gestatten und so ein aktives Brennstoffzellensystem auszubilden. Beim elektrisch-leitenden Innenkörper 1 kann der Brennstoff durch die Kapillaranziehung, Schwerkraft oder natürliche Diffusion durch die ersten Perforationen 13 hindurchfließen und die Membranelektroden-Einheit 2 gelangen, um Wirkungen zu gestatten und so ein passives Brennstoffzellensystem auszubilden.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung stellen sich insbesondere wie folgt dar: Erstens, da der elektrisch-leitende Innenkörper 1 und der elektrisch-leitende Außenkörper 3 einfach konstruiert sind, ist die Schwierigkeit der Herstellung reduzierbar, so dass die Herstellungskosten entsprechend erheblich herabsetzbar sind.

Zweitens: Ein aktives und ein negatives System sind gleichzeitig verwendbar. Der Benutzer kann je nach seinem Bedarf die erfindungsgemäße Brennstoffzelle zum Zwecke der Stromversorgung im aktiven oder negativen System bedienen.

Drittens: Jede Brennstoffzelle ist einzeln angeordnet. Im Falle, dass eine davon defekt ist, ist die Defektstelle präzise herauszufinden, so dass das Problem sofort gelöst werden kann. Dies unterscheidet sich von der herkömmlichen überlappenden Ausgestaltung, bei der die Stelle des Defekts nicht leicht herauszufinden ist.

Die vorstehende Beschreibung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht als Beschränkung des Gegenstandes der Erfindung dienen.

1
elektrisch-leitender Innenkörper
11
Aufnahmeraum
12
Öffnung
13
erste Perforation
2
Membranelektroden-Einheit
3
elektrisch-leitender Außenkörper
31
zweite Perforation
32
Anschluss
321
Gewindeloch
322
Schraube


Anspruch[de]
Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle, versehen mit oder bestehend aus

– einem elektrisch-leitenden Innenkörper (1), in dessen Innerem ein Aufnahmeraum (11) ausgebildet ist; der elektrisch-leitende Innenkörper (1) weist eine Öffnung (12) auf, die mit dem Aufnahmeraum (11) kommuniziert; am elektrisch-leitenden Innenkörpers (1) ist eine Vielzahl von Perforationen (13) angeordnet, die durch den Innen- und Außenrand des elektrisch-leitenden Innenkörpers (1) hindurch verlaufen;

– einer Membranelektroden-Einheit (2), die den Innen- und Außenrand des elektrisch-leitenden Innenkörpers (1) umhüllt; und

– einem elektrisch-leitenden Außenkörper (3), der den Außenrand der Membranelektroden-Einheit (2) umhüllt und mit einer Vielzahl von zweiten Perforationen (31) versehen ist, die durch den Innen- und Außenrand des elektrisch-leitenden Außenkörpers (3) hindurch verlaufen.
Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch-leitende Innenkörper (1) hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (11) zur Aufnahm des Brennstoffs gestaltet ist, und die ersten Perforationen (13) als Fließkanäle für Brennstoffe ausgebildet sind. Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektroden-Einheit (2) eine Protonaustauschmembran aufweist, an deren beiden Seiten jeweils eine Anoden- und eine Kathodenkatalysatorschicht angeordnet sind. Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den entgegengesetzten beiden Enden des elektrisch-leitenden Außenkörpers (3) jeweils ein Anschluss (32) angeordnet ist, wobei die beiden Anschlüsse (32) miteinander verbunden sind. Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Perforationen (31) als Fließkanäle für Gas ausgeführt sind. Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch-leitende Innenkörper (1) einstückig oder aus mehreren Stücken ausgebildet ist. Verbesserte Struktur einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamte oder ein Teil der Membranelektroden-Einheit (2) die zylinderförmige Außenfläche des elektrisch-leitenden Innenkörpers (1) umhüllt.






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