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DE102007061061A1 - Fuel cell stack for traction system of motor vehicle, has hydrogen supply line for supplying hydrogen to anodes and dummy cell, and hydrogen discharge line for removing residual hydrogen from anode and dummy cell - Google Patents

Fuel cell stack for traction system of motor vehicle, has hydrogen supply line for supplying hydrogen to anodes and dummy cell, and hydrogen discharge line for removing residual hydrogen from anode and dummy cell Download PDF

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Publication number
DE102007061061A1
DE102007061061A1 DE102007061061A DE102007061061A DE102007061061A1 DE 102007061061 A1 DE102007061061 A1 DE 102007061061A1 DE 102007061061 A DE102007061061 A DE 102007061061A DE 102007061061 A DE102007061061 A DE 102007061061A DE 102007061061 A1 DE102007061061 A1 DE 102007061061A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
cell stack
membrane
hydrogenatable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007061061A
Other languages
German (de)
Inventor
Eva Schießwohl
Thomas von Dr. Unwerth
Michael Dr. Kahlich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102007061061A priority Critical patent/DE102007061061A1/en
Publication of DE102007061061A1 publication Critical patent/DE102007061061A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The stack (10) has a set of solitary cells that are arranged in stacks, where each cell has a membrane-electrode-unit (12) with one proton-conductive membrane (14), a cathode (16) and an anode (18). Bipolar plates are arranged at the unit (12). A dummy cell (22) is arranged between the solitary cells and exhibits a hydrogenate material that is suitable to form hydrogen under formation of a hydride. A hydrogen supply line (24) supplies hydrogen to the anodes and dummy cell, and a hydrogen discharge line removes residual hydrogen from the anode and dummy cell.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl gestapelt angeordneter Einzelzellen bestehend aus Membran-Elektroden-Einheiten und Bipolarplatten und einem Wasserstofftransportsystem zur Zuführung von Wasserstoff zu den Bipolarplatten und Abführung von Restwasserstoff aus diesen.The The invention relates to a fuel cell stack having a plurality Stacked arranged single cells consisting of membrane-electrode units and bipolar plates and a hydrogen transport system for delivery from hydrogen to the bipolar plates and dissipation of Residual hydrogen from these.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die so genannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. In der Regel wird ein Brennstoffzellenstapel (stack) durch eine Vielzahl gestapelt angeordneter Einzelzellen gebildet, die jeweils eine MEA und beidseitig an diese anschließende Bipolarplatten aufweisen und deren elektrische Leistungen sich addieren. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird ferner Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, so dass eine Reduktion von O2 zu O2– unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber Wärmekraftmaschinen aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad.Fuel cells use the chemical transformation of hydrogen and oxygen into water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a composite of a proton-conducting membrane and in each case one on both sides of the membrane arranged electrode (anode and cathode). In general, a fuel cell stack (stack) is formed by a plurality of stacked arranged individual cells, each having an MEA and on both sides of these subsequent bipolar plates and their electrical services add up. During operation of the fuel cell, hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture is fed to the anode, where an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with release of electrons. Via the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of protons H + from the anode compartment in the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is further supplied with oxygen or an oxygen-containing gas mixture, so that a reduction of O 2 to O 2 takes place with absorption of the electrons. At the same time, these oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water. The direct conversion of chemical into electrical energy fuel cells achieve over heat engines due to the circumvention of the Carnot factor improved efficiency.

Die Elektroden weisen jeweils eine, der Membran zugewandte Katalysatorschicht auf, die häufig auf einem gasdurchlässigen Substrat, der so genannten Gasdiffusionsschicht (GDL für gas diffusion layer), zur homogenen Zufuhr der Reaktionsgase aufgebracht ist. Die Katalysatorschicht enthält reaktive Zentren, die in der Regel aus Platin als katalytisch wirksame Komponente besteht, welches auf einem elektrisch leitenden porösen Trägermaterial, beispielsweise Kohlenstoffpartikeln, geträgert vorliegt.The Each electrode has a catalyst layer facing the membrane often on a gas-permeable substrate, the so-called gas diffusion layer (GDL for gas diffusion layer), for the homogeneous supply of the reaction gases is applied. The catalyst layer contains reactive centers which are in usually consists of platinum as a catalytically active component, which is on an electrically conductive porous carrier material, For example, carbon particles, supported.

Zwischen den MEAs sind so genannte Bipolarplatten angeordnet, die der Zuführung der Reaktionsgase und der Abführung der Restgase sowie des Produktwassers dienen und ferner die elektrische Kontaktierung der MEAs herstellen. Das Gefüge aus MEA und den beidseitig an die MEA anschließenden Bipolarplatten stellt die Einzelzelle dar, welche in gestapelter Anordnung den Brennstoffzellenstapel bildet.Between The MEAs are arranged so-called bipolar plates, the supply the reaction gases and the removal of the residual gases as well serve the product water and also the electrical contact of the MEAs. The structure of MEA and the two sides Bipolar plates adjoining the MEA represents the single cell which, in a stacked arrangement, the fuel cell stack forms.

Die derzeit am weitesten entwickelte Brennstoffzellentechnologie basiert auf Polymerelektrolytmembranen (PEM), bei denen die Membran selbst aus einem ionisch leitfähigen Polymer besteht. Die verbreitetste PEM basiert auf einem sulfonierten Polytetrafluorethylen-Copolymer (Handelsname: Nafion; Copolymer aus Tetrafluorethylen und einem Sulfonylsäurefluorid-Derivat eines Perfluoralkylvinylethers) oder auf Nafion-analogen Kunststoffen. Die elektrolytische Leitung findet dabei über hydratisierte Protonen statt, weshalb für die Protonenleitfähigkeit das Vorhandensein von flüssigem Wasser Bedingung ist, woraus sich eine Reihe von Nachteilen, insbesondere bei Anwendung der Brennstoffzelle in Traktionssystemen von Kraftfahrzeugen ergibt. So ist im Betrieb der PEM-Brennstoffzelle ein Anfeuchten der Betriebsgase erforderlich, was einen hohen Systemaufwand bedeutet. Kommt es zu einem Ausfall des Befeuchtungssystems, sind Leistungsverluste und irreversible Schädigungen der Membran-Elektroden-Einheit die Folge. Ferner ist die maximale Betriebstemperatur dieser Brennstoffzellen – auch aufgrund der mangelnden thermischen Dauerstabilität der Membranen – bei Normdruck auf unter 100°C beschränkt (weswegen dieser Brennstoffzellentyp vorliegend auch als Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzelle (NT-PEM-Brennstoffzelle) bezeichnet wird). Für den mobilen wie auch den stationären Einsatz sind jedoch Betriebstemperaturen oberhalb von 100°C erstrebenswert.The currently the most advanced fuel cell technology based on polymer electrolyte membranes (PEM) in which the membrane itself consists of an ionic conductive polymer. The most common PEM based on a sulfonated polytetrafluoroethylene copolymer (trade name: Nafion; Copolymer of tetrafluoroethylene and a sulfonyl fluoride derivative a perfluoroalkyl vinyl ether) or on Nafion-analogous plastics. The electrolytic line takes place via hydrated Protons take place, which is why for the proton conductivity the presence of liquid water is a condition from which a number of disadvantages, especially when using the fuel cell in traction systems of motor vehicles. That's how it works the PEM fuel cell requires moistening of the operating gases, which means a high system overhead. Does it come to a failure of the humidification system, are power losses and irreversible Damage to the membrane-electrode assembly the result. Furthermore, the maximum operating temperature of these fuel cells - too due to the lack of thermal stability of the Membranes - limited to below 100 ° C at standard pressure (Which is why this type of fuel cell in the present case as a low-temperature PEM fuel cell (NT-PEM fuel cell) is called). For the mobile as well as the stationary use are operating temperatures desirable above 100 ° C.

Zur Überwindung dieser Probleme sind Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (HT-PEM- oder HTM-Brennstoffzellen) entwickelt worden, die bei Betriebstemperaturen von 120 bis 180°C arbeiten und die keine oder nur geringe Befeuchtung erfordern. Die elektrolytische Leitfähigkeit der in diesen Brennstoffzellen der zweiten Generation eingesetzten Membranen basiert auf flüssigen, durch elektrostatische Komplexbindung an das Polymergerüst gebundenen Elektrolyten, insbesondere Säuren oder Basen, die auch bei vollständiger Trockenheit der Membran oberhalb des Siedepunktes von Wasser die Protonenleitfähigkeit gewährleisten. Beispielsweise sind Hochtemperaturmembranen aus Poly benzimidazol (PBI), die mit Säuren, wie etwa Phosphorsäure, Schwefelsäure oder anderen komplexiert sind, in US 5,525,436 , US 5,716,727 , US 5,599,639 , WO 01/18894 A , WO 99/04445 A , EP 0 983 134 B und EP 0 954 544 B beschrieben.To overcome these problems, high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEM or HTM fuel cells) have been developed which operate at operating temperatures of 120 to 180 ° C and which require little or no humidification. The electrolytic conductivity of the membranes used in these second-generation fuel cells is based on liquid electrolytes bound to the polymer backbone by electrostatic complex bonding, in particular acids or bases which ensure proton conductivity even when the membrane is completely dry above the boiling point of water. For example, poly (benzimidazole) high-temperature membranes (PBI) complexed with acids such as phosphoric acid, sulfuric acid or others are present in US Pat US 5,525,436 . US 5,716,727 . US 5,599,639 . WO 01/18894 A . WO 99/04445 A . EP 0 983 134 B and EP 0 954 544 B described.

Für einen Einsatz als Fahrzeugantrieb ist die Kaltstartfähigkeit von Brennstoffzellen bei tiefen Temperaturen wünschenswert, die idealerweise bei Temperaturen um –40°C beginnt. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser kommen neben der reduzierten Leitfähigkeit der Membranen Probleme aufgrund Vereisungserscheinungen hinzu. Während bei Nafion-basierten Brennstoffzellen ein Kaltstart bei Temperaturen um –20°C möglich ist, konnte dies bei HTM-Brennstoffzellen bislang noch nicht realisiert werden. Daneben ist eine schnelle Aufheizung auf die jeweilige optimale Betriebstemperatur der Brennstoffzelle wünschenswert, bei denen ein optimaler Wirkungsgrad vorliegt und die bei allen Brennstoffzelltypen deutlich oberhalb der Raumtemperatur liegt. So liegt die notwendige Betriebstemperatur von (nafionbasierten) NT-PEM-Brennstoffzellen bei 80 bis 90°C und bei so genannten Solide-Oxide-Brennstoffzellen (SOFC) sogar bei 800 bis 1000°C. Da bei tiefen Temperaturen die Leistungsdichte der Brennstoffzellen sehr gering ist, findet auch keine nennenswerte Selbstaufheizung infolge der exothermen Brennstoffzellenreaktionen statt. Daher ist eine zusätzliche Energiezufuhr zur Aufheizung erforderlich.For a use as a vehicle drive is the cold start capability desirable for fuel cells at low temperatures, which ideally starts at temperatures around -40 ° C. At temperatures below freezing come from water in addition to the reduced conductivity of the membranes problems due to icing. While at Nafion-based Fuel cells cold start at temperatures around -20 ° C this has been possible with HTM fuel cells so far not yet realized. There is also a quick heating up to the respective optimum operating temperature of the fuel cell desirable in which there is optimum efficiency and at all fuel cell types well above room temperature lies. This is the necessary operating temperature of (nafion-based) NT-PEM fuel cells at 80 to 90 ° C and in so-called solid oxide fuel cells (SOFC) even at 800 to 1000 ° C. Because at low temperatures The power density of the fuel cell is very low, also finds no appreciable self-heating due to the exothermic fuel cell reactions instead of. Therefore, an additional energy supply for heating required.

Auf der anderen Seite muss der Brennstoffzellenstapel bei Überschreiten der optimalen Betriebstemperatur gekühlt werden, um eine Schädigung zu verhindern. Hierfür ist in Brennstoffzellensystemen ein Kühlkreislauf mit Kühler vorgesehen.On On the other hand, the fuel cell stack must be exceeded the optimum operating temperature to be cooled To prevent damage. For this purpose is in fuel cell systems a cooling circuit with cooler provided.

Aus EP 1 351 330 A2 ist eine Brennstoffzelle bekannt, deren Bipolarplatten, insbesondere die Strömungskanäle für die Prozessgase derselben, zumindest teilweise aus einem Material bestehen oder mit einem solchen beschichtet sind, das in einer exothermen Hydrierungsreaktion ein Hydrid bildet, wodurch es infolge der Wärmeabgabe zu einer Aufheizung der Reaktionsgase kommt, welche zu einer Erwärmung der MEA führt. In bevorzugter Ausführung wird diese interne Heizmaßnahme mit weiteren, externen oder internen Maßnahmen, wie elektrischer Beheizung, kombiniert. Allerdings hat sich die Beschichtung der Bipolarplatten mit einem entsprechenden Material aus herstellungstechnischen Gründen als aufwändig erwiesen.Out EP 1 351 330 A2 a fuel cell is known whose bipolar plates, in particular the flow channels for the process gases thereof, consist at least partially of a material or are coated with a material which forms a hydride in an exothermic hydrogenation reaction, as a result of which the reaction gases are heated as a result of the heat release, which leads to heating of the MEA. In a preferred embodiment, this internal heating measure is combined with further, external or internal measures, such as electrical heating. However, the coating of the bipolar plates with a corresponding material for manufacturing reasons has proven to be costly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, der gegenüber bekannten Systemen eine verbesserte Kaltstartfähigkeit sowie ein schnelles Aufheizverhalten auf die Betriebstemperatur aufweist, und zugleich einfach herzustellen ist.Of the Invention is therefore based on the object, a fuel cell stack to provide that over known systems a improved cold start capability and a fast heating behavior to the operating temperature, and at the same time easy to manufacture is.

Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel umfasst

  • (a) eine Mehrzahl gestapelt angeordneter Einzelzellen, die jeweils eine Membran-Elektroden-Einheit (12) mit einer protonenleitfähigen Membran (14) und zwei beidseitig an die Membran (14) anschließenden Elektroden (16, 18), von denen eine als Kathode (16) und die andere als Anode (18) geschaltet ist, aufweisen sowie seitlich an die Membran-Elektroden-Einheit (12) anschließende Bipolarplatten (20),
  • (b) zumindest eine (membran- und elektrodenfreie) Blindzelle, die zwischen den (aus MEA und Bipolarplatten bestehenden) Einzelzellen und/oder endständig an dem Stapel der Einzelzellen angeordnet ist und die zumindest ein hydrierbares Material aufweist, das geeignet ist, temperatur- und/oder druckabhängig in einer reversiblen exothermen Hydrierungsreaktion Wasserstoff unter Bildung eines Hydrides zu binden, und
  • (c) ein Wasserstofftransportsystem zur Zuführung von Wasserstoff zu den Anoden der Membran-Elektroden-Einheiten und zu der zumindest einen Blindzelle und zur Abführung von Restwasserstoff aus diesen, das als gemeinsames Versorgungssystem ausgestaltet ist oder als ein unabhängig für die Membran-Elektroden-Einheiten und die zumindest eine Blindzelle betreibbares Versorgungssystem.
This object is achieved by a fuel cell stack with the features of claim 1. The fuel cell stack according to the invention comprises
  • (a) a plurality of stacked single cells each comprising a membrane-electrode assembly ( 12 ) with a proton-conductive membrane ( 14 ) and two on both sides of the membrane ( 14 ) subsequent electrodes ( 16 . 18 ), one of which as a cathode ( 16 ) and the other as anode ( 18 ), and laterally to the membrane-electrode unit ( 12 ) subsequent bipolar plates ( 20 )
  • (B) at least one (membrane and electrode-free) dummy cell, which is arranged between the (consisting of MEA and bipolar plates) single cells and / or terminal to the stack of single cells and which has at least one hydrogenatable material which is suitable, temperature and to bind hydrogen to form a hydride in a reversible exothermic hydrogenation reaction; and / or pressure dependent
  • (c) a hydrogen transport system for supplying hydrogen to the anodes of the membrane-electrode assemblies and to the at least one dummy cell and discharging residual hydrogen therefrom, configured as a common supply system or as independent for the membrane-electrode assemblies and the at least one dummy cell operable supply system.

Das hydrierbare Material, das durch das Wasserstofftransportsystem mit Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, reagiert mit diesem zu einem Hydrid, wobei aufgrund der Exothermie der Reaktion Wärme freigesetzt wird, die zu einer schnellen Erwärmung des Systems führt. Oberhalb einer stoffabhängigen Desorptionstemperatur des Materials kommt es wiederum zu einer endothermen Freisetzung des Wasserstoffs und einer Abkühlung, die im Betrieb der Brennstoffzelle zur Kühlung des Systems genutzt werden kann.The Hydrogenatable material produced by the hydrogen transport system Hydrogen is contacted with this reacts to a Hydride, due to the exothermic nature of the reaction heat is released, causing a rapid warming of the Systems leads. Above a substance-dependent Desorption temperature of the material is again an endothermic Release of hydrogen and cooling in the Operation of the fuel cell used for cooling the system can be.

Erfindungsgemäß wird somit durch eine weitere exotherme chemische Reaktion, die nicht der eigentlichen, elektrizitätserzeugenden Brennstoffzellenreaktion entspricht, eine zusätzliche Wärmequelle in den Stapel eingebracht, die für eine zusätzliche Aufheizung sorgt. Die erfindungsgemäßen Blindzellen weisen einen einfachen Aufbau auf und verzichten insbesondere auf den Einbau der teuren Membran und der Elektroden, das heißt sie umfassen keine MEA. Sie müssen lediglich eine Wasserstoffversorgung aufweisen, die über das allgemeine Versorgungssystem der Anoden realisiert sein kann oder separat von dieser vor gesehen sein kann. Zudem weisen sie den Vorteil auf, dass sie sich mit herkömmlichen Komponenten von Brennstoffzellen verbauen lassen und keinerlei Modifikationen an den Standardkomponenten vorgenommen werden müssen. Durch ihre zu den Bipolarplatten benachbarte Anordnung wird zudem eine schnelle Erwärmung der Bipolarplatten und damit die Vorerwärmung der durch diese strömenden Reaktionsgase erzielt. Auf diese Weise wird sehr schnell die Anoden- und/oder Kathodenreaktion einzelner MEAs in Gang gesetzt, wodurch wiederum Wärme abgegeben und somit eine weitere Aufheizung des gesamten Brennstoffzellenstacks auf seine Betriebstemperatur bewirkt wird. Im Ergebnis wird ein schneller Start der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle bei tiefen Temperaturen erzielt, wobei die untere Starttemperatur von dem Wasserstoffabsorptionsbereich des eingesetzten hydrierbaren Materials oder der Kombination mehrerer hydrierbarer Materialien abhängt. Dabei ist weiterhin von Vorteil, dass die Erwärmung "brenn-stoffneutral" stattfindet, da der absorbierte Wasserstoff bei Erreichen einer stoffspezifischen Desorptionstemperatur wieder freigesetzt und als Betriebsgas der Brennstoffzelle eingesetzt werden kann.According to the invention, an additional heat source is thus introduced into the stack by a further exothermic chemical reaction, which does not correspond to the actual, electricity-generating fuel cell reaction, which provides for additional heating. The dummy cells according to the invention have a simple structure and in particular dispense with the installation of the expensive membrane and the electrodes, that is to say they do not comprise MEA. You only need to have a hydrogen supply that can be realized on the general supply system of the anodes or separately seen from this before. In addition, they have the advantage that they can be installed with conventional components of fuel cells and no modifications to the standard components must be made. By their arrangement adjacent to the bipolar plates, a rapid heating of the bipolar plates and thus the preheating of the reaction gases flowing through them are also achieved. This way will very quickly, the anode and / or cathode reaction of individual MEAs set in motion, which in turn gives off heat and thus causes further heating of the entire fuel cell stack to its operating temperature. As a result, a rapid start of the fuel cell according to the invention at low temperatures is achieved, wherein the lower starting temperature of the hydrogen absorption region of the hydrogenation material used or the combination of several hydrogenatable materials depends. It is also advantageous that the heating takes place "fuel-neutral", since the absorbed hydrogen can be released again when it reaches a substance-specific desorption and used as the operating gas of the fuel cell.

Hinsichtlich ihrer Anordnung können die Blindzellen regelmäßig oder unregelmäßig über den gesamten Stapel verteilt vorliegen. Bevorzugt ist eine regelmäßige Verteilung innerhalb des Stapels, beispielweise nach jeder fünften eine MEA enthaltenden Einzelzelle oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich können die Blindzellen auch endständig am Stapel benachbart zu dort vorhandenen Endplatten angeordnet sein.Regarding their arrangement allows the dummy cells regularly or irregular over the entire stack distributed. Preference is given to a regular Distribution within the stack, for example after every fifth an MEA-containing single cell or the like. Alternatively or In addition, the dummy cells can also be terminal be arranged on the stack adjacent to there existing end plates.

Die Bipolarplatten, die zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten und/oder der zumindest einen Blindzelle angeordnet sind, dienen der gleichmäßigen Verteilung des Wasserstoffs über die Fläche der Anoden bzw. von zwischengeschalteten Gasdiffusionsschichten der MEAs und der Blindzellen sowie der Abführung von Restwasserstoff. (Gleichzeitig übernimmt üblicherweise die Kathodenseite der Bipolarplatten die Versorgung der Kathoden mit Sauerstoff (Luft) und der Abführung von Restsauerstoff und Produktwasser.) Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Wasserstofftransportsystem Wasserstoffzuleitungen zur Zuleitung von Wasserstoff zu den Bipolarplatten und Wasserstoffableitungen zur Ableitung von Restwasserstoff aus diesen. In vorteilhafter Ergänzung der Erfindung kann auch das Wasserstofftransportsystem, d. h. die Wasserstoffzuleitungen und/oder die Wasserstoffableitungen, und/oder die Bipolarplatten zumindest ein hydrierbares Material aufweisen.The Bipolar plates placed between the membrane-electrode units and / or the at least one dummy cell are arranged, serve the uniform Distribution of hydrogen over the area of the Anodes or of interposed gas diffusion layers of the MEAs and the dummy cells and the removal of residual hydrogen. (At the same time usually takes over the cathode side the bipolar plates supply the cathodes with oxygen (air) and the removal of residual oxygen and product water.) According to a preferred embodiment comprises the hydrogen transport system hydrogen supply lines to the supply line from hydrogen to the bipolar plates and hydrogen discharges for the discharge of residual hydrogen from these. In an advantageous addition The invention may also include the hydrogen transport system, i. H. the Hydrogen supply lines and / or the hydrogen derivatives, and / or the bipolar plates have at least one hydrogenatable material.

Die Art der Einbringung des hydrierbaren Materials kann auf vielfältige Weise geschehen. Insbesondere kann das zumindest eine hydrierbare Material in Form einer Beschichtung auf den entsprechenden Wasserstoff führenden Elementen der Blindzelle(n) und/oder des Wasserstofftransportsystems, beispielsweise als innere Beschichtung des Leitungssystems oder von Gaskanälen oder Stegen in den Bipolarplatte ausgebildet sein. Alternativ kann das Material auch in Form von Materialeinschlüssen der zumindest einen Blindzelle und/oder des Wasserstofftransportsystems vorliegen. Ebenso können diese Teile zumindest abschnittsweise oder vollständig aus dem zumindest einen hydrierbaren Material hergestellt sein. Auch sind Kombinationen der vorgenannten Ausführungen denkbar. Innerhalb der Blindzelle(n) kann das hydrierbare Material auch pulverförmig oder in Form von Beschichtungen poröser Materialien, etwa von Sintermaterialien, Geweben oder dergleichen vorliegen, wobei eine möglichst große Oberfläche angestrebt wird.The Type of incorporation of the hydrogenatable material can be varied Way done. In particular, this can be at least one hydrogenatable Material in the form of a coating on the corresponding hydrogen leading elements of the dummy cell (s) and / or the hydrogen transport system, For example, as an inner coating of the conduit system or be formed by gas channels or webs in the bipolar plate. Alternatively, the material may also be in the form of material inclusions the at least one dummy cell and / or the hydrogen transport system available. Likewise, these parts can at least partially or completely from the at least one hydrogenatable material be prepared. Also, combinations of the aforementioned embodiments conceivable. Within the dummy cell (s), the hydrogenatable material also in powder form or in the form of coatings more porous Materials, such as sintered materials, fabrics or the like present, with the largest possible surface is sought.

Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel ist mit Vorteil vom einleitend beschriebenen HT-PEM-Typ, der auf einer Membran basiert, die aus einem Elektrolyt-imprägnierten Polymermaterial besteht. Daneben kann es sich jedoch ebenso um eine NT-PEM-Brennstoffzelle handeln, deren Membran auf einem ionisch leitfähigen (Nafion- oder Nafion-analogen) Polymermaterial beruht, oder um eine Festoxidbrennstoffzelle (Solide-Oxide-Brennstoffzellen, SOFC) oder andere Brennstoffzelltypen. In jedem Fall kommt die vorteilhafte Fähigkeit des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels zum Einsatz, um die Brennstoffzelle starten und/oder auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen, die ebenfalls deutlich oberhalb der Raumtemperatur (80–90°C bei NT-PEM-Brennstoffzellen und 800–1000°C bei SOFC) liegt.Of the Fuel cell stack according to the invention is with Advantage of the initially described HT-PEM type, on a membrane based on an electrolyte-impregnated polymer material consists. However, it can also be an NT PEM fuel cell whose membrane is deposited on an ionically conductive (Nafion or Nafion-analogous) polymeric material, or a solid oxide fuel cell (Solid oxide fuel cells, SOFC) or other fuel cell types. In any case, the advantageous ability of the invention comes Fuel cell stack used to start the fuel cell and / or to heat up to their operating temperature, which also clearly above room temperature (80-90 ° C for NT-PEM fuel cells and 800-1000 ° C at SOFC).

Die Hydridbildung ist – bei gegebenem Druck und Temperatur – ein spontan ablaufender exothermer Prozess. Die Hydridbildung ist temperaturabhängig, wobei mit steigender Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit zunimmt. Ist die Reaktion einmal in Gang gesetzt, beschleunigt sie sich somit durch die freiwerdende Energie autokatalytisch bis zum Erreichen der Umkehrtemperatur. Die stoffspezifische Umkehrtemperatur ist die Temperatur, bei der die Hydridbildung zum Erliegen kommt und die (endotherme) Desorption von Wasserstoff beginnt. Der auf diese Weise freigesetzte Wasserstoff steht somit entweder der Energiegewinnung durch die Brennstoffzellenreaktion oder der erneuten Absorption durch ein weiteres hydrierbares Material zur Verfügung. In der Gesamtbilanz über die Betriebszeit läuft der Kaltstart brennstoffneutral ab. Die endotherme Desorption der eingesetzten Materialien bewirkt zwar eine gewisse Kühlung, jedoch wird diese durch die einsetzende Brennstoffzellenreaktion, die ebenfalls zu einer Erwärmung des Systems führt, kompensiert.The Hydride formation is - at a given pressure and temperature - a Spontaneous exothermic process. The hydride formation is temperature dependent, with increasing temperature, the reaction rate increases. Once the reaction has started, it accelerates by the energy released autocatalytically until it reaches the reverse temperature. The substance-specific inversion temperature is the Temperature at which the hydride formation stops and the (endothermic) desorption of hydrogen begins. The way this way released hydrogen is thus either the energy by the fuel cell reaction or re-absorption through another hydrogenatable material available. In the total balance over the operating time runs the cold start is fuel neutral. The endothermic desorption of Although used materials causes a certain amount of cooling, however, this is due to the onset of the fuel cell reaction, which also leads to a warming of the system, compensated.

Die Reversibilität der Hydrierung des Materials ist eine wichtige Voraussetzung, da nur die wiederholbare Hydrierung (Beladung) und Dehydrierung (Entladung) die wiederholte Anwendung des Materials zum Kaltstart der Brennstoffzelle ermöglicht. Um für den nächsten Kaltstart eine ausreichende hydrierbare Materialmenge zur Verfügung zu haben, ist daher die möglichst vollständige Dehydrierung des Materials vor Abstellen des Systems erforderlich. Die Absorption und Desorption verläuft nicht ohne Hysterese, das heißt bei gleicher Temperatur ist der Absorptionsdruck in der Regel höher als der Desorptionsdruck. Daher wird die Desportion bevorzugt bei einem niedrigeren Druck durchgeführt als die Absorption. Ein weiterer Parameter für die Verschiebung des Gleichgewichts zu Gunsten der Desorptionsreaktion beim Herunterfahren des Systems ist durch eine erhöhte Temperatur gegeben, welche durch die erhöhte Betriebstemperatur der MEA gewährleistet wird.The reversibility of the hydrogenation of the material is an important prerequisite, since only repeatable hydrogenation (loading) and dehydration (discharge) allows the repeated application of the fuel cell cold start material. In order to have a sufficient amount of hydrogenatable material available for the next cold start, the most complete possible dehydration of the material is therefore prior to stopping required for the system. The absorption and desorption does not proceed without hysteresis, that is, at the same temperature, the absorption pressure is usually higher than the desorption pressure. Therefore, the desorption is preferably carried out at a lower pressure than the absorption. Another parameter for shifting the equilibrium in favor of the desorption reaction when shutting down the system is given by an increased temperature, which is ensured by the increased operating temperature of the MEA.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem zumindest einen hydrierbaren Material um ein Metall oder eine Metalllegierung, welche zur Tieftemperaturhydridbildung befähigt sind. Insbesondere kommen hierfür Metalle aus der Gruppe Ti, Fe, Cr und/oder Zr in Frage, die optional als weitere Bestandteile Ca, Mg, Cu, Ni und/oder Mn enthalten können. Konkrete Beispiele sind in den Ausführungsbeispielen genannt.According to one preferred embodiment of the invention is in the at least one hydrogenatable material around a metal or a metal alloy, which are capable of cryogenic hydride formation. Especially For this metals come from the group Ti, Fe, Cr and / or Zr in question, optionally as further constituents Ca, Mg, Cu, Ni and / or Mn. Concrete examples are in called the embodiments.

Die meisten Materialien weisen keinen Absorptionstemperaturbereich auf, der von sehr tiefen Temperaturen bis hin zu der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle reicht. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung umfasst das hydrierbare Material daher zwei oder mehr hydrierbare Materialien, deren Absorptionstemperaturbereiche sich kaskadenartig überschneiden, so dass sie zusammen einen vorzugsweise lückenlosen Gesamtabsorptionstemperaturbereich bilden. Auf diese Weise kann ein Kaltstart der Brennstoffzelle aus nahezu beliebigen Temperaturen erfolgen. Gleichzeitig kann durch geeignete Auswahl und Kombination der Materialien aufgrund der über den Gesamttemperaturbereich kontinuierlichen Hydrierbarkeit ein Aufheizen des Systems bis zu einer bestimmten minimalen Betriebstemperatur erfolgen. Somit kann auf eine Kombination mit weiteren Heizverfahren, beispielsweise in Form elektrischer Beheizung, verzichtet werden, obwohl derartige Kombinationen im Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen sind.The most materials have no absorption temperature range, from very low temperatures to the operating temperature the fuel cell is enough. According to a further advantageous embodiment Therefore, according to the invention, the hydrogenatable material comprises two or more Hydrogenatable materials whose absorption temperature ranges themselves cascade overlapping, so they together one preferably complete total absorption temperature range form. In this way, a cold start of the fuel cell can be made done almost any temperature. At the same time can through appropriate selection and combination of materials due to the over the overall temperature range continuous hydrogenation a heating up of the system up to a certain minimum operating temperature respectively. Thus, a combination with other heating methods, For example, in the form of electrical heating, be waived, although Such combinations are not excluded within the scope of the invention are.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das zumindest eine hydrierbare Material oder im Falle mehrerer hydrierbarer Materialien zumindest eines der Materialien so gewählt ist, dass sein Absorptionstemperaturbereich bei höchstens –10°C, insbesondere bei höchstens –20°C, vorzugsweise bei höchstens –30°C beginnt. Insbesondere für Anwendungen bei Kraftfahrzeugen bietet sich der Einsatz eines Materials an, das bereits Temperaturen bei –40°C oder sogar darunter Wasserstoff unter Wärmeabgabe absorbiert, so dass ein Kaltstart bereits ab dieser Temperatur möglich ist. Des Weiteren sollte der Wasserstoff spätestens bei Erreichen der Betriebstemperatur, welche abhängig vom Brennstoffzellentyp zwischen 60 und 1000°C liegen kann, wieder freigesetzt werden und dann der Brennstoffzelle wieder zur Verfügung stehen – entweder für die eigentliche Brennstoffzellenreaktion oder für einen erneuten Hydrierungszyklus des Materials zu Heizzwecken.It is preferably provided that the at least one hydrogenatable material or in case of several hydrogenatable materials at least one the materials chosen so that its absorption temperature range at -10 ° C, especially at at most -20 ° C, preferably at -30 ° C at most starts. In particular for applications in motor vehicles lends itself to the use of a material that already has temperatures at -40 ° C or even below hydrogen below Heat dissipation absorbs, leaving a cold start already off this temperature is possible. Furthermore, the should Hydrogen at the latest when the operating temperature is reached, which depends on the fuel cell type between 60 and 1000 ° C can be released again and then the fuel cell are available again - either for the actual fuel cell reaction or for a renewed hydrogenation cycle of the material for heating purposes.

Um eine lückenlose Aufheizung des Brennstoffzellenstapels von der Ausgangstemperatur bis zu der Temperatur, bei der eine ausreichende Leistungsverfügbarkeit der MEA gewährleistet ist, zu erzielen, werden die hydrierbaren Materialien vorzugsweise so gewählt, dass ihre Absorptionstemperaturbereiche zusammen einen Gesamtabsorptionstemperaturbereich abdecken, der zumindest annähernd bis zu einer unteren Betriebstemperatur der MEA reicht. Insbesondere ist bevorzugt, dass die oberste Grenztemperatur des Gesamtabsorptionstemperaturbereichs bis 10 K unterhalb der unteren Betriebstemperatur der MEA, vorzugsweise bis 5 K unterhalb der unteren Betriebstemperatur reicht. Dabei ist vorliegend die untere Betriebstemperatur als diejenige Temperatur der MEA definiert, bei der zumindest 50% ihrer maximalen elektrischen Leistung vorliegen. Auf diese Weise liegt bei Erreichen der obersten Grenztemperatur des Gesamtabsorptionstemperaturbereichs bereits eine gewisse Leistung der MEA vor, die ihrerseits zu einer weiteren Erwärmung führt. Insbesondere werden die Materialien so gewählt, dass der Gesamtabsorptionstemperaturbereich im Falle einer HT-PEM-Brennstoffzelle von –40 bis 180°C reicht, bei einer NT-PEM-Brennstoffzelle von –40°C bis 90°C und bei einer SOFC von –40°C bis 1000°C.Around a complete heating of the fuel cell stack from the initial temperature to the temperature at which sufficient Performance of the MEA is guaranteed, to achieve the hydrogenatable materials are preferably so chosen that their absorption temperature ranges together one Cover total absorption temperature range, at least approximately to a lower operating temperature of the MEA is sufficient. Especially It is preferable that the upper limit temperature of the total absorption temperature range up to 10 K below the lower operating temperature of the MEA, preferably to 5 K below the lower operating temperature. It is in this case, the lower operating temperature than that temperature the MEA defines at least 50% of its maximum electrical Performance available. In this way, when reaching the top Limit temperature of the total absorption temperature range already some performance of the MEA, which in turn is another Warming leads. In particular, the materials chosen so that the total absorption temperature range in the case of an HT-PEM fuel cell from -40 to 180 ° C is enough for an NT-PEM fuel cell of -40 ° C up to 90 ° C and at a SOFC of -40 ° C up to 1000 ° C.

Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, das hydrierbare Material so auszuwählen, dass sein Absorptions- bzw. Desorptionsdruck im Wesentlichen innerhalb des Betriebsdruckbereichs des Brennstoffzellenstapels liegt, da ein Betrieb der Brennstoffzelle unter einem zu hohen Druck diese dauerhaft schädigen kann. In diesem Zusammenhang kann vorteilhaft ein druckgeregeltes Wasserstofftransportsystem vorgesehen sein. Auf diese Weise kann auf den bei der Desorption von Wasserstoff durch das hydrierte Material entstehende Druck reagiert werden, etwa indem den MEAs so lange kein Wasserstoff zugeführt wird, bis der freigesetzte Wasserstoff verbraucht ist.It it is further preferred to select the hydrogenatable material so that its absorption or desorption pressure substantially within the operating pressure range of the fuel cell stack is because operation of the fuel cell under too high pressure this can permanently damage. In this context can be beneficial be provided a pressure-controlled hydrogen transport system. In this way it can be applied to the desorption of hydrogen be reacted by the hydrogenated material resulting pressure, for example, by not supplying hydrogen to the MEAs for so long until the released hydrogen is consumed.

Damit bei einem nachfolgenden Kaltstart des Brennstoffzellenstapels wieder genug wasserstofffreies Material für eine erneute Hydrierung zur Verfügung steht, muss beim Betreiben der Brennstoffzelle sichergestellt werden, dass das Material möglichst vollständig dehydriert ist. Ist dies nicht automatisch der Fall, etwa weil das System noch nicht die Desorptionstemperatur des Materials erreicht hat, ist bevorzugt vorgesehen, das System beim Abfahren solange nachlaufen zu lassen, bis die erforderliche Temperatur erreicht ist. Erst dann wird das System abgestellt. Alternativ kann über den Einsatz einer ausreichend großen Menge des hydrierbaren Materials ein entsprechender Puffer eingerichtet sein, der eine mehrmalige Beladung mit Wasserstoff sicherstellt, auch wenn eine vorausgehende Entladung nicht erfolgt.So that in a subsequent cold start of the fuel cell stack enough hydrogen-free material for a new hydrogenation is available, it must be ensured during operation of the fuel cell, that the material is as completely as possible dehydrated. If this is not automatically the case, for example because the system has not yet reached the desorption temperature of the material, it is preferably provided that Allow the system to run on until the required temperature is reached. Only then will the system be shut down. Alternatively, through the use of a sufficiently large amount of the hydrogenatable material, a corresponding buffer can be set up, which ensures repeated charging with hydrogen, even if a preliminary discharge does not take place.

Durch Ermöglichung des Starts des Brennstoffzellenstapels bei sehr tiefen Temperaturen, das heißt bei fahrzeugrelevanten Temperaturen, kann dieser besonders vorteilhaft in mobilen Anwendungen, wie in Traktionssystemen von Kraftfahrzeugen oder zur Zusatzenergieversorgung als so genannte APU (für auxiliary power unit) in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Selbstverständlich ist er gleichfalls für stationäre Anwendungen einsetzbar, insbesondere für Kleinkraftwerke oder Hausenergieversorgungseinrichtungen oder als Akku-Ersatz für Elektronikgeräte.By Enabling the start of the fuel cell stack very low temperatures, that is for vehicle-relevant Temperatures, this can be particularly beneficial in mobile applications, as in traction systems of motor vehicles or for additional energy supply as so-called APU (for auxiliary power unit) in motor vehicles be used. Of course he is the same can be used for stationary applications, in particular for small power plants or domestic energy supply facilities or as a battery replacement for electronic devices.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, in the subclaims mentioned features.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit in dem Stapel eingebauten Blindzellen.The Invention will be described below in embodiments explained the accompanying drawing. The only FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack according to an advantageous embodiment of the invention with dummy cells installed in the stack.

In der Figur ist ein Brennstoffzellenstapel 10 dargestellt, der eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Einzelzellen umfasst. Jede Einzelzelle weist eine Membran-Elektroden-Einheit 12 (MEA) auf, die jeweils eine protonenleitende Membran 14 umfasst, die insbesondere eine aus einem geeigneten Polymermaterial gebildete Polymerelektrolytmembran ist. Im Falle einer HT-PEM-Brennstoffzelle handelt es sich um eine mit einem Elektrolyten imprägnierte Membran, beispielsweise aus der Gruppe der Polyazole und Polyphosphazene, insbesondere PBI, welches mit Phosphorsäure oder anderen imprägniert ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf HT-PEM-Brennstoffzellen eingeschränkt. Jede MEA 12 umfasst fer ner zwei an den beiden äußeren Membranflächen anschließende Elektroden 16, 18, nämlich eine als Kathode geschaltete Elektrode 16 auf Kathodenseite der Membran 14 und eine als Anode geschaltete Elektrode 18 auf Anodenseite. Diese umfassen jeweils eine nicht dargestellte mikroporöse Katalysatorschicht, welche die Polymerelektrolytmembran 14 beidseitig kontaktiert. Die Katalysatorschichten enthalten als eigentlich reaktive Zentren der Elektroden ein katalytisches Material, bei dem es sich in der Regel um ein Edelmetall als katalytisch wirksame Substanz handelt, wie Platin, Iridium oder Ruthenium oder um Übergangsmetalle, wie Chrom, Cobalt, Nickel, Eisen, Vanadium oder Zinn oder Mischungen oder Legierungen von diesen. Bevorzugt liegt die katalytische Substanz auf einem porösen, elektrisch leitenden Trägermaterial fixiert vor. Über das Trägermaterial der Katalysatorschichten ist eine elektrisch leitfähige Anbindung der Reaktionszentren der Elektroden 16, 18 mit einem äußeren Stromkreis (nicht dargestellt) realisiert. Sofern die Elektroden 16, 18 als Gasdiffusionselektroden ausgestaltet sind, umfassen sie zudem jeweils eine Gasdiffusionsschicht (GDL für gas diffusion layer, ebenfalls nicht dargestellt), die an den jeweils äußeren, von der Polymermembran 14 abgewandten Flächen der Katalysatorschicht anschließen. Funktion der GDL ist es, eine gleichmäßige Anströmung der Katalysatorschichten mit den Reaktionsgasen Sauerstoff beziehungsweise Luft auf der Kathodenseite und Wasserstoff auf der Anodenseite zu gewährleisten.In the figure is a fuel cell stack 10 shown comprising a plurality of series-connected single cells. Each single cell has a membrane-electrode assembly 12 (MEA), each having a proton-conducting membrane 14 which is in particular a polymer electrolyte membrane formed from a suitable polymer material. In the case of an HT-PEM fuel cell is an impregnated with an electrolyte membrane, for example from the group of polyazoles and polyphosphazenes, in particular PBI, which is impregnated with phosphoric acid or other. However, the present invention is not limited to HT-PEM fuel cells. Every MEA 12 includes fer ner two adjoining the two outer membrane surfaces electrodes 16 . 18 namely, an electrode connected as a cathode 16 on the cathode side of the membrane 14 and an electrode connected as an anode 18 on anode side. These each comprise a non-illustrated microporous catalyst layer, which is the polymer electrolyte membrane 14 contacted on both sides. The catalyst layers contain as actual reactive centers of the electrodes, a catalytic material, which is usually a noble metal as a catalytically active substance, such as platinum, iridium or ruthenium or transition metals, such as chromium, cobalt, nickel, iron, vanadium or Tin or mixtures or alloys of these. The catalytic substance is preferably fixed on a porous, electrically conductive carrier material. About the support material of the catalyst layers is an electrically conductive connection of the reaction centers of the electrodes 16 . 18 realized with an external circuit (not shown). Unless the electrodes 16 . 18 are designed as gas diffusion electrodes, they also each comprise a gas diffusion layer (GDL for gas diffusion layer, also not shown), which at the respective outer, of the polymer membrane 14 connect opposite surfaces of the catalyst layer. Function of the GDL is to ensure a uniform flow of the catalyst layers with the reaction gases oxygen or air on the cathode side and hydrogen on the anode side.

Die Einzelzellen umfassen weiter zwischen den MEAs 12 angeordnete Bipolarplatten 20, die beidseitig an den MEA-Verbund elektrisch kontaktierend für die Zuleitung der Prozessgase sowie die Ableitung des Produktwassers sorgen und zudem die einzelnen MEAs 12 im Brennstoffzellenstapel 10 gasdicht voneinander trennen. Die Bipolarplatten 20 weisen eine Vielzahl von inneren Transportkanälen auf, die der Zufuhr der Reaktionsgase (im Fall der Anode Wasserstoff und im Fall der Kathode Sauerstoff bzw. Luft) und kathodenseitig ferner der Abfuhr des Produktwassers dienen. Materialien zur Abdichtung und Stabilisierung der MEAs 12 sind nicht dargestellt.The single cells further comprise between the MEAs 12 arranged bipolar plates 20 , which provide both sides of the MEA compound electrically contacting for the supply of process gases and the discharge of the product water and also the individual MEAs 12 in the fuel cell stack 10 separate gas-tight from each other. The bipolar plates 20 have a plurality of inner transport channels, which serve to supply the reaction gases (in the case of the anode hydrogen and in the case of the cathode oxygen or air) and the cathode side also the removal of the product water. Materials for sealing and stabilizing the MEAs 12 are not shown.

Erfindungsgemäß ist in dem Brennstoffzellenstapel 10 zumindest eine Einzelzelle durch eine so genannte Blindzelle 22 ersetzt. Im dargestellten Beispiel sind insgesamt zwei Blindzellen 22 vorhanden. Hierbei handelt es sich um Bauteile mit vergleichbaren Abmessungen wie die Einzelzellen, die jedoch weder eine Membran noch Elektroden aufweisen. In materieller Hinsicht können die Blindzellen 22 aus dem gleichen Material wie die übrigen Stapelkomponenten bestehen, insbesondere aus Edelstahl oder Graphit. In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei den Blindzellen 22 um Hohlkörper, die in ihrem Inneren zumindest ein rever sibel und exotherm hydrierbares Material aufweisen, dessen Wasserstoffabsorption zur Aufheizung der MEAs 12 beziehungsweise der Brennstoffzelle 10 genutzt wird. Das Material kann beispielsweise als fester poröser Körper vorliegen oder als eine Beschichtung eines solchen. Die Blindzellen 22 werden ebenso wie die MEAs 12 enthaltenden Zellen von zwei Bipolarplatten 20 seitlich eingeschlossen, wobei sie von einer der beiden mit Wasserstoff versorgt werden. Einzelheiten zu dem hydrierbaren Material werden weiter unten beschrieben.According to the invention is in the fuel cell stack 10 at least one single cell through a so-called dummy cell 22 replaced. In the example shown, a total of two dummy cells 22 available. These are components with comparable dimensions as the single cells, but they have neither a membrane nor electrodes. In material terms, the dummy cells can 22 consist of the same material as the other stack components, in particular stainless steel or graphite. In a preferred embodiment, the dummy cells are 22 hollow bodies which have in their interior at least one rever sibel and exothermic hydrogenatable material whose hydrogen absorption for heating the MEAs 12 or the fuel cell 10 is being used. The material may, for example, be present as a solid porous body or as a coating of such. The dummy cells 22 be just like the MEAs 12 containing cells of two bipolar plates 20 enclosed on the side, being one of the two Be supplied with hydrogen. Details of the hydrogenatable material will be described below.

Der Brennstoffzellenstapel 10 weist ferner Wasserstoffzuleitungen 24 auf, welche den Bipolarplatten 20 Wasserstoffgas zuführen. Ein inneres anodenseitiges Kanalsystem der Bipolarplatten 20 leitet den zugeführten Wasserstoff den Blindzellen 22 sowie den Anoden 18 der Membran-Elektroden-Einheiten 12 zu, wo dieser zu Protonen oxidiert wird. Über Wasserstoffableitungen 26, die mit einem weiteren anodenseitigen inneren Kanalsystem der Bipolarplatten 20 in Verbindung stehen, wird der unverbrauchte Restwasserstoff (und durch die Membran 14 diffundiertes Produktwasser) ab- und in den Kreislauf zurückgeführt. Ferner sind Luftzuleitungen 28 vorgesehen, mit denen Luft und damit Sauerstoff in die Bipolarplatten 20 und von dort über ein kathodenseitiges Kanalsystem derselben den Kathoden 16 zugeleitet wird. Über ein weiteres kathodenseitiges Kanalsystem der Bipolarplatten 20 und daran angeschlossene Luftableitungen 30 erfolgt die Ableitung der restlichen Luft und des Produktwassers.The fuel cell stack 10 also has hydrogen supply lines 24 on which the bipolar plates 20 Feed hydrogen gas. An inner anode-side channel system of the bipolar plates 20 directs the supplied hydrogen to the dummy cells 22 and the anodes 18 the membrane electrode units 12 to where it is oxidized to protons. About hydrogen discharges 26 connected to another anode-side internal channel system of the bipolar plates 20 In connection, the unused residual hydrogen (and through the membrane 14 diffused product water) and recycled. Furthermore, air supply lines 28 provided with which air and thus oxygen in the bipolar plates 20 and from there via a cathode-side channel system of the same the cathode 16 is forwarded. Via another cathode-side channel system of the bipolar plates 20 and connected air discharges 30 the discharge of the remaining air and the product water takes place.

Der Stapel aus MEAs 12, Blindzellen 22 und Bipolarplatten 20 wird seitlich von Endplatten 32 begrenzt.The stack of MEAs 12 , Dummy cells 22 and bipolar plates 20 becomes laterally from end plates 32 limited.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Wasserstoffversorgung der Blindzellen 22 über dieselben Wasserstoffzuleitungen 24 und die Wasserstoffableitungen 26, die auch die MEAs 12 versorgen. Das heißt die Blindzellen 22 werden über die entsprechenden Bipolarplatten 20 mit Wasserstoff versorgt, der dem hydrierbaren Material zugeführt wird und an dieses bindet. Nicht verbrauchter Wasserstoff oder vom hydrierbaren Material wieder freigesetzter Wasserstoff wird über die entsprechenden Bipolarplatten 20 und über die Wasserstoffableitungen 26 abgeleitet und in den Kreislauf zurückgeführt.In the illustrated embodiment, the hydrogen supply of the dummy cells takes place 22 via the same hydrogen supply lines 24 and the hydrogen discharges 26 that includes the MEAs 12 supply. That means the dummy cells 22 be over the appropriate bipolar plates 20 supplied with hydrogen, which is supplied to the hydrogenatable material and binds to this. Unconsumed hydrogen or hydrogen released from the hydrogenatable material is passed over the corresponding bipolar plates 20 and about the hydrogen discharges 26 derived and recycled.

In alternativer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die die Blindzellen 22 versorgenden Zuleitungen für Wasserstoff mit steuerbaren Ventilen ausgestattet sind, wodurch eine von den MEAs 12 unabhängige Versorgung der Blindzellen 22 ermöglicht wird. In weiterer Abwandlung kann das Wasserstoffversorgungssystem für die Blindzellen auch vollständig von dem Wasserstoffversorgungssystem der MEAs 12 separiert sein.In an alternative embodiment it can be provided that the dummy cells 22 supplying hydrogen supply lines are equipped with controllable valves, whereby one of the MEAs 12 independent supply of the dummy cells 22 is possible. In a further variant, the hydrogen supply system for the dummy cells can also be completely derived from the hydrogen supply system of the MEAs 12 be separated.

In weiterer Abwandlung der Erfindung können die Blindzellen 22 und die zugehörigen Bipolarplatten 20 auch als ein integriertes Bauteil vorliegen. Wesentlich für die erfindungsgemäßen Blindzellen ist lediglich das Vorhandensein hydrierbaren Materials sowie der Wasserstoffzuführung und -ableitung. Die Art des Wasserstofftransports innerhalb der Blindzelle 22 bzw. der dieser zugeordneten Bipolarplatte 20 kann beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise können parallel geführte oder meandrierende Wasserstoffkanäle vorhanden sein oder die Wasserstoffzuführung über poröse Materialien, insbesondere Sintermaterialien erfolgen.In a further modification of the invention, the dummy cells 22 and the associated bipolar plates 20 also present as an integrated component. Essential for the dummy cells according to the invention is only the presence of hydrogenatable material and the hydrogen supply and removal. The type of hydrogen transport within the dummy cell 22 or the associated bipolar plate 20 may be configured as desired, for example, parallel-guided or meandering hydrogen channels may be present or the hydrogen supply via porous materials, in particular sintered materials.

Nach einer weiteren Ausgestaltung können auch wasserstoffführende Elemente der Bipolarplatten 20 und/oder der Wasserstoffzuleitungen 24 und/oder der Wasserstoffableitungen 26 ein hydrierbares Material aufweisen, etwa in Form von Beschichtungen oder beliebig großen Materialeinschlüssen. Alternativ können einzelne dieser Elemente auch direkt aus einem solchen Material hergestellt sein.According to a further embodiment, hydrogen-carrying elements of the bipolar plates can also be used 20 and / or the hydrogen supply lines 24 and / or the hydrogen derivatives 26 have a hydrogenatable material, such as in the form of coatings or arbitrarily large material inclusions. Alternatively, some of these elements may also be made directly from such a material.

Bei dem/den eingesetzten hydrierbaren Materialien handelt es sich vorzugsweise um Metalle oder Metalllegierungen, die bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes in Kontakt mit Wasserstoff Tieftemperaturhydride in einer exothermen Reaktion ausbilden. Es kommen insbesondere solche Materialien zum Einsatz, die als Hauptlegierungsbestandteile Titan (Ti), Eisen (Fe), Zirkonium (Zr), Chrom (Cr) oder eine Mischung von diesen enthalten. Geeignete Materialien sind in Tabelle 1 zusammen mit einigen ihrer physikalischen Parametern zusammengestellt.at the hydrogenation material (s) used is preferably to metals or metal alloys that are at temperatures below of freezing in contact with hydrogen cryogenic hydrides form in an exothermic reaction. There are in particular such Materials used as the main alloying components titanium (Ti), iron (Fe), zirconium (Zr), chromium (Cr) or a mixture of these included. Suitable materials are summarized in Table 1 compiled with some of their physical parameters.

Die Menge des hydrierbaren Materials – beziehungsweise im Falle mehrerer hydrierbarer Materialien ihre Gesamtmenge – wird anhand der Wärmemenge bestimmt, die zur Erwärmung der MEAs 12 auf ihre minimale Betriebstemperatur oder wenige Kelvin darunter erforderlich ist, wobei vorzugsweise von einer möglichst niedrigen Starttemperatur bei beispielsweise –40°C ausgegangen wird. Die durch die Hydrierung bereitgestellte Wärmemenge muss insbesondere die Schmelzwärme für die gefrorene Wasser/Elektrolytphase liefern und für die Erwärmung umgebender Schichten auf die Zieltemperatur ausreichen. Die zu diesen Zwecken nutzbare Wärmemenge lässt sich mit Hilfe der stoffspezifischen Reaktionsenthalpie der Hydrierungsreaktion und der absorbierten Wasserstoffmenge ermitteln. Beispiele für geeignete Hydride und deren Reaktionsenthalpien sind in Tabelle 1 zusammengestellt und liegen typischerweise im Bereich von 15 bis 75 kJ/molH2 (pro absorbiertes Mol H2). Über die Massenaufnahme von Wasserstoff, die zwischen 2 bis 5% liegt (Tabelle 1, Absorptionskapazität), lässt sich die notwendige Masse des/der hydrierbaren Materialien bestimmen.The amount of hydrogenatable material - or their total amount in the case of several hydrogenatable materials - is determined by the amount of heat used to heat the MEAs 12 is required to their minimum operating temperature or a few Kelvin below, it is preferably assumed that the lowest possible starting temperature at -40 ° C, for example. In particular, the amount of heat provided by the hydrogenation must provide the heat of fusion for the frozen water / electrolyte phase and be sufficient to heat surrounding layers to the target temperature. The amount of heat that can be used for these purposes can be determined using the substance-specific reaction enthalpy of the hydrogenation reaction and the amount of hydrogen absorbed. Examples of suitable hydrides and their enthalpies of reaction are listed in Table 1 and typically range from 15 to 75 kJ / mol H2 (per mol of H 2 absorbed). About the mass uptake of hydrogen, which is between 2 to 5% (Table 1, absorption capacity), the necessary mass of the / of the hydrogenatable materials can be determined.

In bevorzugter Ausführung wird ein Gemisch mehrerer hydrierbarer Materialien verwendet, so dass möglichst der gesamte Temperaturbereich beginnend von tiefstmöglichen Starttemperaturen bis zum Erreichen einer Zieltemperatur bei oder knapp unterhalb der minimalen Betriebstemperatur der MEA durch die Absorptionsbereiche der Materialien abgedeckt wird.In preferred embodiment is a mixture of several hydrogenatable Materials used, allowing as possible the entire temperature range starting from the lowest possible starting temperatures up to Reaching a target temperature at or just below the minimum Operating temperature of the MEA through the absorption areas of the materials is covered.

Hierdurch kann ein Kaltstart aus verschiedenen Starttemperaturen erfolgen und das System auf die Zieltemperatur erwärmt werden, ohne dass eine Kombination mit anderen Heizmethoden erforderlich ist. Die Auswahl der Materialien erfolgt unter dem Gesichtspunkt eines gestaffelten, kaskadenartigen Temperaturverhaltens in Bezug auf Absorption und Desorption, wobei eine Überlappung der Absorptionstemperaturbereiche von mindestens 10 K wünschenswert ist (Tabelle 1). Beispielsweise kann ein Gemisch aus Ti-Zr-Cr-Fe (Absorptionsbereich –60 ... -20°C), Mn-Ca-Ni-Al (–40 ... +40°C), Ti-Cr-V-Fe (–10 ... +80°C) und Ti-Zr-Mn-V-Fe (+40 ... +160°C) eingesetzt werden. Bei einem Start bei –40°C findet zunächst eine Hydrierung von Ti-Zr-Cr-Fe statt, die bei Erreichen einer Temperatur von –20°C zum Erliegen kommt. Es kommt zu einer Desorption von Wasserstoff aus Ti-Zr-Cr-Fe, welcher jedoch durch Mn-Ca-Ni-Al re-absorbiert wird. Diese Kaskade wird so lange fortgesetzt, bis in der Reaktionszone ein ΔT von vorzugsweise ≥ 5 K unterhalb der minimalen Betriebstemperatur erreicht ist und die elektrische Last eingeschaltet wird. Da der Betrieb der Brennstoffzelle 10, die beispielsweise nun mit 80% ihrer maximalen Leistungsfähigkeit läuft, infolge innerer Verluste ebenfalls zu einer Erwärmung führt, erfolgt die weitere Erwärmung automatisch. Auf diese Weise ist ein kontinuierliches Hochfahren der Temperatur beginnend von –40°C oder tiefer bis zu der Betriebstemperatur von 160°C oder sogar 180°C möglich. Tabelle: Eigenschaften kommerziell erhältlicher Metallhydride (Herstellerangaben) Legierung Typische Zusammensetzung Absorptionskapazität [Gew.-%] Gleichgewichtsdruck [MPa] Reaktions-wärme [kcal/molH2] Temperaturbereich [°C] Ti-Fe-C TiFe0.8C0.1 1,9 0,15 (20°C) –6,1 10 ... 50 Ti-Fe-Ta TiFe0.96Ta0.01 1,7 0,20 (25°C) –6,2 10 ... 50 Ti-Fe-Ca TiFe0.93Ca0.03 1,7 0,15 (50°C) –6,7 20 ... 60 Ti-Fe-Ca-Mn TiFe0 . 8Mn0 . 15Ca0.01 1,7 0,50 (60°C) –6,8 20 ... 60 Ti-Cr-Fe TiCr1.3Fe0.5 1,8 0,50 (–60°C) –5,1 < –40 Ti-Zr-Cr-Fe Ti0.7Zr0.3Cr1.3Fe0.5 1,9 0,15 (–60°C) –5,9 –60 ... –20 Ti-Zr-Cr-Fe-Mn-Cu Ti0.6Zr0.4Cr1.0Fe0.6Mn0.4Cu0.03 1,7 0,40 (20°C) –6,9 –20 ... 60 Zr-Ti-Cr-Fe-Mn-Cu Zr0.7Ti0.3Cr1.0Fe0.6Mn0.4Cu0.03 1,6 0,35 (110°C) –8,6 50 ... 150 Ti-Mn-V TiMn1.43V0.43 2,0 0,61 (40°C) –6,9 –20 ... 60 Ti-Zr-Mn-V-Fe Ti0.8Zr0.2Nn1.42V0.52Fe0.09 1,8 0,20 (45°C) –7,5 40 ... 160 Ca-Mn-Ni-Al Ca0.85Mn0.15Ni4.85Al0.15 1,5 0,18 (50°C) –7,8 20 ... 60 Mn-Ca-Ni-Al Mn0.7Ca0 . 3Ni4.7Al0 . 3 1,5 0,40 (–40°C) –6,5 –40 ... 40 Ti-Cr-V Ti20Cr30V50 2,4 0,04 (20°C) –10,0 0 ... 80 Ti-Cr-V-Fe Ti27.8Cr4.22V25Fe5 2,2 0,29 (–10°C) –9,6 –10 ... 80 This allows a cold start from different starting temperatures and the system can be heated to the target temperature, without the need for a combination with other heating methods. The selection of materials is from the viewpoint of staggered cascade-like temperature behavior with respect to absorption and desorption, with an overlap of the absorption temperature ranges of at least 10 K being desirable (Table 1). For example, a mixture of Ti-Zr-Cr-Fe (absorption range -60 ... -20 ° C), Mn-Ca-Ni-Al (-40 ... + 40 ° C), Ti-Cr-V- Fe (-10 ... + 80 ° C) and Ti-Zr-Mn-V-Fe (+40 ... + 160 ° C) are used. At a start at -40 ° C, hydrogenation of Ti-Zr-Cr-Fe initially takes place, which stops when a temperature of -20 ° C is reached. There is a desorption of hydrogen from Ti-Zr-Cr-Fe, which, however, re-absorbed by Mn-Ca-Ni-Al. This cascade is continued until a ΔT of preferably ≥ 5 K below the minimum operating temperature is reached in the reaction zone and the electrical load is switched on. As the operation of the fuel cell 10 For example, if it now runs at 80% of its maximum capacity and also causes warming as a result of internal losses, further heating will take place automatically. In this way, a continuous rise of the temperature starting from -40 ° C or lower up to the operating temperature of 160 ° C or even 180 ° C is possible. Table: Properties of commercially available metal hydrides (manufacturer information) alloy Typical composition Absorptive capacity [wt%] Equilibrium pressure [MPa] Reaction heat [kcal / mol H2 ] Temperature range [° C] Ti-Fe-C TiFe 0.8 C 0.1 1.9 0.15 (20 ° C) -6.1 10 ... 50 Ti-Fe-Ta TiFe 0.96 Ta 0.01 1.7 0.20 (25 ° C) -6.2 10 ... 50 Ti-Fe-Ca TiFe 0.93 Ca 0.03 1.7 0.15 (50 ° C) -6.7 20 ... 60 Ti-Fe-Ca-Mn TiFe 0 . 8 Mn 0 . 15 Ca 0.01 1.7 0.50 (60 ° C) -6.8 20 ... 60 Ti-Cr-Fe TiCr 1.3 Fe 0.5 1.8 0,50 (-60 ° C) -5.1 <-40 Ti-Zr-Cr-Fe Ti 0.7 Zr 0.3 Cr 1.3 Fe 0.5 1.9 0.15 (-60 ° C) -5.9 -60 ... -20 Ti-Zr-Cr-Fe-Mn-Cu Ti 0.6 Zr 0.4 Cr 1.0 Fe 0.6 Mn 0.4 Cu 0.03 1.7 0.40 (20 ° C) -6.9 -20 ... 60 Zr-Ti-Cr-Fe-Mn-Cu Zr 0.7 Ti 0.3 Cr 1.0 Fe 0.6 Mn 0.4 Cu 0.03 1.6 0.35 (110 ° C) -8.6 50 ... 150 Ti-Mn-V TiMn 1.43 V 0.43 2.0 0.61 (40 ° C) -6.9 -20 ... 60 Ti-Zr-Mn-V-Fe Ti 0.8 Zr 0.2 Nn 1.42 V 0.52 Fe 0.09 1.8 0.20 (45 ° C) -7.5 40 ... 160 Ca-Mn-Ni-Al Ca 0.85 Mn 0.15 Ni 4.85 Al 0.15 1.5 0.18 (50 ° C) -7.8 20 ... 60 Mn-Ca-Ni-Al Mn 0.7 Ca 0 . 3 Ni 4.7 Al 0 . 3 1.5 0.40 (-40 ° C) -6.5 -40 ... 40 Ti-Cr-V Ti 20 Cr 30 V 50 2.4 0.04 (20 ° C) -10.0 0 ... 80 Ti-Cr-V-Fe Ti 27.8 Cr 4.22 V 25 Fe 5 2.2 0.29 (-10 ° C) -9.6 -10 ... 80

1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1212
Membran-Elektroden-Einheit (MEA)Membrane-electrode assembly (MEA)
1414
Membranmembrane
1616
Elektrode(Kathode)Electrode (cathode)
1818
Elektrode (Anode)electrode (Anode)
2020
Bipolarplattebipolar
2222
Blindzelledummy cell
2424
WasserstoffzuleitungenHydrogen supply lines
2626
WasserstoffableitungenHydrogen derivatives
2828
Luftzuleitungenair lines
3030
Luftableitungenair derivatives
3232
Endplatteendplate

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Claims (9)

Brennstoffzellenstapel (10) umfassend (a) eine Mehrzahl gestapelt angeordneter Einzelzellen, die jeweils eine Membran-Elektroden-Einheit (12) mit einer protonenleitfähigen Membran (14) und zwei beidseitig an die Membran (14) anschließenden Elektroden (16, 18), von denen eine als Kathode (16) und die andere als Anode (18) geschaltet ist, aufweisen sowie an die Membran-Elektroden-Einheit (12) anschließende Bipolarplatten (20), (b) zumindest eine Blindzelle (22), die zwischen den Einzelzellen und/oder endständig an dem Stapel der Einzelzellen angeordnet ist und die zumindest ein hydrierbares Material aufweist, das geeignet ist, temperatur- und/oder druckabhängig in einer reversiblen exothermen Hydrierungsreaktion Wasserstoff unter Bildung eines Hydrides zu binden, und (c) ein Wasserstofftransportsystem (24, 26) zur Zuführung von Wasserstoff zu den Anoden (18) der Membran-Elektroden-Einheiten (14) und zu der zumindest einen Blindzelle (22) und zur Abführung von Restwasserstoff aus diesen, das als gemeinsames Versorgungssystem ausgestaltet ist oder als ein unabhängig für die Membran-Elektroden-Einheiten (14) und die zumindest eine Blindzelle (22) betreibbares Versorgungssystem.Fuel cell stack ( 10 ) comprising (a) a plurality of stacked single cells, each comprising a membrane-electrode assembly ( 12 ) with a proton-conductive membrane ( 14 ) and two on both sides of the membrane ( 14 ) subsequent electrodes ( 16 . 18 ), one of which as a cathode ( 16 ) and the other as anode ( 18 ), and to the membrane-electrode unit ( 12 ) subsequent bipolar plates ( 20 ), (b) at least one dummy cell ( 22 ), which is arranged between the individual cells and / or terminally on the stack of the individual cells and which has at least one hydrogenatable material which is suitable for binding temperature and / or pressure in a reversible exothermic hydrogenation reaction hydrogen to form a hydride, and ( c) a hydrogen transport system ( 24 . 26 ) for supplying hydrogen to the anodes ( 18 ) of the membrane-electrode assemblies ( 14 ) and to the at least one dummy cell ( 22 ) and for removal of residual hydrogen therefrom, which is designed as a common supply system or as an independent for the membrane-electrode units ( 14 ) and the at least one dummy cell ( 22 ) operable supply system. Brennstoffzellenstapel (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstofftransportsystem (24, 26) Wasserstoffzuleitungen (24) zur Zuleitung von Wasserstoff zu den Bipolarplatten (20) und Wasserstoffableitungen (26) zur Ableitung von Restwasserstoff aus diesen umfasst.Fuel cell stack ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the hydrogen transport system ( 24 . 26 ) Hydrogen feed lines ( 24 ) for supplying hydrogen to the bipolar plates ( 20 ) and hydrogen derivatives ( 26 ) for the removal of residual hydrogen from these. Brennstoffzellenstapel (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Bipolarplatten (20) und/oder die Wasserstoffzuleitungen (24) und/oder die Wasserstoffableitungen (26) ebenfalls zumindest ein hydrierbares Material aufweisen.Fuel cell stack ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the bipolar plates ( 20 ) and / or the hydrogen supply lines ( 24 ) and / or the hydrogen derivatives ( 26 ) also have at least one hydrogenatable material. Brennstoffzellenstapel (12) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine hydrierbare Material in Form einer Beschichtung und/oder in Form von Materialeinschlüssen der zumindest einen Blindzelle (22) und/oder des Wasserstofftransportsystems vorliegt oder diese Teile zumindest abschnittsweise aus dem zumindest einen hydrierbaren Material bestehen.Fuel cell stack ( 12 ) according to claim 1 or 3, characterized in that the at least one hydrogenatable material in the form of a coating and / or in the form of material inclusions of the at least one dummy cell ( 22 ) and / or the hydrogen transport system or these parts consist at least in sections of the at least one hydrogenatable material. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blindzellen (22) in regelmäßigen Abständen oder unregelmäßig über den Brennstoffzellenstapel (10) verteilt vorliegen.Fuel cell stack ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the dummy cells ( 22 ) at regular intervals or irregularly over the fuel cell stack ( 10 ). Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine hydrierbare Material ein zur Tieftemperaturhydridbildung fähiges Metall oder eine Metalllegierung ist, das insbesondere ein Metall ausgewählt aus der Gruppe Ti, Fe, Cr und Zr enthält und optional Ca, Mg, Cu, Ni und/oder Mn.Fuel cell stack ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one hydrogenatable material is a metal capable of forming low-temperature hydride or a metal alloy which contains in particular a metal selected from the group consisting of Ti, Fe, Cr and Zr and optionally Ca, Mg, Cu, Ni and / or Mn. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrierbare Material zwei oder mehr hydrierbare Materialien umfasst, deren Absorptionstemperaturbereiche sich kaskadenartig überschneiden, so dass sie zusammen einen Gesamtabsorptionstemperaturbereich bilden.Fuel cell stack ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogenatable material comprises two or more hydrogenatable materials whose absorption temperature ranges overlap in a cascade, so that together they form a Gesamtabsorptionstemperaturbereich. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine hydrierbare Material oder im Falle mehrerer hydrierbarer Materialien zumindest eines der Materialien so gewählt ist, dass sein Absorptionstemperaturbereich bei höchstens –10°C, insbesondere bei höchstens –20°C, vorzugsweise bei höchstens –30°C beginnt.Fuel cell stack ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one hydrogenatable material or in the case of several hydrogenatable materials at least one of the materials is chosen so that its absorption temperature range at -10 ° C, especially at -20 ° C, preferably at at most -30 ° C begins. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionstemperaturbereiche der hydrierbaren Materialien zusammen einen Gesamtabsorptionstemperaturbereich abdecken, der zumindest annähernd bis zu einer unteren Betriebstemperatur der Membran-Elektroden-Einheiten (12) reicht, insbesonde re bis 10 K unterhalb der unteren Betriebstemperatur, vorzugsweise bis 5 K unterhalb der unteren Betriebstemperatur.Fuel cell stack ( 10 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the absorption temperature ranges of the hydrogenatable materials together cover a Gesamtabsorptionstemperaturbereich which at least approximately up to a lower operating temperature of the membrane-electrode units ( 12 ) ranges, insbesonde re to 10 K below the lower operating temperature, preferably to 5 K below the lower operating temperature.
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