DE10115336A1 - Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem, bestehend aus mehreren, zu einem Stack zusammengesetzten Brennstoffzellen, insbesondere in Form von Niedertemperaturbrennstoffzellen mit einer Kathodenseite, die einen Kathodeneingang und einen Kathodenausgang aufweist, wobei Sauerstoff oder ein sauerstoffenthaltendes Gas, wie z. B. Luft, dem Kathodeneingang zuführbar ist, sowie mit einer Anodenseite, die einen Anodeneingang und einen Anodenausgang aufweist, wobei Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas dem Anodeneingang zuführbar ist und eine Rückführschleife vorgesehen ist, um die wasserstoffenhaltenden am Anodenausgang anfallenden Abgase mindestens teilweise dem Anodeneingang wieder zuzuführen, zeichnet sich durch eine Leitung aus, die von der Anodenseite zur Kathodenseite führt und ausgelegt ist Anodenabgase dem Kathodeneingang zuzuführen, die nach entsprechender Umsetzung des Wasserstoffanteils mit auf der Kathodenseite vorhandenen Sauerstoff zu Wasser mit den Kathodenabgasen das Brennstoffzellensystem über den Kathodenausgang verläßt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem bestehend aus mehreren, zu einem Stack zusammengesetzten, Brennstoffzellen ins­ besondere in Form von Niedertemperaturbrennstoffzellen mit einer Katho­ denseite, die einen Kathodeneingang und einen Kathodenausgang auf­ weist, wobei Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas, wie z. B. Luft, dem Kathodeneingang zuführbar ist, sowie mit einer Anodenseite, die einen Anodeneingang und einen Anodenausgang aufweist, wobei Wasser­ stoff oder ein wasserstoffreiches Gas dem Anodeneingang zuführbar ist und eine Rückführschleife vorgesehen ist, um die wasserstoffenthaltenden am Anodenausgang anfallenden Abgase mindestens teilweise dem An­ odeneingang wieder zuzuführen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erin­ dung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Brennstoffzellensystems.

Brennstoffzellensysteme der eingangs genannten Art sind im Prinzip be­ kannt, beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung mit der Voröffentlichungs-Nr. WO 99/05741.

Bei der Entwicklung alternativer Antriebskonzepte für automotive Anwendungen hat der Elektroantrieb in Verbindung mit einem Nie­ dertemperatur-Brennstoffzellensystem als elektrochemischer Ener­ giewandler besonders an Bedeutung gewonnen. Die Wahl des Kraft­ stoffes hat dabei einen wesentlichen Einfluß auf die Komplexität des Brennstoffzellensystems. Bei Verwendung von organischen Kraftstof­ fen, wie z. B. Methanol oder Benzin, steigt die Systemkomplexität aufgrund der notwendigen Kraftstoffreformierung zu wasserstoffreichem Gas. Die Verwendung von reinem Wasserstoff hat eine wesentliche Systemvereinfachung zur Folge. Das reine oder verunreinigte Wasser­ stoffgas (Reformat) wird dann der Brennstoffzelle auf der Anodenseite lastabhängig zugeführt. Auf der Kathodenseite wird entsprechend der Last Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas, vor allem Luft, zuge­ führt. Der Lastsollwert ergibt sich dabei im wesentlichen aus dem vom Fahrer gewünschten Verhalten des Gesamtfahrzeugs (Beschleunigen, Bremsen, etc.) sowie des Leistungsbedarfs der am Brennstoffzellensystem beteiligten elektrischen Verbraucher.

Bei einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art wird Luft der Kathodenseite zugeführt, welche zusätzlich zu dem er­ wünschten Sauerstoffanteil etwa zu 80% aus Stickstoff besteht, der hier als Inertgas gilt und den Hauptbestandteil der Kathodenabgase (zusammen mit Wasserdampf und einen Restsauerstoffanteil) die Katho­ dengase bilden. Der Stickstoff tendiert aber dazu beim Betrieb der Brenn­ stoffzellen durch die dort vorhandenen Membranen zu diffundieren und erscheint als unerwünschter Gasanteil auf der Anodenseite. Auch Wasser diffundiert zu der Anodenseite, so daß die dort vorhandenen Gase nicht nur aus dem erwünschten Wasserstoffanteil, sondern auch aus dem un­ erwünschten Stickstoffanteil und Wasserdampf besteht. Zwar ist etwas Wasserdampf für den Betrieb des Brennstoffzellensystems notwendig, zu­ viel ist jedoch nicht von Vorteil, da der Wasserstoffanteil herabgesetzt wird. Somit ist es bisher üblich gewesen mindestens einen Teil der An­ odenabgase auf der Anodenseite zu entsorgen. Da diese Anodenabgase ei­ nen Restanteil von Wasserstoff enthalten, müßte dies durch eine geson­ derte katalytische Verbrennung erfolgen, da es nicht zulässig wäre Wasserstoff direkt in die Umgebung abzulassen. Da Wasserstoff ein wertvoller Brennstoff ist, hat man auch bereits versucht mindestens einen Teil der Anodenabgase der Anodenseite wieder zuzuführen. Dennoch mußten auf­ grund der im Lauf der Zeit steigenden Stickstoff- und Wasserstoffanteile die Anodenabgase durch katalytische Verbrennung auf der Anodenseite entsorgt und mit frischem Wasserstoff ersetzt werden.

Um den Kraftstoffverbrauch eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugs zu minimieren, spielt der Wirkungsgrad der Niedertempe­ ratur-Brennstoffzelle eine wichtige Rolle. Der Wirkungsgrad einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle hängt unter anderem vom Sauer­ stoffanteil des zugeführten Kathodengases sowie vom Wasser­ stoffanteil des zugeführten Anodengases ab, d. h., die Systemarchite­ kur, die die Niedertemperatur-Brennstoffzelle mit Gasen versorgt, sollte so konzipiert sein, dass möglichst hohe Sauerstoff- sowie Was­ serstoffanteile in den zugeführten Gasströmen vorhanden sind. Beim Betrieb von Niedertemperatur-Brennstoffzellen fallen in der Regel am Anodenausgang Abgase an, die Wasserstoff enthalten. Dieser Was­ serstoff sollte idealerweise das Fahrzeug bzw. das Brennstoffzellensy­ stem nicht verlassen, um die Forderung nach "Zero Emission" zu er­ reichen. Unter Emission ist hier jedes Element gemeint, welches nicht in Luft vorhanden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Brenn­ stoffzellensystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoff­ zellensystems zu definieren, die es erlaubt, sowohl den Wasser­ stoffanteil des zugeführten Anodengases so einzustellen, dass ein optimaler Brennstoffzellenwirkungsgrad resultiert, als auch Wasser­ stoffemissionen zu vermeiden.

Um diese Aufgabe zu lösen wird ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art vorgesehen, welche sich durch eine Leitung auszeichnet, die von der Anodenseite zur Kathodenseite führt und ausgelegt ist An­ odenabgase dem Kathodeneingang zuzuführen, die nach entsprechender Umsetzung des Wasserstoffanteils mit auf der Kathodenseite vorhandenen stem über den Kathodenausgang verläßt.

Verfahrensmäßig zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß mindestens ein Teil der Anodenabgase periodisch oder kontinu­ ierlich dem Kathodeneingang zugeführt und mit den Kathodenabgasen aus dem Brennstoffzellensystem ausgelassen werden, wobei der in den Anodenabgasen enthaltenen Wasserstoffanteil entweder auf der Katho­ denseite des Brennstoffzellensystems an dem dort vorhandenen Kataly­ sator oder in einer dem Kathodeneingang vorgeschalteten mit Katalysa­ tormaterial versehenen Einrichtung mit der Kathodenseite zugeführtem Sauerstoff zu Wässer umgesetzt wird.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß die bisher praktizierte Ver­ brennung des Anodenabgase und die hierfür vorgesehenen Einrichtungen eingespart werden können, wenn die Anodenabgase der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems zugeführt und mit den Kathodenabgasen entsorgt werden können. Weiterhin beruht die Erfindung auf der Überlegung, daß der Wasserstoffanteil der Anodenabgase auf der Kathodenseite des Brenn­ stoffzellensystems mittels des dort ohnehin vorhandenen Katalysatormaterials mit dem der Kathodenseite zugeführten Sauerstoff bzw. Luftsauer­ stoff zu Wasser umgesetzt werden kann, das problemlos aus dem Brenn­ stoffzellensystem herauszuführen ist. Nach der katalytischen Umsetzung des Wasserstoffs zu Wasser auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensy­ stems bestehen die Kathodenabgase nach wie vor aus Stickstoff, Wasser und ein Restanteil aus Sauerstoff, die alle natürliche Bestandteile der Umgebungsluft darstellen und somit keine schädlichen Emissionen dar­ stellen.

Besonders bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems sind den Unteransprüchen, sowie der weiteren Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungen, welche zeigen:

Fig. 1 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung des herkömm­ lichen Brennstoffzellensystems das durch die Erfindung ver­ bessert werden soll,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Variante der vor­ liegenden Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante der er­ findungsgemäßen Brennstoffzellensystems,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer noch weiteren Variante des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,

Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, und

Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensy­ stems.

Bezugnehmend auf Fig. 1 besteht das dort gezeigte Brennstoffzellensystem bzw. die dort gezeigte Brennstoffzellensystemarchitektur aus mehreren zu einem sogenannten Stack 11 zusammengesetzten Niedertemperatur- Brennstoffzellen, die jeweils eine Anode und eine Kathode aufweisen, die voneinander durch eine für Protonen durchlässige Membran getrennt sind. Luft wird als Sauerstofflieferant der Kathodenseite 12 der Brenn­ stoffzellen zugeführt, wobei sogenannte Kathodenabgase 14 das Fahrzeug direkt verlassen. Dabei besteht das Abgas nur aus Elementen, die in Luft zu finden sind. Die Anodenseite 16 des Brennstoffzellensystems bildet im Prinzip ein geschlossener Behälter 17, der aus dem Anodenvolumen selbst und einem Rohrvolumen besteht. Dieser Behälter hat einen Gaszustrom in Form der Wasserstoffversorgung 18 und ein Abgasrohr 20, welches mit einem Ventil 22 geöffnet werden kann. Während des Brennstoffzellenbe­ triebes wird mit der Anodenabgaspumpe 24 das Anodenabgas an den An­ odeneingang zurückgeführt und mit frischem Wasserstoff aus der Wasser­ stoffversorgung 18 gemischt.

Somit wird ein Anodenkreislauf 28 gebildet. Dieser Kreislauf kann eine Wassersammeleinrichtung 26 enthalten, die den Wasserdampfanteil der im Anodenkreislauf 28 zirkulierenden Anodengase in Form von Wasser sammelt, das gegebenenfalls zu einer Befeuchtungseinrichtung für die zu­ geführten Gase zugeführt werden kann, da Niedertemperatur- Brennstoffzellen grundsätzlich einen gewissen Wasserdampfanteil benöti­ gen, um die Membran feucht zu halten.

Eine weitere Wassersammeleinrichtung 30 befindet sich auf der Katho­ denseite des Brennstoffzellensystems, um auch hier Wasser zu Befeuch­ tungszwecken sammeln zu können.

Das Problem dieser Architektur und einer Brennstoffzelle im allgemeinen ist, dass Stickstoff über die Brennstoffzellenmembrane (nicht gezeigt) von der Kathodenseite 12 zu der Anodenseite 13 der Brennstoffzellen diffun­ diert und sich daher im Anodenbehälter 17 bzw. im Anodenkreislauf ak­ kumuliert. Dies geschieht so lange bis ein Stickstoffpartialdruckausgleich stattgefunden hat. Die Akkumulation von Stickstoff auf der Anodenseite 13 führt dazu, dass bei steigendem Stickstoffanteil bzw. entsprechend sinkendem Wasserstoffanteil der Brennstoffzellenwirkungsgrad sinkt, was einen negativen Einfluß auf den Wasserstoffverbrauch und somit auf die Reichweite des Fahrzeugs hat. Um die Stickstoffakkumulation zu verhin­ dern bzw. um eine optimale Wasserstoffkonzentration einstellen zu kön­ nen, wird mit dem Ventil 22 das Anodengasgemisch abgeblasen und somit Stickstoff abgereichert. Dieses wasserstoffhaltige Anodenabgasgemisch wird, gegebenenfalls nach Abzug von Wasseranteilen mittels der Einrich­ tung 32, einem katalytischen Brenner 34 zugeführt, dort mit Luft von ei­ nem Gebläse 36 gemischt und katalytisch verbrannt, d. h., der Wasserstoffanteil reagiert im Brenner 34 mit Luftsauerstoff unter Freisetzung von Wärme zu Wasser. Das wasserstofffreie Abgas 38 wird dann emissionsfrei an die Umgebung abgegeben.

Der Nachteil dieser Systemarchitektur liegt darin, dass alle Komponenten im Kästchen 40 (Brenner, Lüfter, Wasserabscheider, sowie die üblichen (nicht gezeigten) Sensoren usw.) zusätzliche Kosten und Gewicht verursa­ chen und Platz benötigen.

Im Gegensatz zur bisherigen Lösung entfällt bei der ersten Variante der erfindungsgemäßen Lösung nach Fig. 2 die aufwendige Wasser­ stoffverbrennung mittels zusätzlichen Brenner mit allen Zusatzkom­ ponenten.

Die in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 1. Das heißt, die gleichen Bezugszeichen werden für Teile verwendet, die die gleiche Ausbildung oder die gleiche Funktion aufweisen und solche Aus­ bildungen und Funktionen werden nur dann extra beschrieben, wenn dies sinnvoll erscheint oder notwendig ist, um auf Besonderheiten hinzuwei­ sen. Diese Vorgehensweise wird auch für die weiteren Figuren verwendet.

Bei der obigen Lösung wird das Anodenabgas (bestehend aus H₂, N₂ und H₂O) direkt nach der Anodenabgaspumpe 24 über eine Leitung 40 an den Kathodeneingang 42 der Brennstoffzelle geführt. Dort findet eine Mi­ schung mit Luft statt, die über die Leitung 44 von einem nicht dargestell­ ten Kompressor geliefert wird Das so entstandene Luft-Anodenabgasge­ misch, welches Wasserstoff enthält, gelangt dann in die Kathoden der Brennstoffzellen, wo es am Brennstoffzellenkatalysator reagiert. Bei dieser Reaktion wird, wie auch im katalytischen Brenner, Wasserstoff mit Luftsauerstoff unter Freisetzung von Wärme zu Wasser umgesetzt. Somit wird der Wasserstoff des Anodenabgases vollkommen verbraucht. Das Ge­ samtabgas, welches dann die Kathodenseite 12 der Brennstoffzellen bei dem Kathodenausgang 46 verläßt ist folglich emissionsfrei. Um einen Gasstrom von der Anodenseite zur Kathodenseite zu gewährleisten, wird während des Abblasens des Anodenabgases der Anodendruck am Punkt 48 (Punkt höchsten Druckes bezogen auf das Anodenabgas) gegenüber dem Kathodendruck am Kathodenausgang 42 angehoben, indem mehr Wasserstoff 18 in den Anodenkreislauf strömt wie für die aktuelle Brenn­ stoffzellenlast benötigt wird. Ein Rückschlagventil 50 kann verwendet werden um zu verhindern, daß reiner Wasserstoff von der Wasserstoffver­ sorgung in die Leitung 40 gelangt, d. h. daß der frisch zugeführte Wasser­ stoff die Anodenabgasmischung aus dem Anodenkreislauf in die Leitung 40 verdrängt. Die Anodenabgasmenge wird mit dem Ventil 52 entspre­ chend der bei 44 zugeführten Luftmenge so dosiert, dass das Luft-An­ odenabgasgemisch nicht zündfähig ist. Das Ein- und Auslaßventil 54 dient zur Sicherheitsabschaltung des Gasstroms bei Fehlfunktion des Ventils 52. Somit ist mit dieser Systemarchitektur sowohl die Brennstoff­ zellenwirkungsgradoptimierung mittels Stickstoffabreicherung möglich als auch die Emissionsfreiheit garantiert.

Da an den einzelnen Zellen benachbart zum Kathodeneingang 42 des Brennstoffzellenstapels lokale Überhitzungen stattfinden können, die die Membrane schädigen könnten werden, erfindungsgemäß weitere Syste­ marchitekturen vorgeschlagen, die diesen Effekt reduzieren oder sogar vermeiden.

Bei diesen Systemarchitekturen handelt es sich um den gleichen Syste­ maufbau wie oben, mit dem Unterschied, dass der Mischpunkt 56 der An­ odenabgasen mit der Luftzuführ zu der Kathodenseite 12 stromaufwärts verschoben wird und zwischen Mischpunkt 56 und Kathodeneingang 42 zusätzliche Katalysatorfläche vorgesehen wird, die keinen direkten Kon­ takt zu den Brennstoffzellenmembranen hat. An dieser Katalysatorfläche findet dann bereits vor den Brennstoffzellenmembranen eine Minderung des Wasserstoffs statt. Dadurch wird die Wärmeerzeugung an der Brenn­ stoffzellenmembran reduziert oder sogar vermieden. Das Vorsehen dieser Katalysatorfläche kann dabei in verschiedenster Weise erfolgen. Im fol­ genden sind einige Ausführungsmöglichkeiten dargestellt. Zu bevorzugen sind dabei aus Systemwirkungsgradgründen Lösungen mit kleinen Druckabfällen in der Kathodenzuführung.

Gemäß Fig. 3 wird die Kathodenzuleitung stromauf des Kathodeneingan­ ges 42 selbst mit einem Katalysator auf der Innenseite beschichtet, was durch das Bezugszeichen 60 schematisch dargestellt ist. Es kann sich bei der Kathodenzuleitung um ein einfaches Rohr handeln, das auf der In­ nenseite mit einem Katalysatormaterial beschichtet ist oder mit katalysa­ torbeschichteten Einbauten umfaßt. Diese Beschichtung mit Katalysator­ material kann auch im Bereich des Kathodeneingangs bzw. -einlasses 42 vorgesehen werden. Ansonsten ist die Ausführungsform gemäß Fig. 3 gleich der der Fig. 2, wie die verwendeten Bezugszeichen ohne weiteres zeigen.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird der Mischpunkt 56 vor dem üblicherweise vorgesehenen Wärmetauscher zur Kühlung bzw. zum Auf­ wärmen der über die Leitung 44 zugeführten Luft verlegt und die Luftpassagen des Wärmetausches durch welche die über die Leitung 44 gelieferte Luft strömt, werden mit Katalysatormaterial beschichtet. Auch hier zeigen die verwendeten Bezugszeichen, daß die Konstruktion im Prinzip grund­ sätzlich gleich der in Fig. 2 ist.

Dies gilt auch für die Fig. 5, wo ein Gehäuse 61 in die Zuführleitung 44 zwischen dem Mischpunkt 56 und dem Kathodeneingang 42 eingesetzt wird. Dieses Gehäuse 61 ist mit einem mit Katalysatormaterial beschich­ teten Katalysatorträger gefüllt. Es kann sich bei diesem Katalysatorträger bspw. um ein poröses Monolith, bspw. aus keramischen Material oder um ein Netz aus Metall, bspw. aus einem aus Metallbändchen angefertigten Gewebe oder aus einer Wirrlage aus Metallbändchen, ähnlich einem Topf­ reiniger handeln.

Ein weitere Möglichkeit die bisherige Lösung in Hinsicht auf Kosten, Ge­ wicht und Volumen zu verbessern ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Lö­ sung wird das Anodenabgas über zwei Abgasleitungen abgeblasen, näm­ lich die bisherige Leitung 40 und die weitere Leitung 64, die zu einer Ab­ gasmischeinrichtung 66 führt, die in die Kathodenabgasleitung 68 strom­ ab des Kathodenausgangs 46 und der Wassersammeleinrichtung 30 ein­ gesetzt wird. Dadurch vermindert sich die Wasserstoffmenge des Anoden­ abgases, welche in den Kathodeneingang geführt wird. Die Reaktionswär­ me auf der Membran wird somit ebenfalls gemindert. Das Anodenabgas, das vom Punkt 70 zur Abgasmischeinrichtung 66 über die Leitung 64 strömt, wird mit dem Kathodenabgas in der Abgasmischeinrichtung 66 so gemischt, dass der Wasserstoffanteil im Gesamtabgas deutlich unter der Zündgrenze liegt. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass geringe Wasserstoffmengen das Fahrzeug verlassen und in die Umgebung gelan­ gen.

Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen wird üblicherweise die Anodenabgase von Zeit zu Zeit an die Kathodenseite des Brennstoffzellen­ systems geleitet, und zwar immer dann, wenn die Konzentration von Stickstoff und/oder Wasserdampf auf der Anodenseite eine feste oder va­ riabel vorgebbare Schwelle zu überschreiten droht. Es besteht aber grundsätzlich auch die Möglichkeit einen festen oder variablen Anteil der im Anodenkreislauf 28 zirkulierenden Gase kontinuierlich der Kathoden­ seite 12 des Brennstoffzellensystems 10 zuzuführen. Um diese Variante zu realisieren müßte dann ein Abzweigventil (nicht gezeigt) vorgesehen wer­ den, die die vorgesehene Menge der abgezweigten Anodengase bestimmt.

Obwohl in den bisherigen Figuren die Leitung 40 in Strömungsrichtung gesehen nach der Pumpe 24 vom Anodenkreislauf 28 abgezweigt ist, könnte die Abzweigung auch vor der Pumpe 24 erfolgen. Hierdurch wäre das in Fig. 2 gezeigte Rückschlagventil 50 entbehrlich, da die Pumpe 24 selbst für die erforderliche Trennung von der Wasserstoffversorgung 18 sorgen wird. Auch besteht die Möglichkeit die Pumpe 24 von der Wasser­ stoffversorgung antreiben zu lassen, wie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 100 62 673.4 der vorliegenden Anmelderin beschrieben ist.

Gegenüber der bisherigen Lösung ergeben sich klare Kosten-, Gewichts- und Volumenvorteile. Schließlich wird festgehalten, daß das erfindungs­ gemäße Brennstoffzellensystem sowohl mit reinem Wasserstoff als auch mit einer wasserstoffreichen Synthesegas, das bspw. durch Reformation gewonnen wird, verwendet werden kann.

Claims (22)

1. Brennstoffzellensystem (10) bestehend aus mehreren, zu einem Stack zusammengesetzten, Brennstoffzellen insbesondere in Form von Niedertemperaturbrennstoffzellen mit einer Kathodenseite (12), die einen Kathodeneingang (42) und einen Kathodenausgang (46) aufweist, wobei Sauerstoff oder ein sauerstoffenthaltendes Gas, wie z. B. Luft, dem Kathodeneingang zuführbar ist, sowie mit einer An­ odenseite (13), die einen Anodeneingang (15) und einen Anodenaus­ gang (19) aufweist, wobei Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas dem Anodeneingang zuführbar ist und eine Rückführschleife (17) vorgesehen ist, um die wasserstoffenthaltenden am Anodenaus­ gang (19) anfallenden Abgase mindestens teilweise dem Anodenein­ gang (15) wieder zuzuführen, gekennzeichnet durch eine Leitung (40), die von der Anodenseite (13) zur Kathodenseite (12) führt und ausgelegt ist Anodenabgase dem Kathodeneingang (42) zuzuführen, die nach entsprechender Umsetzung des Wasserstoffanteils mit auf der Kathodenseite vorhandenen Sauerstoff zu Wasser mit den Ka­ thodenabgasen das Brennstoffzellensystem über den Kathodenaus­ gang (46) verläßt.

2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein- und Ausschaltventil in der Leitung vorgesehen ist.

3. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die durch die Leitung strömende Anodenabgasmenge steu­ erndes bzw. regelndes Ventil vorgesehen ist.

4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die durch die Leitung strömende Anodenabgasmenge steu­ ernde oder regelnde Ventil in der Leitung auf der stromabwärtigen Seite des Ein- und Ausschaltventils vorgesehen ist.

5. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff dem Anodeneingang an einer Stelle zugeführt wird, die stromab der Abzweigung der Leitung, die Anodenabgase zu der Kathodenseite der Brennstoffzellen führt, angeordnet ist und daß zwischen dieser Wasserstoffzuführstelle und der Abzweigung ein Rückschlagventil vorgesehen ist.

6. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenseite der Brennstoffzellen einem Anodenkreislauf ge­ hört, in dem die Anodenabgase dem Anodeneingang wieder zuge­ führt werden.

7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anodenabgaspumpe im Anodenkreislauf vorgesehen ist.

8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung, die Anodenabgase von der Anodenseite zur Katho­ denseite führt, auf der stromabwärtigen Seite der Abgaspumpe am Anodenkreislauf angeschlossen ist.

9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung die Anodenabgase von der Anodenseite zur Katho­ denseite führt, auf der stromaufwärtigen Seite der Abgaspumpe am Anodenkreislauf angeschlossen ist.

10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenabgaspumpe durch die dem Anodenkreislauf zuge­ führte Wasserstoffmenge antreibbar ist.

11. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des Wasserstoffanteils der Anodenabgase mit auf der Kathodenseite vorhandenen Sauerstoff zu Wasser an dem dort vorhandenen Brennstoffzellenkatalysator erfolgt.

12. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenseite der Brennstoffzellen eine Kathodenzuleitung umfaßt, die mit einem Katalysator beschichtet ist und daß die Lei­ tung zur Führung der Anodenabgase zu dem Kathodeneingang ausgelegt ist, um diese Abgase auf der stromaufwärtigen Seite der Ka­ thodenzuleitung dieser zuzuführen.

13. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher mit einer Katalysatorbeschichtung vor dem Kathodeneingang angeordnet ist und daß die Leitung, die von der Anodenseite zur Kathodenseite führt ausgelegt ist, die Anodenabga­ se der Kathodenseite auf der stormaufwärtigen Seite des Wärmetäu­ schers zuzuführen.

14. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem Gehäuse untergebrachter strömungsdurchlässiger Körper, der mit einem Katalysator beschichtet ist, vor dem Katho­ deneingang angeordnet ist und die Leitung, die von der Anodenseite zur Kathodenseite führt, ausgelegt ist, um Anodenabgase direkt oder indirekt in das Gehäuse einzuspeisen und daher der Katho­ denseite den Brennstoffzellen zuzuführen.

15. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsdurchlässige Körper aus einem Materialnetz be­ steht.

16. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsdurchlässige Körper aus einem porösen Monolith besteht.

17. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Leitung vorgesehen ist, die von der Anodenseite der Brennstoffzellen zu einer Abgasmischeinrichtung führt, die sich stromab des Kathodenausgangs befindet und ausgelegt ist einen über die weitere Leitung abgezweigten Anodenabgasstrom mit den Kathodenabgasen zu mischen.

18. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil in der weiteren Leitung eingebaut ist.

19. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems bestehend aus mehreren, zu einem Stack zusammengesetzten, Brennstoffzellen insbesondere in Form von Niedertemperaturbrennstoffzellen mit ei­ ner Kathodenseite, die einen Kathodeneingang und einen Kathoden­ ausgang aufweist, wobei Sauerstoff oder ein sauerstoffenthaltendes Gas, wie z. B. Luft, dem Kathodeneingang zuführbar ist, sowie mit einer Anodenseite, die einen Anodeneingang und einen Anodenaus­ gang aufweist, wobei Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas dem Anodeneingang zuführbar ist und eine Rückführschleife vorge­ sehen ist, um die wasserstoffenthaltenden am Anodenausgang an­ fallenden Abgase mindestens teilweise dem Anodeneingang wieder zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Anodenabgase periodisch oder konti­ nuierlich dem Kathodeneingang zugeführt und mit den Kathoden­ abgasen aus dem Brennstoffzellensystem ausgelassen werden, wo­ bei der in den Anodenabgasen enthaltenen Wasserstoffanteil entwe­ der auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems an dem dort vorhandenen Katalysator oder in einer dem Kathodeneingang vorge­ schalteten mit Katalysatormaterial versehenen Einrichtung mit der Kathodenseite zugeführtem Sauerstoff zu Wasser umgesetzt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenabgasmenge, die der Kathodenseite zugeführt wird mittels eines Ventils gesteuert bzw. geregelt wird, so daß bei der Mi­ schung der Anodenabgase mit der auf der Kathodenseite zugeführ­ ten Luftströmung der Wasserstoffanteil der Mischung unterhalb der Zündgrenze liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zuführung von Anodenabgase zu der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems zusätzlicher Wasserstoff der Anodenseite des Brennstoffzellensystems zugeführt wird, um die Brennstoffzellen auf der Anodenseite mit Wasserstoff durchzuspülen und eine höhere Wasserstoffkonzentration in den im Anodenkreislauf vorhandenen Gasen sicherzustellen.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Teil der Anodenabgase mit den Kathodenabgasen gemischt wird.