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    • 专利摘要:
    DasBrennstoffzellengehäuse umfaßt mehreregestapelte Einheiten. Jede Einheit umfaßt einen Basiskörper (6)mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Membranelektrodenbaugruppe(3), einen im Basiskörper(6) ausgebildeten ersten Fluidkanal (8), einen im Basiskörper (6)ausgebildeten ersten Verdrahtungsleiter (10), einen Deckelkörper (7)zum hermetischen Abdichten der Ausnehmung, einen im Deckelkörper (7)ausgebildeten zweiten Fluidkanal (9) und einen im Deckelkörper (7)ausgebildeten zweiten Verdrahtungsleiter (11). Der erste Verdrahtungsleitereiner unteren Einheit ist elektrisch mit dem zweiten Verdrahtungsleitereiner oberen Einheit verbunden. Jede Einheit weist an einem aufder Seite einer daneben liegenden Einheit angeordneten Endabschnitteiner ihrer Seitenflächeneine Ausbuchtung (12) auf, und die nebeneinander liegenden Einheitenwerden an den Ausbuchtungen (12) minteinander verbunden.
    公开号:DE102004031114A1
    申请号:DE102004031114
    申请日:2004-06-28
    公开日:2005-02-03
    发明作者:Itaru Kokubu Ishii
    申请人:Kyocera Corp；
    IPC主号:H01M8-02
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellengehäuse, indem eine Membranelektrodenbaugruppe untergebracht werden kann unddas aus Keramik gefertigt, klein und hoch zuverlässig ist, sowie eine Brennstoffzelle,für diees verwendet wird.
    [0002] Inden jüngstenJahren wurde mit Hochdruck an der Entwicklung kompakter Brennstoffzellengearbeitet, die bei einer niedrigeren Temperatur als je zuvor betriebenwerden können.Brennstoffzellen werden entsprechend den verwendeten Elektrolyten klassifiziert.So sind beispielsweise (nachstehend als „PEFC" bezeichnete) Polymerelektrolytbrennstoffzellen,Phosphorsäurebrennstoffzellenund Feststoffoxidbrennstoffzellen bekannt.
    [0003] Unterdiesen kann insbesondere die PEFC bei niedrigen Temperaturen von80 bis 100°Cbetrieben werden, wobei sie auch die folgenden, zahlreichen, ausgezeichnetenEigenschaften besitzt: (1) ihre Energiedichteist hoch, und eine Miniaturisierung und eine Verringerung des Gewichtssind möglich, (2) da eine Elektrolytmembran nicht korrodierend ist, ist ihreBetriebstemperatur niedrig, und daher bestehen in bezug auf diefür dieZelle verwendeten Materialien unter dem Aspekt der Korrosionsbeständigkeitwenig Einschränkungen,und (3) die Aktivierung bei normalen Temperaturen ist möglich, unddaher ist die Aktivierungszeit kurz. Es wurde in Betracht gezogen,die PEFC unter Ausnutzung derartiger Eigenschaften nicht nur als Antriebsenergiequellefür einFahrzeug, kombiniertes Haushalts-Energieerzeugungs- und Heizsystemoder dergleichen zu verwenden, sondern auch als Energiequellen für mobileelektronische Geräte,wie Mobiltelefone, PDAs (Personal Digital Assistants), PersonalComputer des Notbook-Typs, digitale Kameras, Videorecorder und dergleichen,deren Ausgängeeinige Watt bis einige zehn Watt betragen.
    [0004] Imwesentlichen ist eine PEFC aus einer Brennstoffelektrode (Anode),einer Luftelektrode (Kathode) und einer zwischen der Brennstoffelektrode undder Luftelektrode angeordneten filmartigen Membranelektrodenbaugruppezusammengesetzt. Die Brennstoffelektrode ist aus einer Kohlenstoffelektrodemit daran angebrachten feinen Katalysatorpartikeln aus Platin, Platin-Rutheniumoder dergleichen ausgebildet. Die Luftelektrode ist aus einer Kohlenstoffelektrodemit daran haftenden, feinen Katalysatorpartikeln aus Platin oderdergleichen ausgebildet. Hierbei wird der Brennstoffelektrode voneinem Reformierabschnitt extrahiertes Wasserstoffgas (H2)zugeführt,wogegen der Luftelektrode in der Luft vorhandenes Sauerstoffgas(O2) zugeführt wird. Durch eine elektrochemischeReaktion wird elektrische Energie mit einem bestimmten Pegel erzeugt(Erzeugung von elektrischem Strom), wodurch als Antriebsenergie(Spannung/Strom) füreine Last fungierende elektrische Energie erzeugt wird.
    [0005] Genauerwird, wie durch die folgende chemische Gleichung (1) ausgedrückt, durchdie Wirkung des Katalysators ein Wasserstoffion (ein Proton, H+) erzeugt, dem ein Elektron (e–)entzogen wurde, wenn der Brennstoffelektrode Wasserstoffgas (H2) zugeführtwird, und das Proton passiert die Membranelektrodenbaugruppe zurLuftelektrode. Gleichzeitig wird das Elektron (e–)von der Kohlenstoffelektrode abgegeben, die die Brennstoffelektrodebildet, und dann einer Last zugeführt. 3H2 → 6H+ +6e– (1)
    [0006] Wennder Luftelektrode Luft zugeführtwird, reagieren andererseits das Elektron (e–),das die Last erreicht hat, das Wasserstoffion (H+),das die Membranelektrodenbaugruppe passiert hat, und das in der Luftvorhandene Sauerstoffgas (O2) durch dieWirkung des Katalysators miteinander, wie durch die folgende chemischeGleichung (2) ausgedrückt,wodurch Wasser (H2O) erzeugt wird. 6H+ + 3/2O2 +6e– → 3H2O (2)
    [0007] Einederartige Folge elektrochemischer Reaktionen (siehe die Gleichungen(1) und (2)) findet üblicherWeise bei verhältnismäßig geringenTemperaturen von ca. 80 bis 100°Cstatt. Grundsätzlichist das einzige Nebenprodukt neben elektrischen Strom Wasser (H2O).
    [0008] Alsionisch leitende Membran (Polymerfeststoffelektrolyt), die die Membranelektrodenbaugruppebildet, waren bisher eine aus einer Polystyrenbasis mit einer Sulfonsäuregruppezusammengesetzte Kationaustauschmembran, eine Mischmembran aus Fluorkohlenstoff-Sulfonsäure undPolyvinylidenfluorid, eine durch Pfropfen von Trifluorethylen aufeine Fluorkohlenstoffmatrix erhaltene Membran und dergleichen bekannt.In den jüngstenJahren wurde beispielsweise eine (bei der DuPont Co. unter der Handelsbezeichnung „Nafion" erhältliche)Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäuremembranverwendet.
    [0009] 4 ist eine Schnittansicht,die den Aufbau einer Brennstoffzelle (PEFC) mit einer herkömmlichenKonstruktion zeigt. In der Figur bezeichnen das Bezugszeichen 21 diePEFC, das Bezugszeichen 23 eine Membranelektrodenbaugruppe,die Bezugszeichen 24 und 25 zwei poröse Elektroden,die so auf der Membranelektrodenbaugruppe 23 angeordnet sind,daß dieMembranelektrodenbaugruppe zwischen ihnen angeordnet ist, und diedie Funktion einer Gasdiffusionsschicht und einer Katalysatorschicht,d.h. einer Brennstoffelektrode und einer Luftelektrode, haben, dasBezugszeichen 26 einen Gastrenner, das Bezugszeichen 28 einenBrennstoffkanal, das Bezugszeichen 29 einen Luftkanal,das Bezugszeichen 30 Stromsammelplatten, das Bezugszeichen 31 Klemmplattenund das Bezugszeichen 32 Schrauben.
    [0010] DerGastrenner 26 ist aus einem Stapelabschnitt, einem Gaseinlaß- und Auslaßrahmen,einem Trennungsabschnitt und Elektroden zusammengesetzt. Der Stapelabschnittund der Gaseinlaß-und Auslaßrahmenbilden die äußere Formdes Gastrenners 26. Der Trennungsabschnitt dient dem Trennen desBrennstoffkanals 28 von dem Luftkanal 29. Die Elektrodensind so angeordnet, daß sieden Trennungsabschnitt durchdringen und der Brennstoffelektrode 24 undder Luftelektrode 25 der Membranelektrodenbaugruppe 23 entsprechen.Mehrere Membranelektrodenbaugruppen 23 sind über dieGastrenner 26 so aufeinander gestapelt, daß die Brennstoff unddie Luftelektrode 24 und 25 der Membranelektrodenbaugruppe 23 über einenelektrischen Anschluß inReihe oder parallel geschaltet sind. Der elektrische Strom wirdmittels der Stromsammelplatten 30 gewonnen. Der Gastrenner 26 wirdunter Verwendung der Klemmplatten 31 durch die Schrauben 32 miteinem geeigneten Oberflächendruckeingeklemmt. Daraufhin wird ein Brennstoffzellenstapel, d.h. eineMindesteinheit einer Zelle, konstruiert. Durch die Unterbringungdes Brennstoffzellenstapels in einem Gehäuse wird ein üblicherPEFC-Hauptkörperrealisiert.
    [0011] DerBrennstoffelektrode 24 wird von einer Reformiervorrichtung über denim Gastrenner 26 ausgebildeten Brennstoffkanal 28 Brennstoffgas,das Wasserdampf enthält(wasserstoffreiches Gas), zugeführt,der Luftelektrode 25 wird über den Luftkanal 29 Luftals oxidierendes Gas aus der Luft zugeführt, und durch eine chemischeReaktion in der Membranelektrodenbaugruppe 23 wird elektrischerStrom erzeugt.
    [0012] Alsverwandte Techniken liegen die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP-A-2001-266910und die ungeprüftejapanische PatentveröffentlichungJP-A 2001-507501 vor.
    [0013] Diebisher als Hochspannungszelle mit hoher Kapazität vorgeschlagene und entwickelte Brennstoffzelle 21 istjedoch eine schwere und große Zellemit einer Stapelstruktur, deren Bauteile große Abmessungen aufweisen, unddie Verwendung einer Brennstoffzelle als kleine Zelle wurde bisherkaum in Betracht gezogen.
    [0014] Genauertritt bei dem in der Brennstoffzelle 21 angeordneten, herkömmlichenGastrenner 26 das Problem auf, daß die Konstruktion aufgrundeines Sturzes beim Transport leicht beschädigt werden kann und daß es schwerist, die mechanische Zuverlässigkeitder gesamten Brennstoffzelle 21 zu garantieren, weil dieSeitenflächender Membranelektrodenbaugruppen 23 bei einem durch Stapelnder Membranelektrodenbaugruppen 23 unter Verwendung desGastrenners erzeugten, gestapelten Körper nach außen hinfreiliegen.
    [0015] Überdiesist zur Installation der Brennstoffzelle 21 in einem mobilenelektronischen Gerätein Brennstoffzellengehäuseerforderlich, das, anders als ein herkömmliches, großes Brennstoffzellengehäuse, hinsichtlichder Kompaktheit, Zweckmäßigkeit undSicherheit ausgezeichnet ist. Anders ausgedrückt sind für eine Anwendung als tragbareStromquelle, wie eine chemische Mehrzweckzelle, zum Zwecke der Verkürzung derZeit zur Erhöhungder Temperatur auf die Betriebstemperatur und des Niedrighaltensder Wärmekapazität eine Miniaturisierung undflache Gestaltung eines Brennstoffzellengehäuses erforderlich. Der Gastrenner 26,der bei einer herkömmlichenBrennstoffzelle 21 einen großen Teil der Wärmekapazität dominiert,genauer, der Gastrenner 26, bei dem durch eine spanabhebendeBearbeitung Kanäleauf der Oberflächeeiner Kohlenstoffplatte erzeugt werden, wird jedoch zerbrechlich, wenner dünnwandigwird, und daher benötigter eine Dicke von einigen Millimetern. Dadurch tritt auch das Problemauf, daß eineMiniaturisierung und eine flache Gestaltung schwierig sind.
    [0016] Esexistiert ein weiteres Problem, das die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 21 betrifft. Wennder Gastrenner 26 dicker gefertigt wird, wird der Widerstanderhöht,und daher werden Spannungsverluste in bezog auf den Ausgangsstromgesteigert. Dadurch wird die Ausgangsspannung verringert. Fernermüssendie Kombinationen aus mehreren Membranelektrodenbaugruppen 23,den einander gegenüberliegendenBrennstoffelektroden 24 und Luftelektroden 25 undden Gastrennern 26 auf effiziente Weise wahlweise entwederin Reihe oder parallel geschaltet werden, um die Ausgangsspannungund den Ausgangsstrom als Ganzes einzustellen. Bei der herkömmlichenBrennstoffzelle 21 wird zum Erhalt elektrischen Stromsvon der Brennstoffelektrode und der Luftelektrode, zwischen denendie Membranelektrodenbaugruppen 23 angeordnet ist, einVerfahren angewendet, bei dem die Stromsammelplatten 30 miteiner externen elektrischen Schaltung verbunden und die Membranelektrodenbaugruppen über mehrereGastrenner 26 als leitende Materialien gestapelt und durchdie Klemmplatten 31 in Reihe geschaltet sind. In diesemFall müssendie Stromsammelplatte 30, die Klemmplatte 31 unddie Schraube 32 ungünstigerWeise elektrisch voneinander isoliert werden. Daher treten bei derherkömmlichenBrennstoffzelle die Probleme einer Zunahme der Anzahl der Bauteile,der Schwierigkeit einer flacheren Gestaltung und einer mangelhaftenFlexibilitätbei der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den einzelnenZellen auf, wenn sie kompakt gestaltet wird.
    [0017] DieErfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Problemedes Stands der Technik entwickelt, und dementsprechend ist es ihre Aufgabe,ein kompaktes, robustes und hoch zuverlässiges Brennstoffzellengehäuse, indem eine Membranelektrodenbaugruppe untergebracht werden kann unddas eine hoch effiziente elektrische Verbindung ermöglicht,sowie eine Brennstoffzelle zu schaffen, für die das Brennstoffzellengehäuse verwendet wird.
    [0018] Durchdie Erfindung wird ein Brennstoffzellengehäuse geschaffen, das mehrereaufeinander gestapelte Brennstoffzellengehäuseeinheiten umfaßt, diejeweils einen aus Keramik gefertigten Basiskörper miteiner auf seiner einen Oberflächeausgebildeten Ausnehmung zur Aufnahme einer Membranelektrodenbaugruppe,die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfaßt, diejeweils auf ihrer einen und auf ihrer anderen Hauptoberfläche ausgebildetsind, einen ersten Fluidkanal, der sich von der der einen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe gegenüberliegendenBodenflächeder Ausnehmung zur äußeren Oberfläche desBasiskörperserstreckt, einen ersten Verdrahtungsleiter, dessen eines Ende gegenüber derersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppe auf der Bodenfläche derAusnehmung angeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desBasiskörpersführt, einenDeckelkörperzum hermetischen Abdichten der Ausnehmung, der in der Nähe der Ausnehmungso auf der einen Oberflächedes Basiskörpersmontiert ist, daß erdie Ausnehmung bedeckt, einen zweiten Fluidkanal, der sichvon der der anderen Hauptoberflächeder Membranelektrodenbaugruppe gegenüberliegenden Oberfläche desDeckelkörperszur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers erstreckt,und einen zweiten Verdrahtungsleiter umfassen, dessen einesEnde gegenüberder zweiten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppe auf einer Oberfläche desDeckelkörpersangeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers führt, wobeider erste Verdrahtungsleiter einer Brennstoffzellengehäuseeinheitelektrisch mit dem zweiten Verdrahtungsleiter einer weiteren Brennstoffzellengehäuseeinheitverbunden ist, die auf sie gestapelt und neben ihr angeordnet ist, jededer Brennstoffzellengehäuseeinheiteneine Ausbuchtung aufweist, die an einem auf der Seite einer danebenliegenden Zellengehäuseeinheitangeordneten Endabschnitt einer ihrer Seitenflächen ausgebildet ist und dienebeneinander liegenden Brennstoffzellengehäuseeinheiten an ihren Ausbuchtungenmiteinander verbunden sind.
    [0019] Durchdie Erfindung wird ein Brennstoffzellengehäuse geschaffen, das mehrereaufeinandergestapelte Brennstoffzellengehäuseeinheiten umfaßt, diejeweils einen aus Keramik gefertigten Basiskörper, indessen einer Oberflächemehrere Ausnehmungen zur Aufnahme einer Membranelektrodenbaugruppeausgebildet sind, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrodeumfaßt,die jeweils auf ihrer einen Hauptoberfläche und auf ihrer anderen Hauptoberfläche ausgebildetsind, einen ersten Fluidkanal, der sich von der der einen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe gegenüberliegendenBodenflächeder Ausnehmung zur äußeren Oberfläche desBasiskörperserstreckt, einen dritten Verdrahtungsleiter, dessen eines Ende gegenüber derersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppe auf der Bodenfläche derAusnehmung angeordnet ist und dessen zweites Ende zur äußeren Oberfläche desBasiskörpersführt, einenDeckelkörperzum hermetischen Abdichten der Ausnehmungen, der in der Nähe der Ausnehmungen soauf der einen Oberflächedes Basiskörpersmontiert ist, daß erdie Ausnehmungen bedeckt, einen zweiten Fluidkanal, der sichvon der der anderen Hauptoberflächeder Membranelektrodenbaugruppe gegenüberliegenden Oberfläche desDeckelkörperszur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers erstreckt, einenvierten Verdrahtungsleiter, dessen eines Ende gegenüber derzweiten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppe auf einer Oberfläche desDeckelkörpersangeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpersführt,und einen auf dem Basiskörperausgebildeten fünften Verdrahtungsleiterumfassen, dessen eines Ende mit dem auf der Bodenfläche einerder mehreren Ausnehmungen der ersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppegegenüberliegendendritten Verdrahtungsleiter verbunden ist und dessen anderes Endemit dem auf der Bodenflächeeiner weiteren der mehreren Ausnehmungen der ersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppegegenüberliegenden drittenVerdrahtungsleiter verbunden ist, wobei der dritte Verdrahtungsleitereiner Brennstoffzellengehäuseeinheitelektrisch mit dem vierten Verdrahtungsleiter einer weiteren Brennstoffzellengehäuseeinheitverbunden ist, die auf sie gestapelt und neben ihr angeordnet ist, jededer Brennstoffzellengehäuseeinheiteneine Ausbuchtung aufweist, die an einem auf der Seite einer danebenliegenden Zellengehäuseeinheitausgebildeten Endabschnitt einer ihrer Seitenflächen ausgebildet ist und dienebeneinander liegenden Brennstoffzellengehäuseeinheiten an ihren Ausbuchtungenmiteinander verbunden sind.
    [0020] Durchdie Erfindung wird ein Brennstoffzellengehäuse geschaffen, das mehrereaufeinandergestapelte Brennstoffzellengehäuseeinheiten umfaßt, diejeweils einen aus Keramik gefertigten Basiskörper, aufdessen einer Oberflächemehrere Ausnehmungen zur Aufnahme einer Membranelektrodenbaugruppeausgebildet sind, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrodeumfaßt,die jeweils auf ihrer einen Hauptoberfläche und auf ihrer anderen Hauptoberfläche ausgebildetsind, einen ersten Fluidkanal, der sich von der der einen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe gegenüberliegendenBodenflächeder Ausnehmung zur äußeren Oberfläche desBasiskörperserstreckt, einen sechsten Verdrahtungsleiter, dessen eines Endegegenüberder ersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppe auf der Bodenfläche derAusnehmung angeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desBasiskörpersführt, einenDeckelkörperzum hermetischen Abdichten der Ausnehmungen, der in der Nähe der Ausnehmungen soauf der einen Oberflächedes Basiskörpersmontiert ist, daß erdie Ausnehmungen bedeckt, einen zweiten Fluidkanal, der sichvon der der anderen Hauptoberflächeder Membranelektrodenbaugruppe gegenüberliegenden Oberfläche desDeckelkörperszur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers erstreckt, einensiebten Verdrahtungsleiter umfassen, dessen eines Ende gegenüber derzweiten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppe auf der Oberfläche desDeckelkörpersangeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers führt, wobeidas Brennstoffzellengehäuseferner einen achten Verdrahtungsleiter, dessen eines Ende mitdem auf der Bodenflächeeiner der mehreren Ausnehmungen der ersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppegegenüberliegendensechsten Verdrahtungsleiter verbunden ist und dessen anderes Endezu der einen Oberflächedes Basiskörpers führt, aufdem der Deckelkörpermontiert ist, und einen neunten Verdrahtungsleiter umfaßt, desseneines Ende mit dem auf der einen Oberfläche des Deckelkörpers derzweiten Elektrode einer in einer weiteren der mehreren Ausnehmungenuntergebrachten Membranelektrodenbaugruppe gegenüberliegenden siebten Verdrahtungsleiterverbunden ist und dessen anderes Ende so zu der einen Oberfläche desDeckelkörpersführt,die auf der einen Oberflächedes Basiskörpersmontiert ist, daß esdem anderen Ende des achten Verdrahtungsleiters gegenüberliegt, dersechste Verdrahtungsleiter einer Brennstoffzellengehäuseeinheitelektrisch mit dem siebten Verdrahtungsleiter einer weiteren Brennstoffzellengehäuseeinheitverbunden ist, die auf sie gestapelt und neben ihr angeordnet ist, jededer Brennstoffzellengehäuseeinheiteneine Ausbuchtung aufweist, die an einem auf der Seite einer danebenliegenden Zellengehäuseeinheitausgebildeten Endabschnitt einer ihrer Seitenflächen ausgebildet ist und dienebeneinander liegenden Brennstoffzellengehäuseeinheiten an ihren Ausbuchtungenmiteinander verbunden sind.
    [0021] Fernerist der achte Verdrahtungsleiter erfindungsgemäß auf der anderen Brennstoffzellengehäuseeinheitvorgesehen, und der neunte Verdrahtungsleiter ist auf der einenBrennstoffzellengehäuseeinheitvorgesehen wobei der achte Verdrahtungsleiter und der neunte Verdrahtungsleiter über einenVerbindungsverdrahtungsleiter verbunden sind.
    [0022] Erfindungsgemäß bestehtein zum Verbinden der Ausbuchtungen verwendeter Klebstoff aus einemDuromermaterial mit einer Aushärtungstemperaturvon 200°Coder weniger.
    [0023] Überdiesweisen der Basiskörperund der Deckelkörpererfindungsgemäß jeweilseine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr auf.
    [0024] Überdiesweisen der Basiskörperund der Deckelkörpererfindungsgemäß jeweilseine Dicke von 0,2 bis 5 mm auf.
    [0025] Überdiesbestehen der Basiskörperund der Deckelkörpererfindungsgemäß aus gesintertemAluminiumoxid mit einer relativen Dichte von 90 % oder mehr.
    [0026] Überdieswird durch die Erfindung eine Brennstoffzelle geschaffen, die eineMembranelektrodenbaugruppe mit einer ersten Elektrode und einerzweiten Elektrode, die jeweils auf ihrer einen Hauptoberfläche undauf ihrer anderen Hauptoberflächeausgebildet sind, und das oben beschriebene Brennstoffzellengehäuse umfaßt, wobeidie Membranelektrodenbaugruppen in der Ausnehmung des Brennstoffzellengehäuses untergebrachtsind, die eine und die andere Hauptoberfläche der Membranelektrodenbaugruppeso angeordnet sind, daß zwischender einen Hauptoberfläche unddem ersten Fluidkanal und zwischen der anderen Hauptoberfläche unddem zweiten Fluidkanal jeweils Fluid ausgetauscht werden kann, dererste Verdrahtungsleiter elektrisch mit der ersten Elektrode verbundenist, der zweite Verdrahtungsleiter elektrisch mit der zweiten Elektrodeverbunden ist und der Deckelkörperin der Näheder Ausnehmung so auf der einen Oberfläche des Basiskörpers montiert ist,daß erdie Ausnehmung bedeckt.
    [0027] Überdieswird durch die Erfindung eine Brennstoffzelle geschaffen, die eineMembranelektrodenbaugruppe mit einer ersten Elektrode und einerzweiten Elektrode umfaßt,die jeweils auf ihrer ersten Hauptoberfläche und auf ihrer zweiten Hauptoberfläche ausgebildetsind und das oben beschriebene Brennstoffzellengehäuse umfaßt, wobeidie Membranelektrodenbaugruppen jeweils in den mehreren Ausnehmungendes Brennstoffzellengehäusesuntergebracht sind, die eine und die andere Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe so angeordnet sind, daß zwischender einen Hauptoberflächeund dem ersten Fluidkanal und zwischen der anderen Hauptoberfläche unddem zweiten Fluidkanal jeweils Fluid ausgetauscht werden kann, derdritte Verdrahtungsleiter elektrisch mit der ersten Elektrode verbundenist, der vierte Verdrahtungsleiter elektrisch mit der zweiten Elektrodeverbunden ist, der fünfteVerdrahtungsleiter elektrisch mit dem dritten Verdrahtungsleiterverbunden ist und der Deckelkörperin der Näheder Ausnehmung so auf dem Basiskörpermontiert ist, daß erdie Ausnehmung bedeckt.
    [0028] Überdieswird durch die Erfindung eine Brennstoffzelle geschaffen, die eineMembranelektrodenbaugruppe mit einer ersten Elektrode und einerzweiten Elektrode, die jeweils auf ihrer einen Hauptoberfläche undauf ihrer zweiten Hauptoberflächeausgebildet sind, und das oben beschriebene Brennstoffzellengehäuse umfaßt, wobeidie Membranelektrodenbaugruppen jeweils in den mehreren Ausnehmungendes Brennstoffzellengehäusesuntergebracht sind, die eine und die andere Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe so angeordnet sind, daß zwischender einen Hauptoberflächeund dem ersten Fluidkanal und zwischen der anderen Hauptoberfläche unddem zweiten Fluidkanal jeweils Fluid ausgetauscht werden kann, dersechste Verdrahtungsleiter elektrisch mit der ersten Elektrode verbundenist, der siebte Verdrahtungsleiter elektrisch mit der zweiten Elektrode verbundenist, das eine Ende des achten Verdrahtungsleiters elektrisch mitdem sechsten Verdrahtungsleiter verbunden ist, das eine Ende desneunten Verdrahtungsleiters elektrisch mit dem siebten Verdrahtungsleiterverbunden ist, die anderen Enden des achten und des neunten Verdrahtungsleiters elektrischmiteinander verbunden sind und der Deckelkörper in der Nähe der Aus nehmungso auf der einen Oberflächedes Basiskörpersmontiert ist, daß erdie Ausnehmung bedeckt.
    [0029] Erfindungsgemäß umfaßt das Brennstoffzellengehäuse einenaus Keramik gefertigten Basiskörpermit einer auf seiner einen Seite ausbildeten Ausnehmung zur Aufnahmeeiner Membranelektrodenbaugruppe mit einer ersten Elektrode undeiner zweiten Elektrode, die jeweils auf ihrer einen Hauptoberfläche undihrer anderen Hauptoberflächeausgebildet sind, und einen Deckelkörper zum hermetischen Abdichtender Ausnehmung, der in der Näheder Ausnehmung so auf der einen Oberfläche des Basiskörpers montiertist, daß erdie Ausnehmung bedeckt. Bei dieser Konstruktion wird durch hermetischesAbdichten des Brennstoffzellengehäuses ein Austreten eines Fluids,wie eines Gases, verhindert werden. Da nicht die Notwendigkeit besteht,zusätzlichzu dem Gehäuseein zusätzlichesPaket herzustellen, können überdieseine Brennstoffzelle, die mit hoher Effizienz betrieben werden kann,realisiert und eine Miniaturisierung erreicht werden. Ferner wirddie Brennstoffzelle konstruiert, indem mehrere Membranelektrodenbaugruppenin dem aus dem aus Keramik gefertigten Basiskörper, in dessen einer Oberfläche dieAusnehmung ausgebildet ist, und dem Deckelkörper zum Abdichten der Ausnehmungzusammengesetzten Gehäuseuntergebracht werden. Daher tritt nie der Fall ein, daß die Membranelektrodenbaugruppenach außenfreiliegt, und daher kann die Membranelektrodenbaugruppe vor Beschädigungen geschützt werden,wodurch die mechanische Zuverlässigkeitder gesamten Brennstoffzelle verbessert werden kann. Daneben sindder erste und der zweite Verdrahtungsleiter, der dritte bis fünfte Verdrahtungsleiterbzw. der sechste bis neunte Verdrahtungsleiter, deren eines Endejeweils in dem aus der Ausnehmung und dem Deckelkörper zusammengesetzten Gehäuse angeordnetist, die einzigen Bauteile, die in elektrischem Kontakt mit derMembranelektrodenbaugruppe stehen. Dies hält die gesamte Membranelektrodenbaugruppefrei von unnötigenelektrischen Anschlüs sen,wodurch eine hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Sicherheit ausgezeichneteBrennstoffzelle realisiert werden kann. Zudem kann die Brennstoffzelledurch die Verwendung von Keramik als Material zur Herstellung desBrennstoffzellengehäuses hochbeständiggegen durch Fluid, typisiert durch verschiedene gasförmige Stoffe,verursachte Korrosion gehalten werden.
    [0030] Eswird darauf hingewiesen, daß sichder erste Fluidkanal von der der einen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe gegenüberliegendenBodenflächeder Ausnehmung zur äußeren Oberfläche desBasiskörperserstreckt, wogegen sich der zweite Fluidkanal von der der anderen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe gegenüberliegendeneinen Oberflächedes Deckelkörperszur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers erstreckt.Die Fluidkanälesind einzeln an den entsprechenden inneren Wandflächen derGehäuseeinheitausgebildet, wobei die Membranelektrodenbaugruppe zwischen ihnengehalten wird. Dadurch kann die gleichmäßige Zufuhr des der MembranelektrodenbaugruppezuzuführendenFluids verbessert werden.
    [0031] Überdieskann die Dicke des Basiskörpers unddes Deckelkörpersverringert werden, da sie aus Keramik gefertigt sind, die eine größere Festigkeitals ein herkömmlichesKohlenstofformmaterial aufweist, wodurch ihr Widerstand verringertwerden kann. Dadurch kann eine Hochleistungsbrennstoffzelle realisiertwerden, bei der kaum Spannungsverluste auftreten.
    [0032] Fernersind die einzelnen Brennstoffzellengehäuseeinheiten mittels einesKlebstoffs an ihren Ausbuchtungen aneinander befestigt. Dies bedeutet, daß nichtdie Notwendigkeit besteht, Stromsammelplatten und Klemmplatten zuerzeugen. Dies hilft, die Anzahl der Bauteile zu verringern undebenso, eine Verringerung der Dicke zu erreichen.
    [0033] Dadie Fluidkanäleim Basiskörperund im Deckelkörpergetrennt ausgebildet sind, ist zudem jeder der Fluidkanäle ausgezeichnethermetisch. Dadurch kann eine Vermischung von zwei verschiedenenfluiden Stoffen (beispielsweise Sauerstoffgas und Wasserstoffgasoder Methanol oder dergleichen) verhindert werden, die durch dieFluidkanäleunbedingt voneinander getrennt gehalten werden müssen. Dementsprechend trittnie der Fall ein, daß die Brennstoffzelleaufgrund einer Vermischung der Fluide nicht ordnungsgemäß funktioniertoder daß sich brennbare,fluide Stoffe durch eine Vermischung bei hohen Temperaturen entzünden undexplodieren. Dadurch kann die Sicherheit der Brennstoffzelle gewährleistetwerden.
    [0034] Erfindungsgemäß ist dieMembranelektrodenbaugruppe in den Brennstoffzellen in der Ausnehmungim Brennstoffzellengehäuseuntergebracht, die eine und die andere Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe sind so angeordnet, daß zwischender einen Hauptoberflächeund dem ersten Fluidkanal und zwischen der anderen Hauptoberfläche unddem zweiten Fluidkanal jeweils Fluid ausgetauscht werden kann, dererste Verdrahtungsleiter ist elektrisch mit der ersten Elektrodeverbunden, der zweite Verdrahtungsleiter ist elektrisch mit derzweiten Elektrode verbunden, und der Deckelkörper ist in der Nähe der Ausnehmungso auf der einen Oberflächedes Basiskörpersmontiert, daß erdie Ausnehmung bedeckt. Da die Verdrahtungsleiter bei dieser Konstruktioneine freie elektrische Verdrahtung ermöglichen, können die gewünschte Spannungund der gewünschteStrom gewonnen werden.
    [0035] Esist daher ersichtlich, daß durchdie Erfindung unter Ausnutzung der Vorteile des erfindungsgemäßen Brennstoffzellengehäuses einekompakte, robuste und hoch zuverlässige Brennstoffzelle geschaffenwird, die selbst hinsichtlich der Gaszufuhr und hocheffizienterelektrischer Anschlüsseerfolgreich ist.
    [0036] Überdiesist erfindungsgemäß im Basiskörper desBrennstoffzellengehäusesder fünfteVerdrahtungsleiter ausgebildet. Das eine Ende des fünften Verdrahtungsleitersist mit dem auf der Bodenflächeeiner der mehreren Ausnehmungen der ersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppegegenüberliegendendritten Verdrahtungsleiter verbunden, und sein anderes Ende istmit dem auf der Bodenflächeeiner weiteren der mehreren Ausnehmungen der ersten Elektrode derMembranelektrodenbaugruppe gegenüberliegendendritten Verdrahtungsleiter verbunden. Durch diese Konstruktion können mehrere Membranelektrodenbaugruppen über einenelektrischen Anschluß parallelgeschaltet werden. Dadurch kann der Ausgangsstrom der gesamten Brennstoffzelleordnungsgemäß eingestelltwerden, wodurch die in der Membranelektrodenbaugruppe elektrochemischerzeugte Elektrizitätunter guten Bedingungen entnommen werden kann.
    [0037] Fernerweist das Brennstoffzellengehäuse erfindungsgemäß den achtenund den neunten Verdrahtungsleiter auf, die jeweils in dem Basiskörper mitden mehreren Ausnehmungen zur Unterbringung der Membranelektrodenbaugruppeund dem auf dem Basiskörperzu montierenden Deckelkörperausgebildet sind. Das eine Ende des achten Verdrahtungsleiters istmit dem auf der Bodenflächeeiner der mehreren Ausnehmungen der ersten Elektrode der Membranelektrodenbaugruppegegenüberliegenden sechstenVerdrahtungsleiter verbunden, und sein anderes Ende führt zu einemTeil der einen Oberfläche desBasiskörpers,auf der der Deckelkörpermontiert ist. Das eine Ende des neunten Verdrahtungsleiters istmit dem auf einer Oberflächedes Deckelkörpers derzweiten Elektrode der in einer weiteren der mehreren Ausnehmungenuntergebrachten Membranelektrodenbaugruppe gegenüberliegenden siebten Verdrahtungsleiterverbunden, und sein anderes Ende führt so zu einem Teil der einenOberflächedes Deckelkörpers,die auf der einen Oberflächedes Basiskörpersmontiert ist, daß esdem anderen Ende des achten Ver drahtungsleiters gegenüberliegt. Durchdiese Konstruktion könnenmittels einer elektrischen Verbindung mehrere Membranelektrodenbaugruppenin Reihe geschaltet werden. Obwohl durch die Stromproduktion einereinzigen Membranelektrodenbaugruppe nur eine geringe Spannung gewonnenwerden kann, kann dadurch mittels der Realisierung einer Reihenschaltungdie Gesamtspannung ordnungsgemäß eingestelltwerden. Dies ermöglichteine Entnahme der in der Membranelektrodenbaugruppe elektrochemischerzeugten Elektrizitätunter guten Bedingungen.
    [0038] Erfindungsgemäß ist dieMembranelektrodenbaugruppe in der Brennstoffzelle in der Ausnehmungdes Brennstoffzellengehäusesuntergebracht, die eine und die andere Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe sind so angeordnet, daß zwischenihnen und dem ersten und dem zweiten Fluidkanal Fluid ausgetauschtwerden kann, die erste und die zweite Elektrode sind einzeln elektrischmit dem ersten und dem zweiten Verdrahtungsleiter, dem dritten bisfünftenVerdrahtungsleiter bzw. dem sechsten bis neunten Verdrahtungsleiterverbunden, und der Deckelkörperist in der Näheder Ausnehmung so auf einer Oberfläche des Basiskörpers montiert,daß erdie Ausnehmung bedeckt. Es ist daher ersichtlich, daß durchdie Erfindung eine kompakte, robuste und hoch zuverlässige Brennstoffzelle realisiert wird, bei der durch die Nutzung der Vorteile der erfindungsgemäßen Brennstoffzellengehäuse hoch effizienteelektrische Verbindungen verwirklicht werden können. Überdies können durch eine Parallelschaltungmehrerer Membranelektrodenbaugruppen der Ausgangsstrom der gesamtenBrennstoffzelle bzw. durch eine Reihenschaltung mehrerer Membranelektrodenbaugruppendie Gesamtspannung eingestellt werden. Dies ermöglicht die Entnahme der in derMembranelektrodenbaugruppe elektrochemisch erzeugten Elektrizität unterguten Bedingungen.
    [0039] Daherwerden erfindungsgemäß ein Brennstoffzellengehäuse undeine Brennstoffzelle geschaffen, die hinsichtlich ihrer Kompakt heit,Zweckmäßigkeitund Sicherheit ausgezeichnet sind, eine gleichmäßige Fluidzufuhr und hoch effizienteelektrische Verbindungen ermöglichenund übereinen längeren Zeitraumstabil betrieben werden können.
    [0040] Erfindungsgemäß ist dieMembranelektrodenbaugruppe in der Brennstoffzelle in der Ausnehmungdes erfindungsgemäßen Brennstoffzellengehäuses untergebracht,die eine und die andere Hauptoberfläche der Membranelektrodenbaugruppe sindso angeordnet, daß zwischenihnen und dem ersten und dem zweiten Fluidkanal Fluid ausgetauschtwerden kann, die erste und die zweite Elektrode sind jeweils elektrischmit dem ersten und dem zweiten Verdrahtungsleiter verbunden, undder Deckelkörperist in der Näheder Ausnehmung so auf einer Oberfläche des Basiskörpers montiert,daß erdie Ausnehmung bedeckt. Durch diese Konstruktion tritt nie der Fallein, daß dieMembranelektrodenbaugruppe nach außen freiliegt und dadurch beschädigt wird. Überdiessind der erste und der zweite Verdrahtungsleiter, deren eines Endejeweils innerhalb der aus der Ausnehmung und dem Deckelkörper zusammengesetztenGehäuseeinheitangeordnet ist, die einzigen Bauteile, die elektrisch mit der Membranelektrodenbaugruppein Kontakt stehen. Dadurch wird die Membranelektrodenbaugruppe vonunnötigenelektrischen Anschlüssenfrei gehalten, wodurch eine Brennstoffzelle realisiert werden kann,deren Zuverlässigkeitund Sicherheit ausgezeichnet sind. Ferner sind der erste und derzweite Fluidkanal jeweils einzeln auf den entsprechenden innerenWandflächen derGehäuseeinheit,d.h, auf der Bodenflächeder Ausnehmung im Basiskörperund auf einer Oberflächedes Deckelkörpers,ausgebildet, so daß die Membranelektrodenbaugruppezwischen ihnen angeordnet ist. Dadurch können die gleichmäßige Zuführbarkeitdes der Membranelektrodenbaugruppe zuzuführenden Gases verbessert undso eine Abnahme des Partialdrucks des der ersten und der zweitenElektrode der Membranelektrodenbaugruppe zuzuführenden Gases verhindert werden.Dadurch kann eine stabile Ausgangsspannung mit einem vorgegebenenPegel gewonnen werden. Ferner könnenin der Membranelektrodenbaugruppe auftretende Spannungen erfolgreichunterdrücktwerden, wodurch die Zuverlässigkeitder Brennstoffzelle verbessert werden kann.
    [0041] Dader erste bis neunte Verdrahtungsleiter bei den erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneine freie dreidimensionale Verdrahtung ermöglichen, können mehrere Membranelektrodenbaugruppen wahlweisein Reihe oder parallel geschaltet werden, wodurch die Ausgangsspannungund der Ausgangsstrom insgesamt effizient eingestellt werden können. Dadurchkann in den Membranelektrodenbaugruppen elektrochemisch erzeugteElektrizitätunter guten Bedingungen entnommen werden.
    [0042] Zudemsind die einzelnen Brennstoffzellen an den nebeneinander liegendenAusbuchtungen mittels eines Klebstoffs aneinander befestigt. Dadurcherübrigtsich die Bereitstellung eines zusätzlichen Montageelements, wodurchdie Brennstoffzelle niedriger und flacher gestaltet werden kann.
    [0043] Andereund weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehengenauer aus der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahmeauf die Zeichnungen hervor. Es zeigen:
    [0044] 1 eine Schnittansicht, dieein Brennstoffzellengehäuseund eine Brennstoffzelle, fürdie das Brennstoffzellengehäuseverwendet wird, gemäß einerersten Ausführungsformder Erfindung zeigt;
    [0045] 2 eine Schnittansicht, dieein Brennstoffzellengehäuseund eine Brennstoffzelle, fürdie das Brennstoffzellengehäuseverwendet wird, gemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung zeigt;
    [0046] 3 eine Schnittansicht, dieein Brennstoffzellengehäuseund eine Brennstoffzelle, fürdie das Brennstoffzellengehäuseverwendet wird, gemäß einerdritten Ausführungsformder Erfindung zeigt, und
    [0047] 4 eine Schnittansicht, dieein herkömmlichesBrennstoffzellengehäuseund eine herkömmlicheBrennstoffzelle zeigt, fürdie das Brennstoffzellengehäuseverwendet wird.
    [0048] Nunwerden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugteAusführungsformender Erfindung beschrieben.
    [0049] Nachstehendwird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungenim Einzelnen beschrieben. 1 isteine Schnittansicht, die ein Brennstoffzellengehäuse und eine Brennstoff zelle,für diedas Brennstoffzellengehäuseverwendet wird, gemäß einerersten Ausführungsformder Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnen das Bezugszeichen 1 eineBrennstoffzelle, das Bezugszeichen 2 ein Brennstoffzellengehäuse, dasBezugszeichen 3 eine Membranelektrodenbaugruppe, das Bezugszeichen 4 eineerste Elektrode, das Bezugszeichen 5 eine zweite Elektrode,das Bezugszeichen 6 einen Basiskörper, das Bezugszeichen 7 einenDeckelkörper, dasBezugszeichen 8 einen ersten Fluidkanal, das Bezugszeichen 9 einenzweiten Fluidkanal, das Bezugszeichen 10 einen ersten Verdrahtungsleiter,das Bezugszeichen 11 einen zweiten Verdrahtungsleiter, dasBezugszeichen 12 eine Ausbuchtung, das Bezugszeichen 13 eineBrennstoffzellengehäuseeinheit unddas Bezugszeichen 14 einen Klebstoff.
    [0050] DieMembranelektrodenbaugruppe 3 besteht beispielsweise grundsätzlich auseiner ionisch leitfähigenMembran (aus Polymerfeststoffelektrolyten). Auf den beiden Hauptoberfläche derionisch leitfähigenMembran sind einstückigeine (nicht dargestellte) als an odenseitige Elektrode fungierendeBrennstoffelektrode und eine (nicht dargestellte) als kathodenseitigeElektrode fungierende Luftelektrode ausgebildet. Die erste Elektrode 4 istauf der unteren Hauptoberflächeausgebildet, die die eine Hauptoberfläche ist, und die zweite Elektrode 5 istauf der oberen Hauptoberflächeausgebildet, die die andere Hauptoberfläche ist. Der in der Membranelektrodenbaugruppe 3 erzeugteelektrische Strom wird zur ersten und zur zweiten Elektrode geleitetund danach entnommen.
    [0051] Dieionisch leitfähigeMembran (der Polymerfeststoffelektrolyt), die die Membranelektrodenbaugruppe 3 bildet,ist aus Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäureharz, beispielsweise auseinem protonenleitenden Ionenaustauschharz, wie „Nafion" (Handelsbezeichnung, Erzeugnis vonDuPont) gefertigt. Überdiessind die Brennstoffelektrode und die Luftelektrode poröse Gasdiffusionselektroden,die sowohl die Funktion einer porösen Katalysatorschicht alsauch die Funktion einer Gasdiffusionsschicht erfüllen. Die Brennstoffelektrodeund die Luftelektrode sind jeweils aus einer porösen Substanz gefertigt, diemittels eines hydrophoben Harzbindemittels, wie Polytetrafluorethylen,feine, leitfähigePartikel, die einen Katalysator aus Platin, Palladium oder einerdiese enthaltenden Legierung tragen, beispielsweise feine Kohlenstoffpartikel,hält.
    [0052] Diejeweils auf der unteren Hauptoberfläche und der oberen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe 3 angeordnete erste Elektrode 4 undzweite Elektrode 5 werden durch ein Verfahren zum Warmpresseneiner Kohlenstoffelektrode, auf der feine Partikels eines Katalysators,wie Platin oder Platin-Ruthenium, angeordnet sind, auf die Membranelektrodenbaugruppe 3 oderein Verfahren zum Aufbringen oder Übertragen eines Gemischs auseinem Kohlenstoffelektrodenwerkstoff, auf dem feine Partikel auseinem Katalysator, wie Platin oder Platin-Ruthenium angeordnet sind,und einer Lösung,in der ein Elektrolytwerkstoff verteilt ist, auf eine Elektrolytmembranhergestellt.
    [0053] DasBrennstoffzellengehäuse 2 istaus mehreren aufeinandergestapelten Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13 zusammengesetzt.Die jeweiligen Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13 umfassenden Basiskörper 6 mitder Ausnehmung und den Deckelkörper 7,haben die Funktion der Aufnahme der Membranelektrodenbaugruppe 3 inder Ausnehmung und der hermetischen Abdichtung und sind aus einemKeramikmaterial, wie gesintertem Aluminiumoxid (Al2O3), gesintertem Mullit (3Al2O3·2SiO2), gesintertem Siliciumcarbid (SiC), gesintertemAluminiumnitrid (AlN), gesintertem Siliciumnitrid (Si3N4) oder gesinterter Glaskeramik, gefertigt.
    [0054] Diegesinterte Glaskeramik ist aus einer Glaskomponente und einer Füllstoffkomponentezusammengesetzt. Beispiele fürdie Glaskomponente sind: SiO2-B2O3-Verbundstoff, SiO2-B2O3-Al2O3-Verbundstoff,SiO2-B2O3-Al2O3-MO-Verbundstoff(wobei M Ca, Sr, Mg, Ba oder Zn repräsentiert), SiO2-Al2O3-M1O-M2O-Verbundstoff (wobei M1 undM2 identisch oder unterschiedlich sind undjeweils Ca, Sr, Mg, Ba oder Zn bezeichnen), SiO2-B2O3-Al2O3-M1O-M2O-Verbundstoff(wobei für M1 und M2 das gleichewie oben gilt), SiO2-B2O3-M3 2O-Verbundstoff (wobeiM3 Li, Na oder K repräsentiert), SiO2-B2O3-Al2O3-M3 2O-Verbundstoff (wobeifür M3 das gleiche wie oben gilt), Pb-Glas und Bi-Glas.
    [0055] Beispielefür dieFüllstoffkomponentesind: ein durch Kombinieren von Al2O3, SiO2, ZrO2 und einem Erdalkalimetalloxid erhaltenesVerbundstoffoxid, ein durch Kombinieren von TiO2 undeinem Erdalkalimetalloxid erhaltenes Verbundstoffoxid und ein zumindestentweder Al2O3 oderSiO2 enthaltenes Verbundstoffoxid (beispielsweiseSpinell, Mullit oder Cordierit).
    [0056] DieBrennstoffzellengehäuseeinheit 13 des Brennstoffzellengehäuses 2 umfaßt den Basiskörper mitder Ausnehmung und den Deckelkörper 7.Der Deckelkörper 7 istin der Näheder Ausnehmung so auf einem Teil des Basiskörpers 6 montiert,daß er dieAusneh mung bedeckt, wodurch die Ausnehmung hermetisch abgedichtetwird. Genauer wird der Deckelkörper 7 mittelseines Metallverbindungsmaterials, wie eines Lötmittels oder eines Silberhartlotfüllmittels,oder eines Harzmaterials, wie Epoxidharz, mit dem Basiskörper 6 verbunden.Alternativ kann der Deckelkörpermit dem Basiskörper 6 verschweißt werden.In diesem Fall wird beispielsweise ein aus einer Eisenlegierungoder einem ähnlichenMaterial gefertigter Dichtungsring in der Nähe der Ausnehmung mit der oberenOberflächedes Basiskörpers 6 verbunden,die eine Hauptoberflächeist, und dann werden der Basiskörper 6 undder Deckelkörper 7 einemNahtschweißprozeß, einemElektronenstrahlschweißprozeß oder einemLaserlichtschweißprozeß unterzogen.Es wird darauf hingewiesen, daß eine Ausnehmung,wie sie im Basiskörper 6 ausgebildet ist,auch im Deckelkörper 7 ausgebildetsein kann.
    [0057] Vorzugsweiseweisen der Basiskörper 6 und derDeckelkörper 7 jeweilseine Biegefestigkeit, d.h. eine mechanische Festigkeit, von 200mPa oder mehr auf. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß die Dickedes Basiskörpers 6 unddes Deckelkörpers 7 verringertwerden kann, wodurch die resultierende Brennstoffzelle eine geringereDicke aufweist.
    [0058] DerBasiskörper 6 undder Deckelkörper 7 solltenvorzugsweise aus gesintertem Aluminiumoxid mit einem dichtkörnigen Gefüge gefertigtsein, dessen relative Dichte 90 % oder mehr beträgt. In diesem Fall werden zunächst Seltenerdoxidpulverund Sinterhilfsmittel hinzugefügtund in das Aluminiumoxidpulver gemischt, und pulverförmige Materialen ausgesintertem Aluminiumoxid werden hergestellt. Anschließend werdenein organisches Bindemittel und ein Dispersionsmittel hinzugefügt und mitden pulverförmigenMaterialien aus gesintertem Aluminiumoxid gemischt, um eine Pastezu erzeugen, und mittels eines Streichmesserverfahrens oder durch Hinzufügen einesorganischen Bindemittels zu den pulverförmigen Materialien und Ausführen eines Preßformens,Walzformens oder dergleichen wird aus der Paste eine Rohplatte miteiner bestimmten Dicke hergestellt. Dann werden durch Stanzen miteinem Stempel, einen Mikrobohrer, einen Laser oder dergleichen alserste Fluidkanäle 8 undzweite Fluidkanäle 9 dienendeDurchgangsbohrungen und als Fluidkanäle dienende Öffnungensowie Durchgangsbohrungen zum Anordnen des ersten Verdrahtungsleiters 10 unddes zweiten Verdrahtungsleiters 11 auf der Rohplatte erzeugt.
    [0059] Dererste und der zweite Verdrahtungsleiter 10 und 11 solltenvorzugsweise aus Wolfram und/oder Molybdän bestehen sein, um eine Oxidationzu verhindern. In diesem Fall werden als anorganische Substanz beispielsweise3 bis 20 Massenprozent Al2O3 und0,5 bis 5 Massenprozent Nb2O5 zu 100Massenprozent Wolfram und/oder Molybdänpulver hinzugefügt, um eineLeiterpaste zu erzeugen. Die Leiterpaste wird dann in die durchdie Rohplatte gebohrte Durchgangsbohrung gefüllt, um eine als Durchgangsleiterfungierende Durchgangsbohrung zu erzeugen.
    [0060] ZumZwecke einer dichten Haftung des Basiskörpers 6 und des Deckelkörpers 7 anKeramik kann beispielsweise im Verhältnis von 0,05 bis 2 Volumen-%Aluminiumoxidpulver oder ein Pulver aus dem gleichen Verbundstoffmit der Keramikkomponente, aus der der Basiskörper 6 und der Deckelkörper 7 ausgebildetsind, in die Leiterpaste gegeben werden.
    [0061] Dererste und der zweite Verdrahtungsleiter 10 und 11 werdenvor, nach oder gleichzeitig mit der durch Füllen der Leiterpaste in dieDurchgangsbohrung realisierten Erzeugung des Durchgangsleiters in den äußeren undinneren Schichten des Basiskörpers 6 unddes Deckelkörpers 7 erzeugt.Die Erzeugung der Verdrahtungsleiter erfolgt durch Druckbeschichtungder Rohplatte mit einer Leiterpaste, wie der hier gezeigten, ineinem vorgegebenen Muster mittels eines Siebdrucksverfahrens, einesGravurdruckverfahrens oder eines ähnlichen Druckverfahrens.
    [0062] Anschließend wirdeine vorgegebene Anzahl der plattenartigen Formkörper, die die aufgedruckte bzw.eingefüllteLeiterpaste tragen, einer Positionsausrichtung unterzogen und anschließend unter Druckaufeinander gestapelt. Der resultierende Stapelkörper wird dann in einer nichtoxidierenden Atmosphärebei einer hohen Temperatur von 1200 bis 1500°C gebrannt. Dadurch werden deraus Keramik gefertigte Basiskörper 6 undder aus Keramik gefertigte Deckelkörper 7 sowie der ersteund der zweite Verdrahtungsleiter 10 und 11 konstruktionsgemäß gefertigt.
    [0063] Fernersind der Basiskörper 6 undder Deckelkörper 7 vorzugsweisejeweils aus Keramik gefertigt und weisen jeweils eine Dicke von0,2 mm oder mehr auf. Beträgtdie Dicke mehr als 0,2 mm, neigt die Festigkeit dazu, abzunehmen,wodurch der Basiskörper 6 undder Deckelkörper 7 aufgrundder Spannungen reißenoder brechen können,die auftreten, wenn der Deckelkörper 7 aufdem Basiskörper 6 montiertwird. Wenn die Dicke dagegen mehr als 5 mm beträgt, wird es schwierig, eineflachere und schmalere Gestaltung zu verwirklichen, und daher wirddie Brennstoffzelle ungeeignet fürein kompaktes elektrisches Gerät.Da überdiesdie Wärmekapazität gesteigertwird, wird es schwierig, die Zellentemperatur gleichmäßig aufein bestimmtes Niveau einzustellen, das für die Bedingungen für eine elektrochemischeReaktion geeignet ist, die fürdie Membranelektrodenbaugruppe 3 eingestellt sind.
    [0064] Dererste Verdrahtungsleiter 10 und der zweite Verdrahtungsleiter 11 sindjeweils elektrisch mit der ersten Elektrode 4 und der zweitenElektrode 3 der Membranelektrodenbaugruppe 3 verbunden, sodaß sieals Strom tragender Pfad zur Entnahme des in der Membranelektrodenbaugruppe 3 erzeugtenStroms aus dem Brennstoffzellengehäuse 2 fungieren undauch als herkömmlicheStromsammelplatte dienen können.
    [0065] Daseine Ende des ersten Verdrahtungsleiters 10 ist gegenüber derersten Elektrode 4 der Membranelektrodenbaugruppe 3 aufder Bodenflächeder Ausnehmung des Basiskörpers 6 angeordnet,und ihr anderes Ende führtzur äußeren Oberfläche desBasiskörpers 6.Wie bereits beschrieben, ist der erste Verdrahtungsleiter 10 vorzugsweiseeinstückigmit dem Basiskörper 6 ausgebildetund 10 μm odermehr höherals die Bodenflächeder Ausnehmung des Basiskörpers 6.Dadurch kann der erste Verdrahtungsleiter 10 leicht mitder ersten Elektrode 4 in Kontakt gebracht werden. DiegewünschteHöhe desersten Verdrahtungsleiters 10 kann durch derartiges Einstellender Druckbedingungen realisiert werden, daß die Leiterpaste bei dem vorstehendbeschriebenen Druckbeschichtungsprozeß mit einer größeren Dickeaufgebracht wird. Überdiessollten die mehreren ersten Verdrahtungsleiter 10 vorzugsweiseso angeordnet sein, daß sieder ersten Elektrode 4 gegenüberliegen. Dies trägt zur Reduzierung desauf den ersten Verdrahtungsleiter 10 zurückzuführendenVerluststroms bei. Der Durchmesser des durch den Basiskörper 6 verlaufendenTeils des ersten Verdrahtungsleiters 10 sollte vorzugsweiseauf 50 μmoder mehr eingestellt sein.
    [0066] Daseine Ende des zweiten Verdrahtungsleiters 11 ist gegenüber derzweiten Elektrode 5 der Membranelektrodenbaugruppe 3 aufder unteren Oberflächedes Deckelkörpers 7 angeordnet,die eine Hauptoberflächeist, und sein zweites Ende führt zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers 7.Der zweite Verdrahtungsleiter 11 ist, wie der erste Verdrahtungsleiter 10,vorzugsweise einstückigmit dem Deckelkörper 7 ausgebildetund 10 μmoder mehr höherals die untere Oberflächedes Deckelkörpers 7. Dadurchkann leicht ein Kontakt zwischen dem zweiten Verdrahtungsleiter 11 undder zweiten Elektrode 5 hergestellt werden. Die gewünschte Höhe des zweitenVerdrahtungsleiters 11 kann durch derartiges Einstellender Druckbedingungen realisiert werden, daß die Leiterpaste bei dem vorstehendbeschriebenen Druckbeschichtungsprozeß mit einer größeren Dicke aufgebrachtwird. Überdiessollten die mehreren zweiten Verdrahtungsleiter 11 vorzugsweiseso angeordnet sein, daß sieder zweiten Elektrode 5 gegenüberliegen. Dies trägt zur Reduzierungdes auf den zweiten Verdrahtungsleiter 11 zurückzuführendenVerluststroms bei. Der Durchmesser des durch den Deckelkörper 7 verlaufendenTeils des zweiten Verdrahtungsleiters 11 sollte vorzugsweiseauf 50 μm odermehr eingestellt sein.
    [0067] Vorzugsweisewerden die freiliegenden Oberflächensowohl des ersten als auch des zweiten Verdrahtungsleiters 10 und 11 durchein Galvanisierungsverfahren mit einem hoch leitfähigen Metallmaterialaus Nickel, Gold oder dergleichen beschichtet, das hoch korrosionsbeständig istund eine ausgezeichnete Benetzbarkeit mit einem Hartlotfüllmaterial aufweist.Dies ermöglichtdie Herstellung einer zufriedenstellenden elektrischen Verbindungzwischen dem ersten Verdrahtungsleiter 10 und dem zweiten Verdrahtungsleiter 11 undzwischen dem ersten Verdrahtungsleiter 10, zweiten Verdrahtungsleiter 11 undeiner externen elektrischen Schaltung.
    [0068] Wenndie Membranelektrodenbaugruppe 3 greifend zwischen demBasiskörper 6 unddem Deckelkörper 7 angeordnetwird, werden der erste und der zweite Verdrahtungsleiter 10 und 11 jeweilsmit der ersten und der zweiten Elektrode 4 und 5 in Druckkontaktgebracht. Zu diesem Zeitpunkt können dererste und der zweite Verdrahtungsleiter 10 und 11 jeweilselektrisch an die erste und die zweite Elektrode 4 und 5 angeschlossenwerden.
    [0069] Aufder der ersten Elektrode 4 gegenüberliegenden Bodenfläche derAusnehmung des Basiskörpers 6 undauf der der zweiten Elektrode 5 gegenüberliegenden unteren Oberfläche desDeckelkörpers 7 befindensich jeweils der erste Fluidkanal 8 und der zweite Fluidkanal 9.Der erste Fluidkanal 8 erstreckt sich zur äußeren Oberfläche desBasiskörpers 6,wogegen sich der zweite Fluidkanal 9 zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers 7 erstreckt.Der erste und der zwei te Fluidkanal 8 und 9 werdenerzeugt, indem Durchgangsbohrungen oder Rillen in den Basiskörper 6 undden Deckelkörper 7 gebohrtwerden. Der erste und der zweite Fluidkanal 8 und 9 dienen jeweilsals Kanälefür fluideStoffe, die der Membranelektrodenbaugruppe 3 zugeführt werden,beispielsweise Brennstoffgas, wie wasserstoffreiches Reformgas,oder Oxidationsgas, wie Luft, und sie dienen auch als Kanal für nach denReaktionen von der Membranelektrodenbaugruppe 3 zu entfernendes Fluid,beispielsweise durch die Reaktionen erzeugtes Wasser.
    [0070] Werdendie in den Basiskörper 6 undden Deckelkörper 7 gebohrtenDurchgangsbohrungen oder Rillen als erster und zweiter Fluidkanal 8 und 9 betrachtet,werden Durchmesser und Anzahl der Durchgangsbohrungen bzw. Breite,Tiefe und Anordnung der Rillen entsprechend den Spezifikationen derBrennstoffzelle 1 so bestimmt, daß der Membranelektrodenbaugruppe 3 einFluid, wie Brennstoffgas oder Oxidationsgas, gleichmäßig zugeführt werden kann.Genauer sollte die Öffnungzum Beispiel vorzugsweise eine Breite von 1 mm und eine Tiefe von 0,2mm aufweisen. Eine weitere Verbesserung der gleichmäßigen Zufuhrdes Fluids kann durch eine Verringerung der Breite der Öffnung auf100 μm und eineErhöhungder Anzahl der Öffnungenerzielt werden.
    [0071] Beider erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 1 wird über eineim Basiskörper 6 undim Deckelkörper 7 ausgebildeteBohrung oder Rille Brennstoff oder Luft eingeleitet.
    [0072] Beidem erfindungsgemäßen Brennstoffzellengehäuse 2 undder erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 1 solltender erste und der zweite Fluidkanal 8 und 9 vorzugsweiseeine Öffnungmit einer Breite von 1 mm und einer Tiefe von 0,2 mm aufweisen. Nochbevorzugter sollte die Breite der Öffnung auf 100 μm verringertwerden. Dies ermöglichtein Strömendes fluiden Stoffs unter gleichmäßigem Druckin die Membranelektrodenbaugruppe 3.
    [0073] Aufdiese Weise ist der erste Fluidkanal 8 so angeordnet, daß er derunteren Hauptoberflächeder Membranelektrodenbaugruppe 3 gegenüberliegt, auf der die ersteElektrode 4 ausgebildet ist, wogegen der zweite Fluidkanal 9 soangeordnet ist, daß erder oberen Hauptoberflächeder Membranelektrodenbaugruppe 3 gegenüberliegt, auf der die zweiteElektrode 5 ausgebildet ist. Durch diese Anordnung kann zwischender unteren und der oberen Hauptoberfläche der Membranelektrodenbaugruppe 3 unddem entsprechenden ersten bzw, zweiten Fluidkanal 8 und 9 jeweilsFluid ausgetauscht werden, und das Fluid kann über die jeweiligen Fluidkanäle zugeführt undabgegeben werden. Überdieskönnenbei der Zufuhr eines Gases als Fluid eine Abnahme des Partialdrucksdes der ersten und der zweiten Elektrode 4 und 5 derMembranelektrodenbaugruppe 3 zuzuführenden Gases verhindert undso eine stabile Ausgangsspannung mit einem vorgegebenen Pegel erzieltwerden. Da der Partialdruck des zugeführten Gases stabilisiert wird,kann ferner der Innendruck der Brennstoffzelle 1 gleichmäßig gehaltenwerden. Dadurch könnenin der Membranelektrodenbaugruppe 3 auftretende thermischeSpannungen unterdrücktwerden, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der Brennstoffzelle 1 führt.
    [0074] Überdiesweist die Ausbuchtung 12 bei dem Basiskörper 6 und dem Deckelkörper 7 eineidentische Form auf. Bei dieser Ausführungsform sind die Ausbuchtungen 12 jeweilsam Basiskörper 6 derauf der oberen Seite angeordneten Brennstoffzellengehäuseeinheit 13 undam Deckelkörper 7 derauf der daneben auf der unteren Seite angeordneten Brennstoffzellengehäuseeinheit 13 angeordnet.Genauer ist die Ausbuchtung 12 der oberen Brennstoffzellengehäuseeinheit 13 sovorgesehen, daß sieneben der unteren Brennstoffzellengehäuseeinheit 13 auseinem seitlichen Abschnitt ihres Basiskörpers 6 nach außen ragt.Die an den unteren Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13 vorgeseheneAusbuchtung 12 ist so vorgesehen, daß sie aus einem seitlichenAbschnitt ihres Deckelkörpers 7 nebenden oberen Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13 nachaußen ragt.Die an der oberen und der unteren Brennstoffzellengehäuseeinheit 13 vorgesehenenAusbuchtungen 12 liegen nebeneinander. Zum Erhalt einergewünschtenSpannung werden die obere und die untere Brennstoffzellengehäuseeinheit 13 aufeinander gestapelt,dann werden die ersten Verdrahtungsleiter 10 und die zweitenVerdrahtungsleiter 11 unter Verwendung eines leitfähigen Elements 18 elektrischaneinander angeschlossen, und danach werden die obere und die untereBrennstoffzellengehäuseeinheiten 13 miteinanderverbunden, indem sie mittels eines Klebstoffs 14 an ihrenAusbuchtungen aneinander befestigt werden. Dadurch erübrigen sichdie Stromsammelplatten und die Klemmplatten, wodurch die Brennstoffzelle 1 flachergestaltet werden kann.
    [0075] Derzum Befestigen der Ausbuchtungen 12 verwendete Klebstoff 14 bestehtvorzugsweise aus einem Material auf Harzbasis, wie der Epoxidgruppe, derSiliciumgruppe oder der Gruppe des verformbaren Urethans. Da dieMembranelektrodenbaugruppe 3 keine hohe Wärmebeständigkeitaufweist, weist der Klebstoff 14 vorzugsweise eine Aushärtungstemperaturvon 200°Coder weniger auf. Die fürdie Aushärtungerforderliche Zeitspanne wird entsprechend den Spezifikationen desKlebstoffs 14 bestimmt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Befestigunganders als vorstehend beispielhaft beschrieben erfolgen kann. Stattdessen kann beispielsweise ein Metallverbindungsmaterial, wie einLötmitteloder ein Silberhartlotfüllmittel,verwendet werden, oder ein aus einer Eisenlegierung oder einem ähnlichenMaterial gefertigter Dichtungsring kann in der Nähe der Ausnehmung 12 mitder oberen Oberflächeverbunden werden, worauf ein Schweißvorgang, wie Nahtschweißen, ein Elektronenstrahlschweißen, oderein Laserschweißen,ausgeführtwird. In diesem Fall kann die Befestigung augenblicklich abgeschlossenwerden, ohne die Membranelektrodenbaugruppe 3 einer Temperaturbelastungauszusetzen.
    [0076] Überdieswerden der im Basiskörper 6 der oberenBrennstoffzellengehäuseeinheit 13 vorgeseheneerste Verdrahtungsleiter 10 und der im Deckelkörper 7 derunteren Brennstoffzellengehäuseeinheit 13 vorgesehenezweite Verdrahtungsleiter 11 unter Verwendung des leitfähigen Elements 18 miteinanderVerbunden.
    [0077] Dasverwendete leitfähigeElement 18 ist vorzugsweise aus einem Band aus einer Metallfolie, wieeinem Klebeband aus Kupferfolie oder einem Klebeband aus Aluminiumfolie,oder einem Klebstoff aus einem Material auf Harzbasis, wie Epoxidharz, verformbaremUrethanharz, Siliciumharz, Ployimidharz oder Acrylharz ausgebildet,zu dem ein leitfähigesFüllmittelhinzugefügtwird. Alternativ kann ein Metallblech, ein gitterartiges Metallblechoder dergleichen zwischen den Leitern angeordnet werden, um eineAnschlußverbindungherzustellen. Der elektrische Widerstand des leitfähigen Elements 18 solltevorzugsweise auf 10 mΩ/cm2 oder weniger, vorzugsweise auf 1 mΩ/cm2 eingestellt sein. Dadurch können Spannungsverlusteminimiert werden.
    [0078] Durchdie bislang beschriebene, in 1 gezeigteKonstruktion könnenein kompaktes, robustes Brennstoffzellengehäuse 2, in dem dieMembranelektrodenbaugruppe 3 untergebracht werden kann, undeine Brennstoffzelle 1 geschaffen werden, die mit hoherEffizienz gesteuert werden kann.
    [0079] Alsnächstesist 2 eine Schnittansicht, dieein Brennstoffzellengehäuseund eine Brennstoffzelle, fürdie das Brennstoffzellengehäuseverwendet wird, gemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnen das Bezugszeichen 1A eineBrennstoffzelle, das Bezugszeichen 2A ein Brennstoffzellengehäuse, dasBezugszeichen 3 eine Membranelektrodenbaugruppe, das Bezugszeichen 4 eineerste Elektrode, das Bezugszeichen 5 eine zweite Elektrode,das Bezugszeichen 6a einen Basiskörper, das Bezugszeichen 7a einenDeckelkörper,das Bezugszeichen 8 einen ersten Flu idkanal, das Bezugszeichen 9 einenzweiten Fluidkanal, das Bezugszeichen 10a einen drittenVerdrahtungsleiter, das Bezugszeichen 11a einen viertenVerdrahtungsleiter, das Bezugszeichen 12 eine Ausbuchtung,das Bezugszeichen 13a eine Brennstoffzellengehäuseeinheit,das Bezugszeichen 14 einen Klebstoff und das Bezugszeichen 15 einenfünftenVerdrahtungsleiter. Bei dieser Ausführungsform sind die Bauteile,die mit denen gemäße der vorstehendbeschriebenen Ausführungsform übereinstimmen, durchdie gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre genaue Beschreibungwird verzichtet.
    [0080] DasBrennstoffzellengehäuse 2A istaus mehreren, aufeinandergestapelten Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13a zusammengesetzt.Die jeweiligen Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13a umfassenden Basiskörper 6a mitden mehreren Ausnehmungen und den Deckelkörper 7a, die aus Keramik gefertigtsind, wie der Basiskörper 6 undder Deckelkörper 7 gemäß der vorstehendbeschriebenen Ausführungsform.Der Deckelkörper 7a istin der Nähe derAusnehmung so auf einem Teil des Basiskörpers 6a montiert,daß erdie Ausnehmung bedeckt, wodurch die Ausnehmung hermetisch abgedichtetwird. Genauer ist der Deckelkörper 7a mittelseines Metallverbindungsmaterials, wie eines Lötmittels oder eines Silberhartlotfüllmittels,oder eines Harzmaterials, wie Epoxidharz, mit dem Basiskörper 6a verbunden. Alternativkann der Deckelkörper 7a anden Basiskörper 6a geschweißt werden.In diesem Fall wird beispielsweise ein aus einer Eisenlegierungoder einem ähnlichenMaterial gefertigter Dichtungsring in der Nähe der Ausnehmung mit der oberenOberfläche desBasiskörpers 6a verbunden,und dann werden der Basiskörper 6a undder Deckelkörper 7a einem Nahtschweißprozeß, einemElektronenstrahlschweißprozeß oder einemLaserlichtschweißprozeß unterzogen.Es wird darauf hingewiesen, daß eine Ausnehmung,wie die im Basiskörper 6a ausgebildete,auch im Deckelkörper 7a vorgesehensein kann.
    [0081] Vorzugsweiseweisen der Basiskörper 6a undder Deckelkörper 7a jeweilseine Biegefestigkeit, d.h. eine mechanische Festigkeit, von 200MPa oder mehr auf. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß die Dickedes Basiskörpers 6a unddes Deckelkörpers 7a reduziertwerden kann, wodurch die Brennstoffzelle 1A flacher gehaltenwerden kann. Der Basiskörper 6a undder Deckelkörper 7a solltenvorzugsweise zum Beispiel aus gesintertem Aluminiumoxid mit dichtkörnigem Gefüge gefertigtsein, dessen relative Dichte 90 % oder mehr beträgt.
    [0082] Derdritte Verdrahtungsleiter 10a und der vierte Verdrahtungsleiter 11a sindjeweils so mit der ersten Elektrode 4 und der zweiten Elektrode 5 der Membranelektrodenbaugruppe 3 verbunden,daß sie alsStrom tragender Pfad zur Entnahme des in der Membranelektrodenbaugruppe 3 erzeugtenStroms aus dem Brennstoffzellengehäuse 2A fungieren und auchals herkömmlicheStromsammelplatte dienen können.
    [0083] Daseine Ende des dritten Verdrahtungsleiters 10a ist gegenüber derersten Elektrode 4 der Membranelektrodenbaugruppe 3 aufder Bodenflächejeder Ausnehmung des Basiskörpers 6a angeordnet,und sein anderes Ende führtzur äußeren Oberfläche desBasiskörpers 6a.Wie vorstehend beschrieben, ist der dritte Verdrahtungsleiter 10a,wie der erste Verdrahtungsleiter 10, vorzugsweise einstückig mitdem Basiskörper 6a ausgebildetund 10 μmoder mehr höherals die Bodenflächeder Ausnehmung des Basiskörpers 6a.Dadurch kann leicht ein Kontakt zwischen dem dritten Verdrahtungsleiter 10a undder ersten Elektrode 4 hergestellt werden. Die gewünschte Höhe des drittenVerdrahtungsleiters 10a kann durch derartiges Einstellender Druckbedingungen realisiert werden, daß die Leiterpaste bei dem vorstehendbeschriebenen Druckbeschichtungsprozeß mit einer größeren Dickeaufgebracht wird. Überdiessollten die mehreren dritten Verdrahtungsleiter 10a vorzugsweiseso angeordnet sein, daß sieder ersten Elektrode 4 gegenüberliegen. Dies trägt zur Reduzierungdes auf den dritten Verdrahtungsleiter 10a zurückzuführendenVerluststroms bei. Der Durchmesser des durch den Basiskörper 6a verlaufendenTeils des dritten Verdrahtungsleiters 10a sollte vorzugsweiseauf 50 μmoder mehr eingestellt sein.
    [0084] Daseine Ende des vierten Verdrahtungsleiters 11a ist gegenüber derzweiten Elektrode 5 der Membranelektrodenbaugruppe 3 aufder unteren Oberflächedes Deckelkörpers 7a angeordnet,und sein anderes Ende führtzur äußeren Oberfläche des Deckelkörpers 7a.
    [0085] Vorzugsweiseist der vierte Verdrahtungsleiter 11a, wie der zweite Verdrahtungsleiter 11,einstückigmit dem Deckelkörper 7a ausgebildetund 10 μm odermehr höherals die untere Oberflächedes Deckelkörpers 7a.Dadurch kann leicht ein Kontakt zwischen dem vierten Verdrahtungsleiter 11a undder zweiten Elektrode 5 hergestellt werden. Die gewünschte Höhe des viertenVerdrahtungsleiters 11a kann durch derartiges Einstellender Druckbedingungen realisiert werden, daß die Leiterpaste bei dem vorstehendbeschriebenen Druckbeschichtungsprozeß mit einer größeren Dickeaufgebracht wird. Überdiessollten die mehreren vierten Verdrahtungsleiter 11a vorzugsweiseso angeordnet sein, daß sieder zweiten Elektrode 5 gegenüberliegen. Dies trägt zur Reduzierungdes auf den vierten Verdrahtungsleiter 11a zurückzuführendenVerluststroms bei. Der Durchmesser des durch den Deckelkörper 7a verlaufendenTeils des vierten Verdrahtungsleiters 11a sollte vorzugsweiseauf 50 μmoder mehr eingestellt sein.
    [0086] DerfünfteVerdrahtungsleiter 15 ist so ausgelegt, daß er eineVerbindung zwischen den auf den Bodenflächen mehrerer Ausnehmungenangeordneten dritten Verdrahtungsleitern 10a herstellt.Dies bedeutet, daß derfünfteVerdrahtungsleiter 15 auf dem Basiskörper 6a ausgebildetist und daß seineines Ende mit dem auf der Bodenfläche einer der Ausnehmungender ersten Elektrode 4 der Membran elektrodenbaugruppe 3 gegenüberliegendendritten Verdrahtungsleiter 10a und sein anderes Ende mitdem auf der Bodenflächeeiner anderen der Ausnehmungen der ersten Elektrode 4 derMembranelektrodenbaugruppe 3 gegenüberliegenden dritten Verdrahtungsleiter 10a verbundenist. Dadurch könnendie in den jeweiligen Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13a untergebrachtenMembranelektrodenbaugruppen 3 parallelgeschaltet werden.
    [0087] Umdie gewünschteSpannung zu erhalten, werden die obere und die untere Brennstoffzellengehäuseeinheit 13a aufeinandergestapelt,dann werden die dritten und vierten Verdrahtungsleiter 10a und 11a mittelsdes fünftenVerdrahtungsleiters 15, der ein leitfähiges Element ist, elektrischmiteinander verbunden, worauf die obere und die untere Brennstoffzellengehäuseeinheit 13a verbundenwerden, indem sie an ihren Ausbuchtungen 12 mittels eines Klebstoffs 14 aneinanderbefestigt werden. Dadurch erübrigensich Stromsammelplatten und Klemmplatten, wodurch die Brennstoffzelle 1A flachergehalten werden kann.
    [0088] Überdieswerden der im Basiskörper 6a der oberenBrennstoff zellengehäuseeinheit 13a vorgesehenedritte Verdrahtungsleiter 10a und der im Deckelkörper 7a derunteren Brennstoffzellengehäuseeinheit 13a vorgesehenevierte Verdrahtungsleiter 11a unter Verwendung des fünften Verdrahtungsleiters 15 miteinanderverbunden, der ein leitfähiges Elementist.
    [0089] Durchdie bisher beschriebene Konstruktion können, wie in 2 gezeigt, ein kompaktes, robustes Brennstoffzellengehäuse 2A,in dem die Membranelektrodenbaugruppe 3 untergebracht werden kann,und eine Brennstoffzelle 1A geschaffen werden, die mithoher Effizienz gesteuert werden kann.
    [0090] AlsNächstesist 3 eine Schnittansicht, dieein Brennstoff zellengehäuseund eine Brennstoffzelle, fürdie das Brennstoffzellengehäuseverwendet wird, gemäß einerdritten Ausführungsform der Erfindungzeigt. In der Figur bezeichnen das Bezugszeichen 1B eineBrennstoffzelle, das Bezugszeichen 2B ein Brennstoffzellengehäuse, dasBezugszeichen 3 eine Membranelektrodenbaugruppe, das Bezugszeichen 4 eineerste Elektrode, das Bezugszeichen 5 eine zweite Elektrode,das Bezugszeichen 6b einen Basiskörper, das Bezugszeichen 7b einen Deckelkörper, dasBezugszeichen 8 einen ersten Fluidkanal, das Bezugszeichen 9 einenzweiten Fluidkanal, das Bezugszeichen 10b einen sechstenVerdrahtungsleiter, das Bezugszeichen 11b einen siebtenVerdrahtungsleiter, das Bezugszeichen 12 eine Ausbuchtung,das Bezugszeichen 13b eine Brennstoffzellengehäuseeinheit,das Bezugszeichen 14 einen Klebstoff, das Bezugszeichen 16 einenachten Verdrahtungsleiter und das Bezugszeichen 17 einen neuntenVerdrahtungsleiter. Bei dieser Ausführungsform werden Bauteile,die mit denen gemäß der vorstehendbeschriebenen Ausführungsform übereinstimmen,durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre genaueBeschreibung wird verzichtet.
    [0091] DasBrennstoffzellengehäuse 2B istaus mehreren aufeinander gestapelten Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13b zusammengesetzt.Die jeweiligen Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13b umfassenden Basiskörper 6b mitden mehreren Ausnehmungen und den Deckelkörper 7b und sind ausKeramik gefertigt, wie die Basiskörper 6 und 6a unddie Deckelkörper 7 und 7a gemäß den vorstehendbeschriebenen Ausführungsformen.Der Deckelkörper 7b istin der Näheder Ausnehmung so auf einem Teil des Basiskörpers 6b montiert,daß erdie Ausnehmung bedeckt, wodurch die Ausnehmung hermetisch abgedichtetwird. Genauer wird der Deckelkörper 7b unterVerwendung eines Metallverbindungsmaterials, wie eines Lötmittelsoder eines Silberhartlotfüllmittels,oder eines Harzmaterials, wie Epoxidharz, mit dem Basiskörper 6b verbunden.Alternativ kann der Deckelkörper 7b aufden Basiskörper 6b geschweißt werden.In diesem Fall wird beispielsweise ein aus einer Eisenlegierungoder einem ähnlichen Materialgefertigter Dichtungsring in der Nähe der Ausnehmung mit der oberenOberflächedes Basiskörpers 6b verbunden,dann werden der Basiskörper 6b undder Deckelkörper 7b einemNahtschweißprozeß, einemElektronenstrahlschweißprozeß oder einemLaserlichtschweißprozeß unterzogen.Es wird darauf hingewiesen, daß eineAusnehmung, wie die im Basiskörper 6b ausgebildete,auch im Deckelkörper 7b ausgebildetsein kann.
    [0092] Vorzugsweiseweisen der Basiskörper 6b undder Deckelkörper 7b jeweilseine Biegefestigkeit, d.h. eine mechanische Festigkeit, von 200MPa oder mehr auf. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß die Dickedes Basiskörpers 6b unddes Deckelkörpers 7b verringertwerden kann, wodurch die Brennstoffzelle 1B flacher wird.Der Basiskörper 6b undder Deckelkörper 7b solltenzum Beispiel vorzugsweise aus gesintertem Aluminiumoxid mit dichtkörnigem Gefüge gefertigtsein, dessen relative Dichte 90 % oder mehr beträgt.
    [0093] Dersechste Verdrahtungsleiter 10b und der siebte Verdrahtungsleiter 11b sindjeweils elektrisch mit der ersten Elektrode 4 und der zweitenElektrode der Membranelektrodenbaugruppe 3 verbunden, so daß sie alsStrom tragender Pfad zur Entnahme der in der Membranelektrodenbaugruppe 3 erzeugten Elektrizität aus demBrennstoffzellengehäuse 2B fungierenund auch als herkömmlicheStromsammelplatte dienen können.
    [0094] Daseine Ende des sechsten Verdrahtungsleiters 10b ist gegenüber derersten Elektrode 4 der Membranelektrodenbaugruppe 3 aufder Bodenflächejeder Ausnehmung des Basiskörpers 6b angeordnet,und sein anderes Ende führtzur äußeren Oberfläche desBasiskörpers 6b.Wie vorstehend beschrieben, ist der sechste Verdrahtungsleiter 10b, wieder erste Verdrahtungsleiter 10 einstückig mit dem Basiskörper 6b ausgebildetund 10 μmoder mehr höherals die Bodenflächeder Ausnehmung des Basiskörpers 6b.Dadurch kann leicht ein Kontakt zwischen dem sechsten Verdrahtungsleiter 10b undder ersten Elektrode 4 hergestellt werden. Die gewünschte Höhe des sechstenVerdrahtungsleiters 10b kann durch derartiges Einstellender Druckbedingungen realisiert werden, daß die Leiterpaste bei dem vorstehendbeschriebenen Druckbeschichtungsprozeß mit einer größeren Dickeaufgebracht wird. Überdiessollten die mehreren sechsten Verdrahtungsleiter 10b vorzugsweiseso angeordnet sein, daß sieder ersten Elektrode 4 gegenüberliegen. Dies tragt zur Reduzierungdes auf den sechsten Verdrahtungsleiter 10b zurückzuführendenVerluststroms bei. Der Durchmesser des durch den Basiskörper 6b verlaufendenTeils des sechsten Verdrahtungsleiters 10b sollte vorzugsweiseauf 50 μm odermehr eingestellt sein.
    [0095] Daseine Ende des siebten Verdrahtungsleiters 11b ist gegenüber derzweiten Elektrode 5 der Membranelektrodenbaugruppe 3 aufder unteren Oberflächedes Deckelkörpers 7b angeordnet,und sein anderes Ende führtzur äußeren Oberfläche des Deckelkörpers 7b.Vorzugsweise ist der siebte Verdrahtungsleiter 11b, wieder zweite Verdrahtungsleiter 11, einstückig mit dem Deckelkörper 7b ausgebildetund 10 μmoder mehr höherals die untere Oberflächedes Deckelkörpers 7b.Dadurch kann leicht ein Kontakt zwischen dem siebten Verdrahtungsleiter 11b undder zweiten Elektrode 5 hergestellt werden. Die gewünschte Höhe des siebtenVerdrahtungsleiters 11b kann durch derartiges Einstellender Druckbedingungen realisiert werden, daß die Leiterpaste bei dem vorstehendbeschriebenen Druckbeschichtungsprozeß mit einer größeren Dickeaufgebracht wird. Überdiessollten die mehreren siebten Verdrahtungsleiter 11b vorzugsweiseso angeordnet sein, daß sieder zweiten Elektrode 5 gegenüberliegen. Dies trägt zur Reduzierungdes auf den siebten Verdrahtungsleiter 11b zurückzuführendenVerluststroms bei. Der Durchmesser des durch den Deckelkörper 7b verlaufendenTeils des siebten Verdrahtungsleiters 11b sollte vorzugsweiseauf 50 μmoder mehr eingestellt sein.
    [0096] Derachte Verdrahtungsleiter 16 ist in der unteren Brennstoffzellengehäuseeinheit 13b vorgesehen,sein eines Ende ist mit dem auf der Bodenfläche einer der Ausnehmungender ersten Elektrode 4 der Membranelektrodenbaugruppe 3 gegenüberliegendensechsten Verdrahtungsleiter 10b verbunden, und sein anderesEnde führtzur oberen Oberfläche,auf der der Deckelkörper 7b aufdem Basiskörper 6b montiertist. Der neunte Verdrahtungsleiter 17 ist in der oberenBrennstoffzellengehäuseeinheit 13b vorgesehen,sein eines Ende ist mit dem der zweiten Elektrode 5 derMembranelektrodenbaugruppe 3 gegenüberliegenden siebten Verdrahtungsleiter 11b in einerweiteren der Ausnehmungen verbunden, und sein anderes Ende führt so zuder auf der oberen Oberflächedes Basiskörpers 6b zumontierenden unteren Oberflächedes Deckelkörpers 7b,daß es demanderen Ende des achten Verdrahtungsleiters 16 gegenüberliegt.Ein Verbindungsverdrahtungsleiter 19 ist so ausgebildet,daß erdurch den Basiskörper 6b deroberen Brennstoffzellengehäuseeinheit 13b undden Deckelkörper 7b derunteren Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13b verläuft undelektrisch an das andere Ende des achten Verdrahtungsleiters 16 unddas andere Ende des neunten Verdrahtungsleiters 17 angeschlossenist.
    [0097] ZumErhalt der gewünschtenSpannung werden die obere und die untere Brennstoffzellengehäuseeinheit 13b aufeinandergestapelt,eine Seite des sechsten Verdrahtungsleiters 10b der oberenBrennstoffzellengehäuseeinheit 13b undeine Seite des siebten Verdrahtungsleiters 11b der unterenBrennstoffzellengehäuseeinheit 13b werdenunter Verwendung des leitfähigenElements 18 elektrisch miteinander verbunden, die andereSeite des sechsten Verdrahtungsleiters 10b der oberen Brennstoffzellengehäuseeinheit 13b unddie andere Seite des siebten Verdrahtungsleiters 11b derunteren Brennstoffzellengehäuseeinheit 13b werdenunter Verwendung des leitfähigenElements 18 elektrisch miteinander verbunden, das andereEnde des achten Verdrahtungsleiters 16 und das andere Endedes neunten Verdrahtungsleiters 17 werden unter Verwendung desVerbindungsverdrahtungsleiters 19 elektrisch miteinanderverbunden, und die obere und die untere Brennstoffzellengehäuseeinheit 13b werdendann verbunden, indem sie unter Verwendung eines Klebstoffs 14 anihren Ausbuchtungen 12 aneinander befestigt werden. Dadurchkönnendie in den jeweiligen Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13b untergebrachtenMembranelektrodenbaugruppen 3 in Reihe geschaltet werden.Dadurch erübrigensich die Stromsammelplatte und die Klemmplatte, wodurch die Brennstoffzelle 1B flachergehalten werden kann.
    [0098] Überdieswerden der im Basiskörper 6b der oberenBrennstoff zellengehäuseeinheit 13b vorgesehenesechste Verdrahtungsleiter 10b und der im Deckelkörper 7b derunteren Brennstoffzellengehäuseeinheit 13b vorgesehenesiebte Verdrahtungsleiter 11b unter Verwendung des leitfähigen Elements 18 miteinanderverbunden.
    [0099] Durchdie vorstehend beschriebene, in 3 gezeigteKonstruktion könnenein kompaktes, robustes Brennstoffzellengehäuse 2B, in dem die Membranelektrodenbaugruppe 3 untergebrachtwerden kann, und eine Brennstoffzelle 1B geschaffen werden,die mit hoher Effizienz gesteuert werden kann.
    [0100] Überdieswerden bei der Ausführungsform imBrennstoffzellengehäuse 2B vierMembranelektrodenbaugruppen 3 unter Verwendung von zwei Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13b inReihe geschaltet, es könnenjedoch auch zwei Membranelektrodenbaugruppen 3 der jeweiligenBrennstoffzellengehäuseeinheiten 13b inReihe geschaltet werden. In diesem Fall werden die ersten Elektroden 4 aufeiner Seite der Membranelektrodenbaugruppen 3 und die eineSeite des sechsten Verdrahtungsleiters 10b miteinanderverbunden, eine Seite des sechsten Verdrahtungsleiters 10b unddas eine Ende des achten Verdrahtungsleiters 16 werdenmiteinander verbunden, die zweiten Elektroden 5 auf deranderen Seite der Membranelektrodenbaugruppen 3 und dieandere Seite des siebten Verdrahtungsleiters 11b werden miteinanderverbunden, die andere Seite des siebten Verdrahtungsleiters 11b unddas eine Ende des neunten Verdrahtungsleiters 17 werdenmiteinander verbunden, und das andere Ende des achten Verdrahtungsleiters 16 unddas andere Ende des neunten Verdrahtungsleiters 17 werdenmiteinander verbunden. Dadurch werden die jeweiligen Membranelektrodenbaugruppen 3 ineiner Brennstoffzellengehäuseeinheitin Reihe geschaltet.
    [0101] Überdieskönnendas Brennstoffzellengehäuseund die Brennstoffzelle konstruiert werden, indem mehrere der vorstehendbeschriebenen Brennstoffzellengehäuseeinheiten aufeinander gestapelt werden.In diesem Fall werden die andere Seite des sechsten Verdrahtungsleiters 10b einerder Brennstoffzellengehäuseeinheiten 13b undeine Seite des siebten Verdrahtungsleiters 11b der anderenBrennstoffzellengehäuseeinheitmiteinander verbunden. Dadurch werden die Membranelektrodenbaugruppen 3 inReihe geschaltet.
    [0102] Wiein den 1, 2 und 3 gezeigt, ist bei den erfindungsgemäßen Brennstoffzellengehäusen 2, 2A und 2B undden erfindungsgemäßen Brennstoffzellen 1, 1A und 1B injeder von einer oder mehreren Ausnehmungen des Basiskörpers 6, 6a und 6b eine Membranelektrodenbaugruppe 3 untergebracht. Überdiessind der fünfteVerdrahtungsleiter 15 bzw. der achte und neunte Verdrahtungsleiter 16 und 17 soangeordnet, daß siesich überden Bereich zwischen den nebeneinander liegenden Ausnehmungen erstrecken.Dadurch sind die jeweiligen ersten Elektroden 4 bzw. dieersten und zweiten Elektroden 4 und 5 mehrererMembranelektrodenbaugruppen 3 elektrisch miteinander verbunden.Zum Erhalt des Gesamtausgangs sind jeweils der erste Verdrahtungsleiter 10,der dritte Verdrahtungsleiter 10a bzw. der sechste Verdrahtungsleiter 10b undder zweite Verdrahtungsleiter 11, der vierte Verdrahtungsleiter 11a bzw.der siebte Verdrahtungsleiter 11b über einen elektrischen Anschluß mit denletzten Membranelektrodenbaugruppen 3 verbunden. Daherist ersichtlich, daß dererste und der zweite Verdrahtungsleiter 10 und 11,der dritte, vierte und fünfteVerdrahtungsleiter 10a, 11a und 15 bzw.der sechste, siebte, achte und neunte Verdrahtungsleiter 10b, 11b, 16 und 17 einefreie dreidimensionale Verdrahtung ermöglichen. So können mehrereMembranelektrodenbaugruppen 3 wahlweise in Reihe oder parallelgeschaltet werden, wodurch die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrominsgesamt effizient eingestellt werden können. Dadurch kann die in mehreren Membranelektrodenbaugruppen 3 elektrochemisch erzeugteElektrizitätunter guten Bedingungen aus der Brennstoffzelle entnommen werden.
    [0103] Eswird darauf hingewiesen, daß dieErfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformenund Beispiele beschränktist, und daher sind verschiedenste Änderungen und Modifikationenmöglich,ohne vom Geist bzw. Rahmen der Erfindung abzuweichen. So können beispielsweise derEinlaß undder Auslaß sowohldes ersten als auch des zweiten Fluidkanals durch Anordnen eines Metallrohrsoder dergleichen auf der Seitenfläche des Basiskörpers oderdes Deckelkörperserzeugt werden. In diesem Fall wird die Brennstoffzelle insgesamteffektiv schmaler gestaltet und ist daher für ein tragbares elektronischesGerät geeignet.Obwohl die anderen Enden des ersten und des zweiten Verdrahtungsleiterssowie des sechsten und des siebten Verdrahtungsleiters jeweils zuden äußeren Oberflächen desBasiskörpersund des Deckelkörpersführen, können sie überdiesauch zu der gleichen Seitenflächeführen.In diesem Fall könnendie Verdrahtungsleitungen, die Fluidkanäle, etc, auf nur einer Seitenfläche derBrennstoffzelle zusammengeführtwerden. Dies hilft, die Miniaturisierung und den Schutz der externangeschlossenen Abschnitte zu erleichtern. Dadurch kann eine hochzuverlässigeBrennstoffzelle konstruiert werden, die dementsprechend über einen längeren Zeitraumstabil betrieben werden kann. Überdieswerden gemäß der Ausführungsformzwei Brennstoffzellengehäuseeinheitenzur Konstruktion des Brennstoffzellengehäuses verwendet, die vorstehendeAnzahl stellt jedoch keine Einschränkung dar, es können auchdrei oder mehr verwendet werden.
    [0104] Dieerfindungsgemäße Brennstoffzelleist so konstruiert, daß sieals Stromquelle in eine Vielzahl elektronischer Geräte eingesetztwerden kann. Konkrete Beispiele hierfür umfassen: tragbare elektronischeGeräte,wie Mobiltelefone, PDAs (Personal Digital Assistants), Digitalkameras,Videokameras und Spielzeuge, wie tragbare Spielgeräte, elektrische Haushaltsgeräte, wieLaptop PCs (Personal Computer), tragbare Drucker, Faksimilegeräte, Fernsehgeräte, Kommunikationsgeräte, Audio-und Videosysteme und elektrische Ventilatoren sowie elektronische Geräte, wiemit Strom betriebene Werkzeuge. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 1 trägt die Vorteiledieses Typs von elektronischen Vorrichtungen weiter. So können beispielsweisedie Dicke des Basiskörpersund des Deckelkörpersund ihr Widerstand verringert werden, da sie aus einem keramischenMaterial gefertigt sind, das eine größere Festigkeit als ein herkömmlichesKohlenstofformmaterial aufweist. Dadurch kann ein elektronischesGerät,in das eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle eingebautist, eine hoch effiziente Elektrizitätserzeugung, eine Verringerungder Spannungsverluste und einen stabilen Betrieb über einenlängerenZeitraum bieten.
    [0105] Einweiterer Vorteil ist der Folgende. Da die einzelnen Brennstoffzellengehäuseeinheitenmittels eines Klebstoffs an ihren Ausbuchtungen aneinander befestigtsind, erübrigensich Stromsammelplatten und Klemmplatten. Dies hilft, die Anzahlder Bauteile zu reduzieren und dadurch eine schmalere Gestaltungzu ermöglichen.Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Zellensystems, das hinsichtlich seinerKompaktheit und Zweckmäßigkeitausgezeichnet ist, kann der Hauptkörper des elektronischen Geräts kompakt,dünnwandigund leicht gestaltet werden. Selbst wenn der Hauptkörper beispielsweiseeines Mobiltelefons aufgrund eines Sturzes oder eines ähnlichenUnfalls einem Stoß ausgesetztwird, kann die Konstruktion überdieseine höhereStoßfestigkeitund eine höhereWasserbeständigkeitbieten, als je zuvor.
    [0106] Fernersollte der externe Verbindungsanschluß oder eine ähnlicheKomponente bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleund bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellengehäuse vorzugsweiseeinstückigmit diesen ausgebildet sein, er kann jedoch einsetzbar und von ihnenabnehmbar gestaltet werden. Dadurch muß, wenn die Batterie leer ist, einfachnur die Brennstoffzelle bzw. das Brennstoffzellengehäuse durcheine bzw, ein neues ersetzt werden, und dementsprechend ist zumLaden keine Zeit erforderlich. Dadurch kann das Zellensystem selbstim Freien und selbst dann aktiviert bleiben, wenn ein Notfall, wieein Stromausfall, eintritt.
    [0107] DieErfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein,ohne daß vonihrem Rahmen oder ihren essentiellen Eigenschaften abgewichen würde. Dievorliegenden Ausführungsformen sinddaher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend zubetrachten. Der Rahmen der Erfindung ist vielmehr in den beiliegendenAnsprüchen undnicht in der vorstehenden Beschreibung definiert, und sämtliche Änderungen,die in die Bedeutung und den Bereich der Äquivalenz zu den Ansprüchen fallen,sind daher als damit beabsichtigt und darin enthalten zu verstehen.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Brennstoffzellengehäuse (2) mit mehrerenaufeinander gestapelten Brennstoffzellengehäuseeinheiten (13),die jeweils einen aus Keramik gefertigten Basiskörper (6)mit einer in seiner einen Oberflächeausgebildeten Ausnehmung zur Aufnahme einer Membranelektrodenbaugruppe(3), die eine erste Elektrode (4) und eine zweiteElektrode (5) umfaßt,die jeweils auf ihrer einen und auf ihrer anderen Hauptoberfläche ausgebildetsind, einen ersten Fluidkanal (8), der sich von derder einen Hauptoberflächeder Membranelektrodenbaugruppe (3) gegenüberliegendenBodenflächeder Ausnehmung zur äußeren Oberfläche desBasiskörpers(6) erstreckt, einen ersten Verdrahtungsleiter (10),dessen eines Ende gegenüberder ersten Elektrode (4) der Membranelektrodenbaugruppe(3) auf der Bodenflächeder Ausnehmung angeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desBasiskörpers(6) führt, einenDeckelkörper(7) zum hermetischen Abdichten der Ausnehmung, der in derNähe derAusnehmung so auf der einen Oberfläche des Basiskörpers (6) montiertist, daß erdie Ausnehmung bedeckt, einen zweiten Fluidkanal (8),der sich von der der anderen Hauptoberfläche der Membranelektrodenbaugruppe(3) gegenüberliegendenOberflächedes Deckelkörpers(7) zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers(7) erstreckt, und einen zweiten Verdrahtungsleiter(11) umfassen, dessen eines Ende gegenüber der zweiten Elektrode (5)der Membranelektrodenbaugruppe (3) auf der Oberfläche desDeckelkörpers(7) an geordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche des Deckelkörpers (7)führt, wobeider erste Verdrahtungsleiter (10) einer Brennstoffzellengehäuseeinheitelektrisch mit dem zweiten Verdrahtungsleiter (11) einerweiteren Brennstoffzellengehäuseeinheitverbunden ist, die auf sie gestapelt und neben ihr angeordnet ist, jededer Brennstoffzellengehäuseeinheiteneine Ausbuchtung (12) aufweist, die an einem auf der Seiteeiner daneben liegenden Zellengehäuseeinheit angeordneten Endabschnitteiner ihrer Seitenflächeausgebildet ist und die nebeneinander liegenden Brennstoffzellengehäuseeinheitenan ihren Ausbuchtungen (12) miteinander verbunden sind.
    [2] Brennstoffzellengehäuse (2A) mit mehrerenaufeinandergestapelten Brennstoffzellengehäuseeinheiten (13a),die jeweils einen aus Keramik gefertigten Basiskörper (6a),in dessen einer Oberflächemehrere Ausnehmungen zur Aufnahme einer Membranelektrodenbaugruppe (3)ausgebildet sind, die eine erste Elektrode (4) und einezweite Elektrode (5) umfaßt, die jeweils auf ihrer einenHauptoberflächeund auf ihrer anderen Hauptoberfläche ausgebildet sind, einenersten Fluidkanal (8), der sich von der der einen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe (3) gegenüberliegenden Bodenfläche der Ausnehmungzur äußeren Oberfläche desBasiskörpers(6a) erstreckt, einen dritten Verdrahtungsleiter (10a),dessen eines Ende gegenüberder ersten Elektrode (4) der Membranelektrodenbaugruppe(3) auf der Bodenflächeder Ausnehmung angeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desBasiskörpers(6a) führt, einenDeckelkörper(7a) zum hermetischen Abdichten der Ausnehmungen, der inder Näheder Ausnehmungen so auf der einen Oberfläche des Basiskörpers (6a)montiert ist, daß erdie Ausnehmungen bedeckt, einen zweiten Fluidkanal (9),der sich von der der anderen Hauptoberfläche der Membranelektrodenbaugruppe(3) gegenüberliegendenOberflächedes Deckelkörpers(7a) zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers(7a) erstreckt, einen vierten Verdrahtungsleiter (11a),dessen eines Ende gegenüberder zweiten Elektrode (5) der Membranelektrodenbaugruppe(3) auf der Oberflächedes Deckelkörpers(7a) angeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers (7a)führt,und einen auf dem Basiskörper(6a) ausgebildeten fünftenVerdrahtungsleiter (15) umfassen, dessen eines Ende mitdem auf der Bodenflächeeiner der mehreren Ausnehmungen der ersten Elektrode (4)der Membranelektrodenbaugruppe (3) gegenüberliegendendritten Verdrahtungsleiter (10a) verbunden ist und dessenanderes Ende mit dem auf der Bodenfläche einer weiteren der mehrerenAusnehmungen der ersten Elektrode (4) der Membranelektrodenbaugruppe(3) gegenüberliegendendritten Verdrahtungsleiter (10a) verbunden ist, wobeider dritte Verdrahtungsleiter (10a) einer Brennstoffzellengehäuseeinheitelektrisch mit dem vierten Verdrahtungsleiter (11a) einerweiteren Brennstoffzellengehäuseeinheitverbunden ist, die auf sie gestapelt und neben ihr angeordnet ist, jededer Brennstoffzellengehäuseeinheiteneine Ausbuchtung (12) aufweist, die an einem auf der Seiteeiner daneben liegen den Zellengehäuseeinheit ausgebildeten Endabschnitteiner ihrer Seitenflächenausgebildet ist und die nebeneinander liegenden Brennstoffzellengehäuseeinheitenan ihren Ausbuchtungen (12) miteinander verbunden sind.
    [3] Brennstoffzellengehäuse (2B) mit mehrerenaufeinandergestapelten Brennstoffzellengehäuseeinheiten (13b),die jeweils einen aus Keramik gefertigten Basiskörper (6b),auf dessen einer Oberflächemehrere Ausnehmungen zur Aufnahme einer Membranelektrodenbaugruppe (3)ausgebildet sind, die eine erste Elektrode (4) und einezweite Elektrode (5) umfaßt, die jeweils auf ihrer einenHauptoberflächeund auf ihrer anderen Hauptoberfläche ausgebildet sind, einenersten Fluidkanal (8), der sich von der der einen Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe (3) gegenüberliegenden Bodenfläche der Ausnehmungzur äußeren Oberfläche desBasiskörpers(6b) erstreckt, einen sechsten Verdrahtungsleiter(10b), dessen eines Ende gegenüber der ersten Elektrode (4)der Membranelektrodenbaugruppe (3) auf der Bodenfläche derAusnehmung angeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desBasiskörpers(6b) führt, einenDeckelkörper(7b) zum hermetischen Abdichten der Ausnehmungen, der inder Näheder Ausnehmungen so auf der einen Oberfläche des Basiskörpers (6b)montiert ist, daß erdie Ausnehmungen bedeckt, einen zweiten Fluidkanal (9),der sich von der der anderen Hauptoberfläche der Membranelektrodenbaugruppe(3) gegenü berliegendenOberflächedes Deckelkörpers(7b) zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers(7b) erstreckt, einen siebten Verdrahtungsleiter (11b)umfassen, dessen eines Ende gegenüber der zweiten Elektrode (5)der Membranelektrodenbaugruppe (3) auf der Oberfläche desDeckelkörpers(7b) angeordnet ist und dessen anderes Ende zur äußeren Oberfläche desDeckelkörpers(7b) führt, wobeidas Brennstoffzellengehäuse(2B) ferner einen achten Verdrahtungsleiter (16),dessen eines Ende mit dem auf der Bodenfläche einer der mehreren Ausnehmungender ersten Elektrode (4) der Membranelektrodenbaugruppe(3) gegenüberliegendensechsten Verdrahtungsleiter (10b) verbunden ist und dessenanderes Ende zu der einen Oberfläche desBasiskörpers(6b) führt,auf der der Deckelkörper (7b)montiert ist, und einen neunten Verdrahtungsleiter (17)umfaßt,dessen eines Ende mit dem auf der einen Oberfläche des Deckelkörpers (7b)der zweiten Elektrode (5) einer in einer weiteren der mehrerenAusnehmungen untergebrachten Membranelektrodenbaugruppe (3) gegenüberliegendensiebten Verdrahtungsleiter (11b) verbunden ist und dessenanderes Ende so zu der einen Oberfläche des Deckelkörpers (7b)führt, dieauf der einen Oberflächedes Basiskörpers(6b) montiert wird, daß esdem anderen Ende des achten Verdrahtungsleiters (16) gegenüberliegt, dersechste Verdrahtungsleiter (10b) einer Brennstoffzellengehäuseeinheitelektrisch mit dem siebten Verdrahtungsleiter (11b) einerweiteren Brennstoffzellengehäuseeinheitverbunden ist, die auf sie gestapelt und neben ihr angeordnet ist, jededer Brennstoffzellengehäuseeinheiteneine Ausbuchtung (12) aufweist, die an einem auf der Seiteeiner daneben liegen den Zellengehäuseeinheit ausgebildeten Endabschnitteiner ihrer Seitenflächenausgebildet ist und die nebeneinander liegenden Brennstoffzellengehäuseeinheitenan ihren Ausbuchtungen (12) miteinander verbunden sind.
    [4] Brennstoffzellengehäuse (2B) nach Anspruch 3,bei dem der achte Verdrahtungsleiter (16) auf der anderenBrennstoffzellengehäuseeinheit(13b) und der neunte Verdrahtungsleiter (17) aufder einen Brennstoffzellengehäuseeinheit(13b) vorgesehen ist, wobei der achte Verdrahtungsleiter(16) und der neunte Verdrahtungsleiter (17) über einenVerbindungsverdrahtungsleiter (19) verbunden sind.
    [5] Brennstoffzellengehäuse (2, 2A, 2B)nach einem der Ansprüche1 bis 3, bei dem ein zum Verbinden der Ausbuchtungen (12)verwendeter Klebstoff (14) aus einem Duromermaterial miteiner Aushärtungstemperaturvon 200°Coder weniger besteht.
    [6] Brennstoffzellengehäuse (2, 2A, 2B)nach einem der Ansprüche1 bis 3, bei dem der Basiskörper (6, 6a, 6b)und der Deckelkörper(7, 7a, 7b) jeweils eine Biegefestigkeitvon 200 MPa oder mehr aufweisen.
    [7] Brennstoffzellengehäuse (2, 2A, 2B)nach einem der Ansprüche1 bis 3, bei dem der Basiskörper (6, 6a, 6b)und der Deckelkörper(7, 7a, 7b) jeweils eine Dicke von 0,2bis 5 mm aufweisen.
    [8] Brennstoffzellengehäuse (2, 2A, 2B)nach einem der Ansprüche1 bis 3, bei dem der Basiskörper (6, 6a, 6b)und der Deckelkörper(7, 7a, 7b) aus gesintertem Aluminiumoxidmit einer relativen Dichte von 90 % oder mehr bestehen.
    [9] Brennstoffzelle (1) mit einer Membranelektrodenbaugruppe(3) mit einer ersten Elektrode (4) und einer zweitenElektrode (5), die jeweils auf ihrer einen Hauptoberfläche undauf ihrer anderen Hauptoberflächeausgebildet sind, und dem Brennstoffzellengehäuse (2)nach Anspruch 1, wobei die Membranelektrodenbaugruppen (3)in der Ausnehmung des Brennstoffzellengehäuses (2) untergebrachtsind, die eine und die andere Hauptoberfläche der Membranelektrodenbaugruppe(3) so angeordnet sind, daß zwischen der einen Hauptoberfläche unddem ersten Fluidkanal (8) und zwischen der anderen Hauptoberfläche unddem zweiten Fluidkanal (9) jeweils Fluid ausgetauscht werdenkann, der erste Verdrahtungsleiter (10) elektrisch mitder ersten Elektrode (4) verbunden ist, der zweite Verdrahtungsleiter(11) elektrisch mit der zweiten Elektrode (5)verbunden ist und der Deckelkörper(7) in der Näheder Ausnehmung so auf der einen Oberfläche des Basiskörpers (6)montiert ist, daß erdie Ausnehmung bedeckt.
    [10] Brennstoffzelle (1A) mit einer Membranelektrodenbaugruppe(3) mit einer ersten Elektrode (4) und einer zweitenElektrode (5), die jeweils auf ihrer ersten Hauptoberfläche undauf ihrer zweiten Hauptoberflächeausgebildet sind, und dem Brennstoffzellengehäuse (2A)nach Anspruch 2, wobei die Membranelektrodenbaugruppen (3)jeweils in den mehreren Ausnehmungen des Brennstoffzellengehäuses (2A)untergebracht sind, die eine und die andere Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe (3) so angeordnet sind, daß zwischen dereinen Hauptoberflächeund dem ersten Fluidkanal (8) und zwischen der anderenHauptoberfläche unddem zweiten Fluidkanal (9) jeweils Fluid ausgetauscht werdenkann, der dritte Verdrahtungsleiter (10a) elektrisch mitder ersten Elektrode (4) verbunden ist, der vierte Verdrahtungsleiter(11a) elektrisch mit der zweiten Elektrode (5)verbunden ist, der fünfte Verdrahtungsleiter(15) elektrisch mit dem dritten Verdrahtungsleiter (10a)verbunden ist und der Deckelkörper(7a) in der Näheder Ausnehmung so auf dem Basiskörper(6a) montiert ist, daß erdie Ausnehmung bedeckt.
    [11] Brennstoffzelle (1B) mit einer Membranelektrodenbaugruppe(3) mit einer ersten Elektrode (4) und einer zweitenElektrode (5), die jeweils auf ihrer einen Hauptoberfläche undauf ihrer anderen Hauptoberflächeausgebildet sind, und dem Brennstoffzellengehäuse (2B)nach Anspruch 3, wobei die Membranelektrodenbaugruppen (3)jeweils in den mehreren Ausnehmungen des Brennstoffzellengehäuses (2B)untergebracht sind, die eine und die andere Hauptoberfläche derMembranelektrodenbaugruppe (3) so angeordnet sind, daß zwischen dereinen Hauptoberflächeund dem ersten Fluidkanal (8) und zwischen der anderenHauptoberfläche unddem zweiten Fluidkanal (9) jeweils Fluid ausgetauscht werdenkann, der sechste Verdrahtungsleiter (10b) elektrisch mitder ersten Elektrode (4) verbunden ist, der siebte Verdrahtungsleiter(11b) elektrisch mit der zweiten Elektrode (5)verbunden ist, das eine Ende des achten Verdrahtungsleiters (16)elektrisch mit dem sechsten Verdrahtungsleiter (10b) verbundenist, das eine Ende des neunten Verdrahtungsleiters (17)elektrisch mit dem siebten Verdrahtungsleiter (11b) verbundenist, die anderen Enden des achten und des neunten Verdrahtungsleiters(16, 17) elektrisch miteinander verbunden sindund der Deckelkörper(7b) in der Näheder Ausnehmung so auf der einen Oberfläche des Basiskörpers (6b)montiert ist, daß erdie Ausnehmung bedeckt.
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