DE10224783A1

DE10224783A1 - Waveguide fuel cell element with conductor arrangement and method for manufacturing

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Publication number: DE10224783A1
Application number: DE10224783A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Felix Herman Hoehberger
Original assignee: Hohberger Ulrich Felix Hermann Dipl-Ing
Current assignee: Hohberger Ulrich Felix Hermann Dipl-Ing
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-08
Also published as: WO2003103079A3; AU2003245851A1; DE10393304D2; AU2003245851A8; WO2003103079A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hohlleiter-Brennstoffzellenelement (1) mit einem innenseitigen Lumen (2), einer Innenelektrode (3), einer Außenelektrode (5) und zwischen Innenelektrode (3) und Außenelektrode (5) einer katalytischen, zumindest Protonen durchlassenden Schicht (4).
Um einen ausreichenden Elektronentransport in das Brennstoffzellenelement hinein bzw. aus diesem heraus zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass innerhalb der Innenelektrode (3) und/oder der Außenelektrode (5) und/oder diesen direkt benachbart Leiter (10, 12, 13) anzuordnen, die speziell zum Hin- bzw. Abtransport zu bzw. von Elektrodenbereichen der Innenelektrode (3) bzw. der Außenelektrode (5) ausgelegt sind.The invention relates to a waveguide fuel cell element (1) with an inside lumen (2), an inside electrode (3), an outside electrode (5) and between the inside electrode (3) and outside electrode (5) of a catalytic layer that at least proton transmits ( 4).
In order to enable sufficient transport of electrons into and out of the fuel cell element, it is proposed that conductors (10, 12, 13) be arranged directly inside the inner electrode (3) and / or the outer electrode (5) and / or which are specially designed for transport to and from the electrode areas of the inner electrode (3) or the outer electrode (5).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hohlleiter-Brennstoffzellenelement mit einer Leiteranordnung gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1, 2 bzw. auf Verfahren und ein Mehrschichtmaterial zum Herstellen eines solches Hohlleiter-Brennstoffzellenelementes.The invention relates to a Waveguide fuel cell element with a conductor arrangement according to the generic terms Features of claim 1, 2 or on methods and a multi-layer material for producing such a waveguide fuel cell element.

Brennstoffzellen werden dazu verwendet, mit Hilfe von Katalysatoren oder katalytisch wirkenden Elektroden chemische Energie aus Brennstoffen wie z. B. Wasserstoff, Erdgas oder Methanol direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Man unterscheidet u. a. Niedertemperatur- und Hochtemperaturbrennstoffzellen. Ein Brennstoffzellentyp sind sogenannte planare Brennstoffzellen, welche parallel zueinander angeordnet eine plattenförmige protonenaustauschende Membran, Elektroden und andere Schichten aufweisen. Bekannt sind auch tubuläre Brennstoffzellensysteme, bei denen die protonenaustauschende Membran röhrchen- bis hin zu hohlfaserförmig ausgebildet wird und außenseitig z. B. mit einer Elektrolytschicht beschichtet und mit Draht eng umwickelt wird. Anstelle der Verwendung von gewickeltem Draht ist auch der Einsatz eines aus Metall oder Kohlenfasern geflochtenen Gewebes bekannt. Derartige Bauweisen ermöglichen jedoch nur äußerst begrenzt eine Miniaturisierung der Brennstoffzellen bzw. der Fasern für solche Brennstoffzellen.Fuel cells are used with With the help of catalytic converters or chemical electrodes Energy from fuels such as B. Hydrogen, natural gas or methanol directly into electrical energy convert. One differentiates u. a. Low temperature and high temperature fuel cells. A type of fuel cell are so-called planar fuel cells, which are parallel to each other arranged a plate-shaped proton exchange membrane, electrodes and other layers. Tubular fuel cell systems are also known, in which the proton-exchanging membrane is tubular to hollow-fiber-shaped will and outside z. B. coated with an electrolyte layer and wrapped tightly with wire. Instead of using wrapped Wire is also the use of a braid made of metal or carbon fiber Tissue known. Such designs, however, allow only extremely limited a miniaturization of the fuel cells or the fibers for such Fuel cells.

Problematisch bei im Verhältnis zum Durchmesser lang dimensionierten Brennstoffzellen ist die Abführung von erzeugtem Strom über entsprechend geeignete Leiter. Die Elektroden selber sind dazu entsprechend den Bedingungen des Ohm'schen Gesetzes nicht geeignet.Problematic in relation to Diameter long fuel cells is the discharge of generated electricity over appropriately suitable ladder. The electrodes themselves are corresponding the conditions of Ohm's Not suitable by law.

Aus DE 198 38 089 A1 ist es bekannt, tubuläre Brennstoffzellen als Wendel- oder Spiralrohr-Halme aus Feststoffelektrolyt-Bipol-Folien zu wickeln. Ferner wird darin vorgeschlagen, einen Elektrolyt-Halm zusammen mit einer Elektrodenausformung aus einem Feststoffelektrolyt-Granulat zu extrudieren. Nach dem Ausformen werden diese Halme gebrannt, um sie nachfolgend als Membranen und Membranträger zu benutzen. Als Halmdurchmesser wird dabei ein Bereich von 0,28 bis 10,0 mm angegeben. Wie Halme mit einem Außendurchmesser von weniger als einigen Millimetern tatsächlich hergestellt werden können, bleibt jedoch offen. Wie innerhalb des Halm-Lumens und im Umfangsbereich des Halmes Elektroden zur Ausbildung von Anode und Kathode und zudem zum Elektronentransport auszubilden sind, bleibt ebenfalls offen.Out DE 198 38 089 A1 it is known to wind tubular fuel cells as spiral or spiral tube blades from solid electrolyte bipole films. Furthermore, it is proposed to extrude an electrolyte straw together with an electrode formation from a solid electrolyte granulate. After shaping, these stalks are burned so that they can subsequently be used as membranes and membrane supports. A range of 0.28 to 10.0 mm is specified as the blade diameter. However, how straws with an outer diameter of less than a few millimeters can actually be produced remains open. How electrodes are to be formed within the straw lumen and in the circumferential area of the straw for forming the anode and cathode and also for electron transport is also left open.

Aus DE 198 60 056 sind Mikrohohlfaser-Brennstoffzellen bekannt, bei denen eine Hohlfaser mittels einer Spinnvorrichtung hergestellt wird, wobei im Bereich von Düsenöffnungen der Spinnvorrichtung erzeugte Teilströme mittig durch Kerne oder durch Einrichtungen zum Einblasen eines Gases geteilt werden. Die erzeugte Hohlfaser wird wiederum gebrannt. Durch den Brennvorgang bei derartigen Hohlfasern sind diese selbst stützend ausgebildet, so dass ein Lumen erhalten bleibt, durch welches der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff hindurch geleitet werden kann.Out DE 198 60 056 Micro hollow fiber fuel cells are known in which a hollow fiber is produced by means of a spinning device, partial streams generated in the region of nozzle openings of the spinning device being divided in the middle by cores or by means for blowing in a gas. The hollow fiber produced is burned again. The burning process in the case of such hollow fibers makes them self-supporting so that a lumen is retained through which the fuel, in particular hydrogen, can be passed.

Elektroden für tubuläre Brennstoffzellen sind beispielsweise aus DE 199 09 930 A1 bekannt. Dort werden Elektroden vorgeschlagen, die aus einem Geflecht aus Elektronen leitendem Material bestehen. Dabei wird für das Lumen ein Innendurchmesser von 0,2 bis 3 mm avisiert. Aus der WO 00/54358 ist zusätzlich bekannt, auch in das Lumen zusätzlich zu dem innenseitigen Geflecht und in elektrisch leitend anliegendem Kontakt zu diesem zentral und längs hindurchführende Drähte einzubringen, um die Stromabfuhr zu verbessern und die Stabilität des Hohlleiter- Brennstoffzellenelements zu erhöhen. Die Drähte reduzieren nachteilhafterweise den Durchtrittsquerschnitt für den Brennstofftransport. Außerdem können die Drähte bei nicht ganz geradlinigem Verlauf den Brennstofffluss zusätzlich behindern.Electrodes for tubular fuel cells are made of, for example DE 199 09 930 A1 known. There electrodes are proposed which consist of a network of electronically conductive material. An internal diameter of 0.2 to 3 mm is advised for the lumen. From the WO 00/54358 is also known to introduce in the lumen in addition to the inner braid and in electrically conductive contact with this centrally and longitudinally passing wires to improve power dissipation and increase the stability of the waveguide fuel cell element. The wires disadvantageously reduce the passage cross section for the fuel transport. In addition, the wires can also obstruct the flow of fuel if the course is not completely straight.

Aus WO 97/47052 ist ein Verfahren zum Herstellen von tubulären Brennstoffzellen bekannt, bei denen eine Kohlenstoffstange nach dem Auftragen einer Katalysatorbeschichtung mittels Sputtern zum Ausbilden einer Anode mit einer elektrisch leitfähigen Faser umwickelt wird. Diese Faser bzw. ein entsprechender Draht dienen zum Transport von Elektroden. Aus US 5,458,989 ist es bekannt, eine Anode und eine Kathode direkt aus dicht gewickeltem Draht herzustellen.Out WO 97/47052 A method for producing tubular fuel cells is known in which a carbon rod is coated with an electrically conductive fiber by means of sputtering after the application of a catalyst coating by means of sputtering to form an anode. This fiber or a corresponding wire is used to transport electrodes. Out US 5,458,989 it is known to produce an anode and a cathode directly from tightly wound wire.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine insbesondere tubuläre Brennstoffzelle mit einer verbesserten Leiteranordnung vorzuschlagen.The object of the invention is a tubular one in particular Propose fuel cell with an improved conductor arrangement.

Diese Aufgabe wird durch ein Hohlleiter-Brennstoffzellenelement mit einer Leiteranordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 2, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Hohlleiter-Brennstoffzellenelements gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 12 bzw. 13 bzw. durch ein Mehrschichtmaterial zum Herstellen von Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.This task is accomplished by a waveguide fuel cell element with a conductor arrangement according to the features of claim 1 or 2, a method for producing a such waveguide fuel cell element according to the features of the claim 12 or 13 or by a multilayer material for the production of waveguide fuel cell elements solved with the features of claim 14. Advantageous configurations are subject to Expectations.

Einen im Lumen des Hohlleiter- bzw. Hohlfaser-Brennstoffelementes angeordneten Spiralkörper und/oder eine spiralförmige Druckfeder als Leiteranordnung bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Ein innen anliegender spiralförmiger Leiter bietet für das Hohlleiter-Brennstoffzellenelement eine ausreichende Stützfunktion. Darüber hinaus ist bei den hohen fließenden Strömen auch eine gute Elektronenleitung gewährleistet, welche durch die Anodenschicht bzw. Kathodenschicht selber, welche mit der Spirale in Kontakt steht, nicht gewährleistet werden kann. Außerdem kann durch den Innenraum der Spirale hindurch und an die Anode heran der Brennstoff, z. B. Wasserstoffgas problemlos hindurchgeführt werden. Ein spiralförmiger Leiter liegt besser an der das Lumen umgebenden Elektrode, das heißt Anode oder Kathode, an, so dass der elektrische Kontakt besser gewährleistet ist als bei einem längs durch das Lumen führenden festen Leiter mit z. B. gefräster Oberfläche. Außerdem behindert ein spiralförmiger Leiter durch das enge Anliegen an der Elektrode und einen entsprechend freien Lumenkanal weniger den hindurchströmenden Brennstoff als längs durch das Lumen führende feste Leiter. Der Einsatz von spiralförmigen Leitern im Lumen eines Hohlleiters bzw. einer Hohlfaser einer solchen Brennstoffzelle dürfte insbesondere bei der Verwendung von Brennstoffzellen mit einem Gesamtdurchmesser von 0,3 bis 5 Millimetern vorteilhaft sein, um einerseits stützenden Halt für das Hohlleiter-Brennstoffzellenelement zu bieten und anderseits eine gute Stromleitung zu ermöglichen. Außerdem wird der Zutritt für den Brennstoff ausreichend sicher gestellt.A spiral body arranged in the lumen of the hollow conductor or hollow fiber fuel element and / or a spiral compression spring as a conductor arrangement offers a multitude of advantages. An internal spiral conductor provides an adequate support function for the waveguide fuel cell element. In addition, the high flowing currents also ensure good electron conduction, which cannot be guaranteed by the anode layer or cathode layer itself, which is in contact with the spiral. Au In addition, through the interior of the spiral and up to the anode, the fuel, e.g. B. hydrogen gas can be passed easily. A spiral-shaped conductor lies better against the electrode surrounding the lumen, that is to say an anode or cathode, so that the electrical contact is better guaranteed than in the case of a fixed conductor with z. B. milled surface. In addition, a spiral-shaped conductor, due to the close contact with the electrode and a correspondingly free lumen channel, is less of a hindrance to the fuel flowing through than a solid conductor running longitudinally through the lumen. The use of spiral conductors in the lumen of a waveguide or a hollow fiber of such a fuel cell should be particularly advantageous when using fuel cells with a total diameter of 0.3 to 5 millimeters, on the one hand to provide support for the waveguide fuel cell element and on the other hand one to allow good power line. Access to the fuel is also sufficiently ensured.

Vorteilhaft mit eigenständigem erfinderischen Gehalt ist insbesondere auch das Einbringen von Leitern in die Elektrodenschicht, das heißt in die Anode bzw. die Kathode selbst. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Anode bzw. die Kathode mit Blick auf das Material oder die Dimensionierung zwar zum Aufnehmen bzw. Abgeben von Elektronen geeignet ist, jedoch weniger für den Transport größerer Elektrodenmengen über die Länge des Brennstoffzellenelements. Derartige im wesentlichen längs, d. h. insbesondere geradlinig durch die Anode und die Kathode führende Leiter können optional auch spiralförmig verlaufen, wodurch eine weiter verbesserte Formstabilität geboten wird. Der Einsatz von Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen mit einem Leiter- bzw. Materialdurchmesser von 0,005–0,03 ist insbesondere für Hohlleiter-Brennstoffzellenelemente mit einem Gesamtdurchmesser von weniger als 1,0 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm sehr sinnvoll, insbesondere bei einer Ausbildung als Hohlfaser. Dies ermöglicht einen guten Elektronentransport auch in Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen mit einem sehr geringen Lumendurchmesser, welcher durch das Einbringen einer eigenständigen Elektrode in Form eines Geflechts oder einer Spirale als Leiter für einen ausreichenden Transport des Brennstoffs zu gering wäre.Advantageous with independent inventive The content is in particular the introduction of conductors into the electrode layer, this means into the anode or the cathode itself. This is particularly advantageous if the anode or cathode is facing the material or the dimensioning for receiving or releasing electrons is suitable, but less suitable for the transport of larger quantities of electrodes via the Length of Fuel cell element. Such essentially longitudinal, i.e. H. in particular, conductors leading straight through the anode and the cathode can optionally also spiral run, which provides a further improved dimensional stability becomes. The use of waveguide fuel cell elements with one Conductor or material diameter of 0.005-0.03 is particularly for waveguide fuel cell elements with a total diameter of less than 1.0 mm, especially less than 0.5 mm very sensible, especially when training as a hollow fiber. This allows good electron transport even in waveguide fuel cell elements with a very small lumen diameter, which is due to the insertion an independent Electrode in the form of a mesh or a spiral as a conductor for one sufficient transportation of the fuel would be too low.

In Übergangsbereichen unterschiedlicher Hohlleiter-Brennstoffzellen-Dimensionen bietet sich in sehr vorteilhafter Ausgestaltung auch eine Kombination von Leitern innerhalb der Anode bzw. Kathode und zusätzlich einem oder mehreren spiralförmigen Leitern innerhalb des Lumen eines Hohlleiter-Brennstoffzellenelementes an.In transition areas of different waveguide fuel cell dimensions In a very advantageous embodiment, there is also a combination of conductors within the anode or cathode and an additional one or more spiral conductors within the lumen of a waveguide fuel cell element.

Zur Erhöhung der Stabilität kann bei längs gerichteten Leitern innerhalb des Anoden- bzw. Kathodenmaterials der Brennstoff auch mit erhöhtem Druck durch das Lumen geführt werden, um das Lumen bzw. den gesamten Hohlleiter offen halten bzw. aufblähen.To increase the stability can longitudinal Conductors within the anode or cathode material of the fuel even with increased pressure led through the lumen to keep the lumen or the entire waveguide open or inflate.

Als Materialien für die Leiter wird vorteilhafterweise ein möglichst gut leitendes Material verwendet.As materials for the ladder is advantageous one if possible good conductive material used.

Vorteilhafte Herstellungsverfahren für derartige Hohlleiter-Brennstoffzellenelemente sind insbesondere das Einbringen solcher Leiter beim Extrudieren von Hohlleiterzellen bzw. beim Spinnen von Hohlfasern bzw. das Einbringen solcher Leiter beim Wickeln eines solchen Hohlleiters.Advantageous manufacturing processes for such Waveguide fuel cell elements are in particular the introduction of such conductors during extrusion of waveguide cells or when spinning hollow fibers or the introduction such a conductor when winding such a waveguide.

Zur besseren Zu- bzw. Abführung von Elektronen aus dem Anoden- bzw. Kathodenmaterial zu den darin eingebrachten längs führenden Leitern oder den spiralförmig verlaufenden Leitern können zusätzliche Leiter im wesentlichen quer zu diesen Leitern durch das Anoden- bzw. Kathodenmaterial geführt werden. Diese zusätzlichen Leiter können auch mehrere benachbart längs führende Leiter verbinden, also eine Art Gitterstruktur ausbilden. Die quer geführten Leiter haben eine Sammelfunktion für Elektronen aus dem benachbarten Elektrodenbereich und können daher mit Blick auf deren Querschnitt deutlich dünner ausgeführt sein, als die längs führenden Leiter, welche den Hauptelektronentransport übernehmen.For better supply and discharge of Electrons from the anode or cathode material to the introduced therein leading along Ladders or the spiral trending ladders can be additional Conductors essentially across these conductors through the anode or cathode material become. These additional Leaders can too several adjacent along premier Connect conductors, i.e. form a kind of lattice structure. The across out Conductors have a collecting function for electrons from the neighboring one Electrode area and can Therefore, with a view to their cross section, they should be significantly thinner than the leading ones Conductors, which take over the main electron transport.

Zwischenräume bzw. Abstände zwischen einzelnen dieser Leiter oder auch den Wendeln der spiralförmigen Leiter im Innenraum des Lumen ermöglichen einen guten Durchtritt der Protonen zur Membran. In vorteilhafter Weise wird einerseits die für den Elektronentransport zugängliche Oberfläche der Leiter vergrößert und anderseits der Zugang dieses Brennstoffs zur Katalysatorschicht sicher gestellt. Die erforderliche Porosität des Elektronen leitenden Kerns der Brennstoffzelle für den Durchtritt der Edukte in die Katalysatorschicht und an die Membran im Inneren des Brennstoffzellentubus ist sichergestellt.Spaces or distances between individuals this conductor or the spirals of the spiral conductor in the interior of the lumen a good passage of the protons to the membrane. In advantageous On the one hand, the way for electron transport accessible Surface of the Head enlarged and on the other hand, the access of this fuel to the catalyst layer made sure. The required porosity of the electron-conducting core the fuel cell for the passage of the starting materials into the catalyst layer and onto the membrane inside the fuel cell tube is ensured.

Während die Verwendung von vorzugsweise längs durch die Anode bzw. durch die Kathode führenden Leitern den elektrischen Widerstand des gesamten Verbundes reduziert und damit verbessert, ist eine Kontaktierung dieser Leiter mit einer innerhalb des Lumen bzw. außerhalb der Anordnung angeordneten spiralförmigen Feder als weiterem Leiter besonders vorteilhaft, wenn diese verschiedenen Leiter miteinander in Kontakt stehen. Über vorzugsweise gering dimensionierte längs gerichtete Leiter innerhalb der Schichten kann dann an den Kontaktpunkten ein Elektronenübergang zu den spiralförmigen Leitern erfolgen, welche einen größeren Durchmesser als die längs gerichteten Leiter aufweisen können und somit einen weiter verbesserten Elektronentransport ermöglichen. Letztendlich wird somit die elektrische Kontaktierung innerhalb der Katalysatorschicht und die Ausleitung durch einen geringeren Leiterwiderstand intensiviert.While the use of preferably lengthways through the anode or through leading the cathode Conductors reduced the electrical resistance of the entire network and thus improved, is contacting this conductor with a inside the lumen or outside the arrangement arranged spiral spring especially as a further conductor advantageous when these different conductors are in contact with each other stand. about preferably small dimensioned longitudinal conductors within the layers can then undergo an electron transition at the contact points to the spiral Conductors are made which have a larger diameter than the longitudinal ones May have conductors and thus enable a further improved electron transport. Ultimately, the electrical contact is within the catalyst layer and the rejection through a lower conductor resistance intensified.

Bei Brennstoffzellen aus Hohlleitern bzw. Hohlfasern mit Durchmessern unter einem Millimeter bis hin zu 0,05 mm oder weniger ist eine kombinierte Verwendung von im wesentlichen längs durch die Schichten hindurchführenden Leitern und einem zusätzlich in dem Lumen befindlichen spiralförmigen Leiter möglich. Mit Blick auf ein freies Lumen zum Stofftransport und die in derartig gering dimensionierten Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen nur im geringen Maße auftretenden Ströme ist die Kombination jedoch weniger erforderlich. In solchen Fällen sind die längs durch die Schichten, dass heißt durch die Anode bzw. Kathode führenden Leiter bei Verwendung eines hoch leitfähigen Materials zumeist ausreichend.In the case of fuel cells made of hollow conductors or hollow fibers with diameters of less than one millimeter down to 0.05 mm or less, a combined one is It is possible to use conductors which run essentially longitudinally through the layers and an additional spiral conductor located in the lumen. However, the combination is less necessary with a view to a free lumen for mass transport and the currents which occur in such a small dimension in waveguide fuel cell elements. In such cases, the conductors running lengthways through the layers, that is to say through the anode or cathode, are usually sufficient when using a highly conductive material.

Die Herstellung eines tubulären Verbundes, dass heißt eines Hohlleiter-Brennstoffzellenelementes mit den innen liegenden spiralförmigen Leitern und den im wesentlichen in Längsrichtung in die Schichten eingebrachten Leitern kann kontinuierlich auf für sich aus der Kunststoffindustrie bekannten Extrusions- oder Spinnanlagen durchgeführt werden. Dabei können als Leiter stabförmig angeordnete Drähte leicht in die Elektrodenschichten mit eingearbeitet werden. Auch eine Spiralfeder bzw. ein spiralförmig gewickelter Leiter kann während des Spritz- oder Spinnvorganges in das Lumen des entstehenden Hohlleiters bzw. des entstehenden Schlauches eingeführt werden.The manufacture of a tubular composite that is called a waveguide fuel cell element with the inside spiral Conductors and essentially in the longitudinal direction in the layers The conductors that are brought in can be continuously brought up from the plastics industry known extrusion or spinning plants are carried out. Here can be as Ladder-shaped arranged wires can be easily incorporated into the electrode layers. Also a spiral spring or a spiral wound conductor can while the spraying or spinning process into the lumen of the resulting waveguide or the resulting hose.

Neben den sehr gut leitfähigen Leitern wird unter einem Elektronen leitenden Material auch mit Blick auf die Elektroden ein zur Leitung von Elektronen befähigtes Material verstanden, aus welchem die Anode bzw. die Kathode hergestellt werden. Diese Materialien können zugleich auch als Stützgewebe für das Hohlleiter-Brennstoffzellenelement bzw. den Gesamtverbund dienen und in bevorzugter Ausführungsform katalytische Eigenschaften aufweisen.In addition to the highly conductive conductors is also under an electron conducting material the electrodes are a material capable of conducting electrons understood from which the anode or the cathode are made. These materials can also as a support fabric for the waveguide fuel cell element or serve the overall network and in a preferred embodiment have catalytic properties.

Die Leiter können vorteilhafterweise wahlweise gerade oder wendelförmig durch die Schichten hindurchgeführt werden. In bevorzugter Ausführungsform kann ein Hohlleiter-Brennstoffzellenelement auch eine Vielzahl solcher Leiter in den Schichten aufweisen. Bereits Leiter mit einem Durchmesser von 0,005 bis 1,5 mm können je nach Durchmesser der Hohlleiter-Brennstoffzelle ausreichend Strom aus dem Hohlleiter ableiten. Große Steigungen bei wendelförmigen Leitern bieten den Vorteil von großen Zwischenräumen zwischen benachbarten Leiterwänden, so dass ein guter Durchtritt von Protonen und dem Brennstoff ermöglicht wird. Eine geringe Steigung bietet hingegen eine große Oberfläche des Leiters gegenüber dem umgebenen Anoden- bzw. Kathodenmaterial, so dass ein guter Elektronenübergang zwischen Leiter und dem Elektrodenmaterial gewährleistet wird. Je nach Dimensionierung der Brennstoffzelle ist ein entsprechend geeignetes Verhältnis zu wählen.The conductors can advantageously be optional straight or helical passed through the layers become. In a preferred embodiment can be a waveguide fuel cell element also have a large number of such conductors in the layers. Already Conductors with a diameter of 0.005 to 1.5 mm can sufficient current depending on the diameter of the waveguide fuel cell derive from the waveguide. Large slopes with helical conductors offer the advantage of large gaps between neighboring conductor walls, so that a good passage of protons and the fuel is made possible. A small slope, on the other hand, offers a large surface of the conductor compared to that surrounding anode or cathode material, so that a good electron transfer between the conductor and the electrode material is guaranteed. Depending on the dimensioning the fuel cell has an appropriate ratio to choose.

Neben dem Einsatz eines einzelnen spiralförmigen Leiters im Innenraum des Lumen ist auch der Einsatz mehrerer solcher spiralförmiger Leiter vorteilhaft, da diese zum Transport der gleichen Strommenge einen jeweils einzeln betrachtet geringeren Durchmesser benötigen, als ein einzelner Leiter. Dadurch wird der freie Innenraum des Lumen, durch den der Brennstoff strömt, größer, so dass der Widerstand beim Hindurchführen des Brennstoffs verringert wird. Je nach erforderlicher Dimensionierung des Lumen erscheinen gemäß erster Betrachtungen Leiter bzw. Drähte mit einem Materialdurchmesser von 0,015 bis 2 mm als besonders vorteilhaft. Die Steigung der spiralförmigen Leiter kann vorteilhafterweise wiederum so ausgewählt werden, dass einerseits eine optimale Zuführung der Edukte zu den Schichten und andererseits eine gute Kontaktierung der Elektroden mit den Leitern ermöglicht wird.In addition to using a single spiral The conductor in the interior of the lumen is also the use of several spiral Conductor advantageous because it is used to transport the same amount of electricity need a smaller diameter, considered individually, than a single leader. This will clear the free interior of the lumen that the fuel flows bigger, like that that the resistance when passing the fuel decreases becomes. Depending on the required dimensioning of the lumen appear according to the first Considerations of conductors or wires with a material diameter of 0.015 to 2 mm as particularly advantageous. The slope of the spiral ladder can advantageously be selected so that, on the one hand an optimal feed the educts to the layers and, on the other hand, good contacting of the Allows electrodes with the conductors becomes.

Als Materialien für die Leiter allgemein bieten sich insbesondere einfache Metalldrähte, Edelmetalldrähte, Drähte aus korrosionsfesten Metallen, z. B. Nickel, Platin, Palladium, Titan, Gold oder Silber sowie Leiter aus Legierungen daraus an. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Verbundmaterialien und Kohlefasern sowie beliebigen Mischprodukten daraus.Materials are generally available for the conductors especially simple metal wires, Precious metal wires, wires made of corrosion-resistant metals, e.g. B. nickel, Platinum, palladium, titanium, gold or silver as well as alloy conductors from it. The use of composite materials is particularly advantageous and carbon fibers and any mixed products made from them.

Für die spiralförmigen Leiter ist dabei zusätzlich die Verwendung eines elastischen Materials besonders vorteilhaft, z. B. ein Material für die Fertigung von Metallfederdrähten, Edelmetallfederdrähten oder Federdrähten aus korrosionsfesten Metallen.For the spiral The leader is additional the use of an elastic material is particularly advantageous, z. B. a material for the manufacture of Metal spring wires Precious metal spring wires or spring wires made of corrosion-resistant metals.

Sofern der Einsatz von den Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen unter besonderen Bedingungen erfolgen soll, sind auch spezielle elektrisch leitende Materialien wie Supra- oder Halbleiter denkbar. Neben der Herstellung von linearen Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen sind auch nicht-lineare Formen möglich. Beispielsweise ist bei der Verwendung von U-förmigen Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen der elektrische und der versorgungstechnische Anschluss besonders einfach realisierbar. Bei nach der eigentlichen Hohlleiterherstellung im Fall von keramischen Material noch zu brennenden Hohlleitern kann die entsprechende Formung vor dem Sinter- bzw. Brennvorgang vorgenommen werden.If the use of the waveguide fuel cell elements to be done under special conditions are also special electrically conductive materials such as super or semiconductors are conceivable. In addition to the production of linear waveguide fuel cell elements non-linear shapes are also possible. For example, when using U-shaped waveguide fuel cell elements the electrical and the supply connection in particular easy to implement. At after the actual waveguide production in the case of ceramic material, waveguides still to be burned the appropriate shaping before the sintering or firing process be made.

Insbesondere ist es möglich, eine Vielzahl von mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordneten und/oder tubulär gewebten Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen oder Verbünden daraus in einem Modul zusammenzufassen, was einen effizienten Einsatz bei kleiner Dimensionierung als Brennstoffzelle oder Ionentauschermembran ermöglicht. Die bei bisher üblichen plattenweisen Anordnungen der Membranen notwendige aufwendige Strömungsführung und komplizierte Kompartimentierung entfällt weitgehend. Eine Vielzahl derartiger Module kann wiederum in einem Rahmen zusammengefasst werden, um einen weiter vereinfachten modularen Aufbau einer Brennstoffzelle zu ermöglichen. Derartige Rahmen können vorzugsweise aus Kunststoff oder korrosionsbeständigem Metall hergestellt werden.In particular, it is possible to Variety of with their long axes parallel and / or tubular woven waveguide fuel cell elements or alliances summarize from it in a module, what an efficient use with small dimensions as a fuel cell or ion exchange membrane allows. The usual with so far plate-like arrangements of the membranes necessary and complex flow control complicated compartmentalization is largely eliminated. A variety Such modules can in turn be summarized in a frame to a further simplified modular structure of a fuel cell to enable. such Can frame preferably be made of plastic or corrosion-resistant metal.

Vorteilhaft ist ein Einsatz insbesondere bei sowohl Niedertemperatur-Polymer-Brennstoffzellen (PEM) als auch bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen (z. B. keramischen SOFC), Methylalkohol-Brennstoffzellen und Brennstoffzellen aus biologischem Material.It is particularly advantageous to use both low-temperature polymer fuel cells (PEM) and high-temperature fuel cells (e.g. ceramic SOFC), methyl alcohol fuel cells and fuel cells made of biological material.

Abgesehen von der Verwendung einer derartigen Hohlleiter-Anordnung als Brennstoffzellenelement ist ein solcher tubulärer Verbund auch als Sauerstoff-, Wasserstoff-, Kohlenmonoxid- oder Methan-Sensor verwendbar.Aside from using one such waveguide arrangement such a tubular composite is a fuel cell element also as an oxygen, hydrogen, carbon monoxide or methane sensor usable.

Unterschieden wird hier zur Veranschaulichung der verschiedenen Einzelbestandteile zwischen dem Hohlleiter-Brennstoffzellenelement als ganzes Bauelement und den Leitern als Bestandteilen davon, wobei die Leiter zum Leiten von Strom dienen. Ferner soll unter dem Begriff Hohlleiter als Unterform auch eine Hohlfaser verstanden werden, soweit es sich um ein geflochtenes bzw. textil gefertigtes Material handelt.A distinction is made here for illustration of the various individual components between the waveguide fuel cell element as a whole component and the conductors as components thereof, whereby the conductors are used to conduct electricity. Furthermore, the term Waveguide can also be understood as a subform a hollow fiber, as far as it is a braided or textile-made material is.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments are described below the drawings closer explained. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise zerlegten Hohlleiter-Brennstoffzellenelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; 1 a perspective view of a partially disassembled waveguide fuel cell element according to a first embodiment;

2 ein Hohleiter-Brennstoffzellenelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und 2 a semiconductor fuel cell element according to a second embodiment and

3 einen stirnseitigen Schnitt durch ein Hohlleiter-Brennstoffzellenelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 3 an end section through a waveguide fuel cell element according to a third embodiment.

Wie dies aus 1 ersichtlich ist, weist ein Brennstoffzellen-Hohleiter 1 einen mehrschichtigen Aufbau auf. Dabei wird ein innerer Durchtrittsraum, nachfolgend auch als Lumen 2 bezeichnet, von einer Innenelektrode 3 umgeben. Durch das Lumen 2 strömt ein für Brennstoffzellen geeigneter Brennstoff, z. B. Wasserstoff, Erdgas oder Methanol. Die Innenelektrode 3, die eine Anode oder eine Kathode ausbildet, besteht z. B. aus einem porösen Material, welches einen Durchtritt von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H ermöglicht. Die Innenelektrode 3 ist von einen Elektrolyten 9 umgeben, welcher für den Brennstoff selbst undurchlässig ist, aber den Durchtritt von Protonen ermöglicht. Der Elektrolyt 4 ist wiederum von einer Außenelektrode 5 umgeben, welche entsprechend als Kathode bzw. Anode dient und ebenfalls aus einem porösen Material besteht. Die Außenelektrode 5 ist von einem freien Raum 6 umgeben, welcher als Leiter für ein Reaktant, z. B. zweiwertigem Sauerstoff dient. Üblicherweise befinden sich innerhalb der Innenelektrode 3 und der Außenelektrode 5 metallische Katalysatoren.Like this 1 can be seen, has a fuel cell semiconductor 1 a multilayer structure. This creates an internal passage space, hereinafter also called a lumen 2 designated by an inner electrode 3 surround. Through the lumen 2 flows a fuel suitable for fuel cells, e.g. B. hydrogen, natural gas or methanol. The inner electrode 3 which forms an anode or a cathode consists, for. B. from a porous material which allows passage of the fuel, in particular hydrogen H. The inner electrode 3 is from an electrolyte 9 surrounded, which is impermeable to the fuel itself, but allows the passage of protons. The electrolyte 4 is in turn from an outer electrode 5 surrounded, which serves accordingly as a cathode or anode and also consists of a porous material. The outer electrode 5 is of a free space 6 surrounded, which as a conductor for a reactant, e.g. B. serves divalent oxygen. Usually located inside the inner electrode 3 and the outer electrode 5 metallic catalysts.

In für Brennstoffzellen üblicher Funktionsweise wird das Lumen 2 von einem Brennstoff, z. B. H₂, durchströmt, welcher am Katalysator Wasserstoffionen (H⁺-Ionen) abspaltet. Dessen Protonen wandern zum Elektrolyt 4 und durch diesen hindurch. Die Elektronen werden dabei abgeleitet. Die Wasserstoffprotonen reagieren im Bereich der Außenelektrode 5 oder hinter dieser mit dem zweiten Reaktant, z. B. zweiwertigem Sauerstoff O₂. Bei der Reaktion der Wasserstoffionen mit dem zweiwertigen Sauerstoff entsteht unter Hinzufügung von hinzugeleiteten Elektronen, die aus dem Leiter 10–19 kommen, Wasser, welches durch den freien Raum bzw. Reaktantleiter 6 abgeführt wird.In the mode of operation customary for fuel cells, the lumen 2 from a fuel, e.g. B. H ₂ flows through, which cleaves hydrogen ions (H ⁺ ions) on the catalyst. Its protons migrate to the electrolyte 4 and through it. The electrons are removed. The hydrogen protons react in the area of the outer electrode 5 or behind this with the second reactant, e.g. B. divalent oxygen O ₂ . The reaction of the hydrogen ions with the divalent oxygen results in the addition of electrons from the conductor 10-19 come, water, which through the free space or reactant conductor 6 is dissipated.

Je nachdem, ob der Brennstoff durch das Lumen 2 und das andere Reaktant durch den Raktantleiter 6 geleitet wird oder umgekehrt, werden bei diesem Vorgang über die Innenelektrode 3 Elektronen abgeführt und über die Außenelektrode 6 Elektronen zugeführt bzw. umgekehrt. Die beiden Elektroden 3, 5 haben dann entsprechend die Funktionalität als Kathode bzw. Anode.Depending on whether the fuel is through the lumen 2 and the other reactant through the Raktantleiter 6 is conducted or vice versa, are in this process over the inner electrode 3 Electrons dissipated and through the outer electrode 6 Electrons supplied or vice versa. The two electrodes 3 . 5 then have the functionality as cathode or anode.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Elektroden 3,5 aus einem zu Elektronenaustausch, das heißt zur Elektronenabgabe bzw. zur Elektrodenaufnahme geeignetem Material, z. B. Kohlenstoffgemischen. Jedoch sind die Elektroden 3, 5, insbesondere mit Blick auf ihre große Länge und das Ohm'sche Gesetz bei dem Einsatz in Brennstoffzellen-Hohlleitern 1 nicht ausreichend geeignet, um den Elektronentransport von den Enden aus zum jeweiligen Elektronenaustrittspunkt bzw. Elektroneneintrittspunkt in ausreichendem Maße ermöglichen zu können. Zur Verbesserung der Elektronenleitung sind daher in der Innenelektrode 3 und der Außenelektrode 5 Leiter 10 eingesetzt, welche vorzugsweise längs, das heißt in Längsrichtung des Hohlleiter-Brennstoffzellenelements 1 durch dieses hindurchführen. Diese Leiter 10 bestehen aus einem möglichst leitfähigen Material, um einen relativ zu deren Querschnitt möglichst guten Elektronentransport zu ermöglichen und außerdem nur möglichst wenig Raum innerhalb der Innenelektrode 3 bzw. der Außenelektrode 5 zu beanspruchen. Außerdem bieten sich Vorteile bezüglich Korrosions- und Leitungsaspekten. Um die Kontaktfläche zwischen den Leitern 10 und dem Material der Elektroden 3 bzw. 5 zu vergrößern, können die Leiter 10 auch nicht geradlinig geführt werden. Möglich ist auch der Einsatz von quer zu den Leitern 10 verlaufenden Querstegen 11, welche seitlich von den Leitern 10 abstehen oder benachbarte Leiter 10 miteinander verbinden.In the illustrated embodiment, the electrodes are made 3 . 5 from a material suitable for electron exchange, that is, for electron donation or for electrode pick-up, e.g. B. carbon mixtures. However, the electrodes are 3 . 5 , especially with a view to their long length and Ohm's law when used in fuel cell waveguides 1 not sufficiently suitable to enable the electron transport from the ends to the respective electron exit point or electron entry point to a sufficient extent. To improve the electron conduction are therefore in the inner electrode 3 and the outer electrode 5 ladder 10 used, which preferably along, that is in the longitudinal direction of the waveguide fuel cell element 1 pass through this. This ladder 10 consist of a material that is as conductive as possible in order to enable the best possible electron transport in relation to its cross-section and also only as little space as possible within the inner electrode 3 or the outer electrode 5 to claim. There are also advantages in terms of corrosion and conduction. To the contact area between the conductors 10 and the material of the electrodes 3 respectively. 5 the ladder can enlarge 10 also not be guided in a straight line. It is also possible to use across the conductors 10 trending crossbars 11 which is to the side of the ladders 10 stand out or neighboring ladder 10 connect with each other.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispiel dienen zum verbesserten Elektronentransport außerdem spiralförmige Leiter 12, 13, welche sich innerhalb des Lumen 2 bzw. außerhalb der Außenelektrode 5 in dem freien Raum bzw. Reaktantleiter 6 längs des Hohlleiter-Brennstoffzellenelements 1 erstrecken. Auch diese spiralförmigen Leiter 12, 13 bestehen aus einem möglichst leitfähigen Material. Die relative Größe der Kontaktfläche zwischen den spiralförmigen Leitern 12, 13 und den zu diesen benachbarten Elektroden 3 bzw. 5 sind insbesondere durch die Höhe der Steigung der Spiralwendeln bestimmbar. Vorteilhafterweise besteht insbesondere der innere spiralförmige Leiter 12 aus einem elastischen Material, welches beispielsweise auch für Spiralfedern verwendet wird, so dass dieser innere spiralförmige Leiter 12 nicht nur zur verbesserten Elektronenableitung sondern auch zur Stützung des Hohlleiter-Brennstoffzellenelements 1 dient. Ein spiralförmiger Leiter 12 bzw. 13 bietet insbesondere in diesem Fall vorteilhafte Eigenschaften mit Blick auf die Elastizität des Hohlleiter-Brennstoffzellenelements 1, so dass das Hohlleiter-Brennstoffzellenelement 1 z. B. vor dem Sintern U-förmig oder selber spiralförmig gebogen oder direkt bei der Herstellung gewoben werden kann, ohne dass die Leiter zum Ableiten von Elektronen aufgrund der Dehnung des in Windungsbereichen außenseitigen Materials reißt oder hinsichtlich des Durchmessers aufgrund der Zugspannung zu sehr verjüngt wird.In the illustrated embodiment, spiral conductors are also used for improved electron transport 12 . 13 which are within the lumen 2 or outside the outer electrode 5 in the free space or reactant conductor 6 along the waveguide fuel cell element 1 extend. This spiral ladder too 12 . 13 consist of the most conductive material possible. The relative size of the contact area between the spiral conductors 12 . 13 and the electrodes adjacent to these 3 respectively. 5 can be determined in particular by the height of the slope of the spiral spirals. In particular, the inner spiral conductor is advantageously made 12 made of an elastic material, which is also used for example for spiral springs, so that this inner spiral leader 12 not only for improved electron dissipation but also to support the waveguide fuel cell element 1 serves. A spiral ladder 12 respectively. 13 in this case in particular offers advantageous properties with regard to the elasticity of the waveguide fuel cell element 1 so that the waveguide fuel cell element 1 z. B. prior to sintering U-shaped or even spirally curved or woven directly during manufacture without the conductor for deriving electrons tearing due to the expansion of the outside material in winding areas or being too tapered in terms of diameter due to tensile stress.

Vorteilhafterweise werden Durch-Kontaktierungen 14 in Form von Leitern zwischen den spiralförmigen Leitern 12 bzw. 13 und den benachbarten im wesentlichen längs durch die Elektroden 3 bzw. 5 führenden Leiter 10 ausgebildet. Dies ermöglicht den Einsatz besonders feiner Leiter 10 innerhalb des Elektrodenmaterials der Elektroden 3 bzw. 5 zum Aufnehmen von Elektronen aus deren Umfeld und die überwiegende Ableitung solcher Elektronen durch die spiralförmigen Leiter 12 bzw. 13 aus dem Brennstoffzellen-Hohleiter 1 heraus bzw. den Transport in diesen Brennstoffzellen-Hohleiter 1 hinein.Through contacts are advantageous 14 in the form of conductors between the spiral conductors 12 respectively. 13 and the adjacent one substantially longitudinally through the electrodes 3 respectively. 5 leading leader 10 educated. This enables the use of particularly fine conductors 10 within the electrode material of the electrodes 3 respectively. 5 for taking up electrons from their environment and the predominant derivation of such electrons through the spiral-shaped conductor 12 respectively. 13 from the fuel cell semiconductor 1 out or the transport in this fuel cell semiconductor 1 into it.

Alternative Ausführungsformen ermöglichen beliebige Kombinationen mit nur innerhalb des Elektrodenmaterials führenden diskreten Leitern 10 und/oder nur am Elektrodenmaterial der Elektroden 3, 5 anliegenden Leitern 12 bzw. 13. Möglich ist auch ein teilweises Einbringen der Leiter 10, 12, 13 in den Randbereich des Materials der Elektroden, so dass ein Teil der Leiter 10, 12, 13 innerhalb des Elektrodenmaterials liegt, zumindest ein Teil dieser Leiter 10, 12, 13 aber auch einen freien Kontakt zu dem Lumen 2 bzw. dem äußeren Reaktantenleiter 6 hat oder teilweise in diesem angeordnet ist. Insbesondere sind auch Kombinationen mit Elektroden in für sich bekannter Art und Weise möglich, welche aus feinmaschigen Netzen bzw. Geweben bestehen, aber zum weiten Transport von Elektronen nicht ausreichend dimensioniert sind. In derartige Elektrodenmaterialien sind dann entsprechend Leiter gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einflechtbar bzw. innerhalb oder außerhalb von diesem anordbar. Insbesondere bei sehr gering dimensionierten Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen 1 als Hohlleiter-Brennstoffelementen bestehen die eigentlichen Elektrodenmaterialien jedoch vorzugsweise aus extrudierten Materialien.Alternative embodiments allow any combinations with discrete conductors that only lead within the electrode material 10 and / or only on the electrode material of the electrodes 3 . 5 adjacent ladders 12 or 13. Partial insertion of the ladder is also possible 10 . 12 . 13 in the edge area of the material of the electrodes, so that part of the conductor 10 . 12 . 13 lies within the electrode material, at least part of these conductors 10 . 12 . 13 but also free contact with the lumen 2 or the outer reactant conductor 6 has or is partially arranged in this. In particular, combinations with electrodes in a manner known per se are also possible, which consist of fine-meshed nets or fabrics, but are not sufficiently dimensioned for the wide transport of electrons. Conductors according to the exemplary embodiment described above can then be braided in such electrode materials or arranged inside or outside of them. Especially with very small-dimensioned waveguide fuel cell elements 1 However, as the waveguide fuel elements, the actual electrode materials preferably consist of extruded materials.

Wie dies aus 2 ersichtlich ist, sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel für vorzugsweise sehr gering dimensionierte Hohlfasern als Hohlleiter-Brennstoffzellenelement 1 zum Ableiten der Elektronen nach außen hin nur Leiter 10 im wesentlichen längs durch das Hohlleiter-Brennstoffzellenelement 1* hindurchführend angeordnet. Im wesentlichen besteht dieses Hohleiter-Brennstoffzellenelement 1* von innen nach außen wiederum aus einem zentralen Lumen 2, einer Anode als Innenelektrode 3, einem Katalysator 7, einem Elektrolyt 4, einem weiteren Katalysator 7, einer Kathode als Außenelektrode 5 und dem darum befindlichen freien Raum 6, welcher als Reaktantleiter bzw. zum Abführen des entsprechenden Reaktionsproduktes dient.Like this 2 can be seen, are in the second embodiment for preferably very small hollow fibers as a waveguide fuel cell element 1 only conductors to discharge the electrons to the outside 10 essentially longitudinally through the waveguide fuel cell element 1* arranged leading through. This semiconductor fiber cell element essentially consists 1* from the inside out again from a central lumen 2 , an anode as inner electrode 3 , a catalyst 7 , an electrolyte 4 , another catalyst 7 , a cathode as the outer electrode 5 and the free space around it 6 , which serves as a reactant conductor or for removing the corresponding reaction product.

Das in 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel zeigt eine Ausführungsform mit einem spiralförmigen Leiter 12, welcher innenseitig an der Innenelektrode 3 innerhalb des Lumen 2 verläuft. Zwischen Anode 3 und dem spiralförmigen Leiter 12 ist bei der dargestellten Ausführungsform zusätzlich ein netzförmiger Schlauch aus einem leitenden Material angeordnet, welcher zum regionalen Übertragen von freien Elektronen dient, während der spiralförmige Leiter 12 zum außenseitigen Transport der freien Elektronen dient. Eine solche Ausführungsform mit einem zusätzlichen netzförmigen Schlauch 8 ist insbesondere bei der Herstellung größer dimensionierter Hohleiter 1** vorteilhaft. Die innere Elektrode 3 wird wiederum von einem Elektrolyten 4, welcher beidseitig mit einem Katalysator 7 beschichtet oder einstückig mit der Elektrode ausgebildet ist, und einer Außenelektrode 5 umgeben. Für die Herstellung größer dimensionierter Hohleiter 1** können diese auch in für sich bekannter Art durch Aufwickeln der einzelnen Lagen 3, 4, 5, 8 auf dem zentralen spiralförmigen Leiter 12 angeordnet werden. Zur Befestigung dient in deren Überlappungsbereich ein Kleber oder wie dies dargestellt ist, an deren aneinander anstoßenden Kanten ein entsprechender Kleber 9.This in 3 The third exemplary embodiment shown shows an embodiment with a spiral-shaped conductor 12 , which is on the inside of the inner electrode 3 within the lumen 2 runs. Between anode 3 and the spiral conductor 12 In the illustrated embodiment, a network-shaped tube made of a conductive material is additionally arranged, which is used for the regional transfer of free electrons, while the spiral conductor 12 serves to transport the free electrons to the outside. Such an embodiment with an additional reticulated tube 8th is particularly useful in the manufacture of larger dimensioned semiconductor devices 1** advantageous. The inner electrode 3 is in turn from an electrolyte 4 , which on both sides with a catalyst 7 is coated or formed in one piece with the electrode, and an outer electrode 5 surround. For the production of larger dimensioned semiconductor devices 1** can also do this in a manner known per se by winding up the individual layers 3 . 4 . 5 . 8th on the central spiral ladder 12 to be ordered. An adhesive is used in the overlap area or, as shown, a corresponding adhesive on the abutting edges thereof 9 ,

Gemäß ersten Simulationsrechnungen erscheint der Einsatz der Ausführungsformen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel mit einem zentralen spiralförmigen Leiter 12 und optional zusätzlich längs geführten Leitern 10 insbesondere bei der Verwendung von Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen 1** mit einem Durchmesserbereich von mehr als 1 mm, insbesondere 3 bis 10 mm in Verbindung mit der Netzstruktur und einem Festkern vorteilhaft. Die Verwendung der Ausführungsform gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit nur einem oder mehreren in wesentlichen längs gerichteten Leitern 10 erscheint für Ausführungsformen mit Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen 1* mit einem Durchmesser von weniger oder gleich 0,5 mm, insbesondere 0,3–0,005 mm besonders vorteilhaft. Ausführungsformen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit sowohl zumindest einem spiralförmigen Leiter 12 und zusätzlich im wesentlichen längs gerichteten Leitern 10 erscheinen insbesondere in einem Bereich mit Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen 1 mit einem Durchmesser von 3 bis 0,5 mm besonders vorteilhaft.According to the first simulation calculations, the use of the embodiments according to the third embodiment appears with a central spiral conductor 12 and optionally additional longitudinal conductors 10 especially when using waveguide fuel cell elements 1** advantageous with a diameter range of more than 1 mm, in particular 3 to 10 mm in connection with the network structure and a solid core. The use of the embodiment according to the second embodiment with only one or more essentially longitudinal conductors 10 appears for embodiments with waveguide fuel cell elements 1* with a diameter of less than or equal to 0.5 mm, in particular 0.3-0.005 mm, is particularly advantageous. Embodiments according to the first embodiment with both at least one spiral conductor 12 and in addition essentially longitudinally directed conductors 10 appear particularly in an area with waveguide fuel cell elements 1 with a diameter of 3 to 0.5 mm is particularly advantageous.

Zu den dargestellten Ausführungsbeispielen gibt es eine Vielzahl von möglichen Varianten und Kombinationen. Insbesondere ist die Herstellung mit Hilfe verschiedener für sich bekannter Verfahren bei nur überraschend einfachen Abwandlungen möglich.About the illustrated embodiments there are a variety of possible Variants and combinations. In particular, the production is with the help different for known methods with only surprisingly simple modifications possible.

Beispielsweise kann für die Herstellung größer dimensionierter Brennstoffzellen-Hohleiter 1** eine spiralförmige Feder mit einer Länge von z. B. 10–20 cm mit einer konventionellen Protonen-Austauschmembranen umwickelt werden, wie dies z. B. aus DE 198 38 089 für sich bekannt ist. Vor dem Schlissen des Wickels werden entsprechend die im wesentlichen längs gerichteten Leiter 10 auf dem Folienstreifen aufgelegt, so dass beim Wickelvorgang ein Kontakt zur innenseitig längs verlaufenden Feder entsteht und somit eine Übertragung von Elektronen zwischen den längs gerichteten Leitern 10 und dem spiralförmigen Leiter 12 ermöglicht wird, wodurch eine weitere in der Zeichnung nicht dargestellte Ausführungsform ausgebildet wird.For example, for the production of larger-sized fuel cell semiconductors 1 ** a spiral spring with a length of z. B. 10-20 cm with a conventional proton exchange membranes, as z. B. from DE 198 38 089 is known for itself. Before the winding is closed, the essentially longitudinal conductors are correspondingly 10 placed on the film strip, so that during the winding process there is contact with the inside longitudinal spring and thus a transfer of electrons between the longitudinal conductors 10 and the spiral conductor 12 is made possible, whereby a further embodiment, not shown in the drawing, is formed.

Eine ökonomischere Verfahrungsweise zum Herstellen einer derartigen Brennstoffzelle mit kleinem Durchmesser ist unter Verwendung einer für sich bekannte Extrusionsanlage möglich. Dabei wird über drei verschiedene Extrusionsmaschinen über eine einzige Düse eine als 3-lagige, co-extrudierte, hohle Schlauchform erzeugt. Die dabei hergestellten dreilagigen Schläuche, die bereits für andersartige Verwendungszwecke für sich bekannt sind, können prinzipiell auch mit den Materialien verarbeitet bzw. hergestellt werde, welche zu der Ausbildung eines Hohlleiter-Brennstoffzellenelements benötigt werden. Insbesondere kann anstelle des Metalldrahts, der zentral von hinten in eine Extrusionsdüse eingeführt wird, an der gleichen Stelle zum gleichen Zeitpunkt während der Extrusion mittels einer Federmaschine eine Feder erzeugt und im Gleichklang mit dem Extrusions- bzw. Spritzarbeitsgang in den Hohlleiter eingearbeitet werden. Zweckmäßigerweise sind dafür Extrusions- bzw. Spritzköpfe bereitzustellen, welche in ihren äußeren und inneren Co-Extrusionsschichten so ausgebildet sind, dass während des Extrusionsvorgangs der Längsleiter bzw. eine Vielzahl solcher Längsleiter mit in die Außen- und/oder Innenschichten eingeführt wird, um dabei auch die im wesentlichen längs gerichteten Leiter 10 in die Elektrodenmaterialien einzuarbeiten. Da üblicherweise die Extrusionsgeschwindigkeit bei sehr kleinen Hohlkörpern nur sehr gering ist, zumeist nicht über einen Meter pro Minute beträgt, ist es zeitlich möglich, sowohl eine Feder als spiralförmiger Leiter 12 bzw. 13 zu erzeugen und zuzuführen als auch feinste Drähte zum Ausbilden der im wesentlichen längs führenden Leiter 10 über die Extrusionsköpfe in das Lumen 2 bzw. in die Elektrodenschichten 3, 5 des entstehenden Brennstoffzellen-Hohleiters 1, 1*, 1** einzuleiten und einzuarbeiten.A more economical way of producing such a small diameter fuel cell is possible using an extrusion system known per se. A three-layer, co-extruded, hollow tube shape is produced via three different extrusion machines via a single nozzle. The three-layer hoses produced in this way, which are already known per se for different types of use, can in principle also be processed or produced with the materials which are required to form a waveguide fuel cell element. In particular, instead of the metal wire, which is introduced centrally from behind into an extrusion nozzle, a spring can be generated at the same point at the same time during the extrusion by means of a spring machine and can be worked into the waveguide in unison with the extrusion or spraying operation. For this purpose, it is expedient to provide extrusion or injection heads which are designed in their outer and inner co-extrusion layers in such a way that the longitudinal conductor or a large number of such longitudinal conductors is introduced into the outer and / or inner layers during the extrusion process, in order to do so the essentially longitudinal conductors 10 to work into the electrode materials. Since the extrusion speed for very small hollow bodies is usually only very low, usually not more than one meter per minute, it is possible in time for both a spring and a spiral conductor 12 respectively. 13 to produce and feed as well as the finest wires to form the essentially longitudinal conductors 10 over the extrusion heads into the lumen 2 or in the electrode layers 3 . 5 of the resulting fuel cell semiconductor 1 . 1* . 1** initiate and familiarize.

Während bis zu Dimensionen von ca. 0,5 mm die Extrusion von Schläuchen zur Herstellung von Brennstoffzellen-Hohleitern gemäß ersten Simulationen besonders vorteilhaft ist, erscheint für die Herstellung von hohlen Körpern bzw. Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen mit einem Durchmesser unter 0,5 mm ein Spinnverfahren besonders vorteilhaft, wobei ein solches Spinnverfahren für sich genommen prinzipiell bekannt ist. Im wesentlichen kann dabei ein Werkzeugkopf bei den Spinnverfahren verwendet werden, so dass auch dabei während des Spinnvorgangs eine Drahtzuführung über übergeordnet angebrachte Positionen innerhalb des Spinnkopfes während des Spinnvorgangs stattfinden kann. Auch bei den dabei möglichen höheren Spinngeschwindigkeiten ist die Zuführung von Drähten zur Ausbildung von im wesentlichen längs verlaufenden Leitern möglich, wenn solche Drähte von Rollen oder Spulen abgewickelt werden.While up to dimensions of approx. 0.5 mm Extrusion of hoses for the production of fuel cell semiconductors according to the first simulations is particularly advantageous appears for the production of hollow bodies or waveguide fuel cell elements with a diameter A spinning process especially under 0.5 mm advantageous, such a spinning process taken in principle is known. Essentially, a tool head can Spinning processes are used so that even during the spinning process a wire feed over parent attached positions within the spinning head during the Spinning process can take place. Even with the possible ones higher Spinning speeds is the feeding of wires for training of essentially longitudinal trending ladders possible, if such wires be unwound from reels or spools.

Bei der Fertigung von Brennstoffzellen-Hohleitern 1, 1*, 1** mit Hilfe eines Flecht- bzw. Extrusionsverfahrens entsprechend der für sich bekannten Herstellung von Koaxialkabeln wird die rohrförmige Innenelektrode, die zweckmäßigerweise aus Kohlefaser und/oder Metalldrähten gefertigt wird, auf einer Flechtmaschine erzeugt. Das entstehende tubuläre Geflecht läuft zur Zentrierung auf einem Dorn bis zur Auftragsdüse für die Katalysatorbeschichtung. Dabei bestimmt der Düsendurchmesser die Dicke der Katalysatorschicht. Nach einer kurzen Trockenstrecke durch z. B. einen Keramikheizkörper durchläuft das beschichtete Geflecht eine Ringspaltdüse, über welche die innenleitfähige Membran 4 in Form einer Polymerlösung aufgetragen wird. Diesem Schritt schließt sich eine längere Trockenstrecke zur Austreibung eines Lösungsmittels an. Nachfolgend wird die zweite Katalysatorschicht mit einer Auftragsdüse aufgebracht. Danach wird die Außenelektrode 5 um die noch pastöse Katalysatorschicht geflochten. Die pastöse Konsistenz der Katalysatorschicht ermöglicht ein Eindringen der Geflechtstränge und damit einen innigen Verbund zwischen Katalysator und Kathode. Zum Schluss durchläuft die Hohlfaser eine Endtrocknungsstrecke. Zusätzlich zu diesen Schritten werden zusätzlich die in den vorstehend Ausführungsbeispielen beschriebenen längs verlaufenden Leiter 10 und/oder spiralförmigen Leiter 12, 13 entsprechend mit eingearbeitet. Möglich ist auch die Verwendung des innen liegenden spiralförmigen Leiters 12 innerhalb der rohrförmigen Elektrode für im wesentlichen überwiegend die Stützfunktion.In the production of fuel cell semiconductor devices 1 . 1* . 1** with the help of a braiding or extrusion process corresponding to the known production of coaxial cables, the tubular inner electrode, which is expediently made of carbon fiber and / or metal wires, is produced on a braiding machine. The resulting tubular braid runs on a mandrel for centering up to the application nozzle for the catalyst coating. The nozzle diameter determines the thickness of the catalyst layer. After a short drying section through e.g. B. a ceramic heater, the coated braid passes through an annular gap nozzle through which the internally conductive membrane 4 is applied in the form of a polymer solution. This step is followed by a longer drying section to drive off a solvent. The second catalyst layer is then applied using an application nozzle. Then the outer electrode 5 braided around the still pasty catalyst layer. The paste-like consistency of the catalyst layer enables the braided strands to penetrate and thus an intimate bond between the catalyst and the cathode. Finally, the hollow fiber goes through a final drying section. In addition to these steps, the longitudinal conductors described in the above exemplary embodiments also become 10 and / or spiral conductors 12 . 13 incorporated accordingly. It is also possible to use the spiral conductor on the inside 12 within the tubular electrode for essentially predominantly the support function.

Durch den tubulären Aufbau des vorstehend beschriebenen Verbundes ist es möglich, eine Vielzahl mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordneten tubulären Verbünden in einem Modul zusammenzufassen, wobei auf engem Raum und mit kleinen Dimensionen ein effizienter Einsatz z. B. als PEM- oder SOFC- Brennstoffzellenelement oder als Ionentauschermembranen möglich ist. Die bei einer üblichen plattenweisen Anordnung der Membranen notwendige aufwendige Strömungsführung und komplizierte Kompartimentierung entfällt weitgehend.Due to the tubular structure of the above Network it is possible a multitude with their longitudinal axes combine tubular assemblies arranged parallel to each other in one module, being efficient in a confined space and with small dimensions Use z. B. as a PEM or SOFC fuel cell element or as ion exchange membranes. The usual one plate-like arrangement of the membranes necessary and complex flow control complicated compartmentalization is largely eliminated.

Vorteilhafterweise kann eine derartige Ionentauschermembran zusammen mit einer Vielzahl weiterer derartiger Ionentauschermembranen bzw. entsprechend einer Vielzahl von Brennstoffzellen-Hohleitern 1, 1*, 1** zu einem Modul zusammengefasst werden. Ein derartiges Modul kann in bevorzugter Weise einen Rahmen sowie eine Matrix, insbesondere ein Geflecht, aufweisen, welche mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordnete Ionentauschermembranen bzw. Hohlleiter-Brennstoffzellenelemente fixiert. Ein derartiger Aufbau kann auch für den modulartigen Aufbau einer Brennstoffzelle eingesetzt werden. Ein entsprechender Rahmen kann vorzugsweise aus Kunststoff oder korrosionsbeständigem Metall hergestellt werden. Die Matrix wird in vorteilhafter Weise aus thermoplastischem oder duoplastischem Polymer hergestellt.Such an ion exchanger membrane can advantageously be used together with a large number of further ion exchanger membranes of this type or correspondingly with a large number of fuel cell semiconductors 1 . 1* . 1** be combined into one module. Such a module can preferably have a frame and a matrix, in particular a braid, which with its longitudinal Axis parallel arranged ion exchange membranes or waveguide fuel cell elements fixed. Such a structure can also be used for the modular structure of a fuel cell. A corresponding frame can preferably be made of plastic or corrosion-resistant metal. The matrix is advantageously produced from thermoplastic or duoplastic polymer.

Vorteilhafterweise ermöglicht die vorstehend beschriebene Vorgehensweise, insbesondere die des zweiten Ausführungsbeispiels mit der Verwendung der längs verlaufenden stabförmigen Leiter 10, den ausreichenden Transport von Brennstoff, z. B. molekularem Wasserstoff, in und durch den nur noch winzigen Hohlraum, der durch das Lumen 2 ausgebildet wird. Der Transport erzeugter Elektronen über die Leiter 10 ist dabei auch bei länger ausgebildeten Hohlleiter-Brennstoffzellenelementen noch ohne zu große Widerstandsverluste und dergleichen möglich.The procedure described above, in particular that of the second exemplary embodiment, advantageously enables the use of the longitudinal rod-shaped conductors 10 , the sufficient transport of fuel, e.g. B. molecular hydrogen, in and through the tiny cavity left by the lumen 2 is trained. The transport of generated electrons via the conductors 10 is possible even with longer waveguide fuel cell elements without excessive resistance losses and the like.

Der molekulare Wasserstoff verlässt das Lumen 2 der tubulären Brennstoffzellen in den Elektrodenbereich zwischen den längs verlaufenden Leitern 10 bzw. beim Einsatz eines spiralförmigen Leiters 12 zwischen dessen beabstandeten Wendeln, das heißt über den Steigungsabstand und dringt in die darüber angeordnete Katalysatorschicht ein. Dabei wird der molekulare Wasserstoff zu einzelnen Wasserstoffatomen und letztendlich zu Protonen aufgespalten. Die Protonen wandern durch die über der Katalysatorschicht angeordnete ionenleitende Schicht, vorliegend beispielsweise den eine membranausbildenden Elektrolyten 4, in Richtung der außenseitig angeordneten Katalysatorschicht. In dieser außenseitigen Katalysatorschicht und/oder der benachbarten Außenelektrode 5 befinden sich zweckmäßigerweise wieder die im wesentlichen längs gerichteten Leiter 10 und/oder spiralförmige Leiter 13. Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch wie Luft, welches außerhalb des tubulären Verbundes in dem freien Raum bzw. Reaktantleiter 6 geführt wird, kommt mit dem außenliegenden Geflecht oder dem spiralförmigen Leiter 13 des Elektronen-leitenden Materials in Kontakt. Dort und an der innen hin unmittelbar folgenden Katalysatorschicht wird der molekulare Sauerstoff zu Sauerstoffatomen und Sauerstoffionen umgewandelt. Die sich im Bereich der innenliegenden Membran treffenden Protonen und Sauerstoffionen bilden Wasser, welches als Wasserdampf je nach Ausführungsform einerseits durch die Membran ins Lumen 2 und/oder andererseits durch die Katalysatorschicht und die Kathode 5 in den Außenraum 6 abgeführt wird. Gleichzeitig wird dabei ein Elektronenstrom erzeugt, welcher über insbesondere die längsgerichteten Leiter 10 und/oder die spiralförmigen Leiter 12, 13 nach außen hin abgeführt wird.The molecular hydrogen leaves the lumen 2 of the tubular fuel cells in the electrode area between the longitudinal conductors 10 or when using a spiral conductor 12 between its spaced spirals, that is, over the pitch and penetrates into the catalyst layer arranged above. The molecular hydrogen is split into individual hydrogen atoms and ultimately protons. The protons migrate through the ion-conducting layer arranged above the catalyst layer, in the present case, for example, the electrolyte forming a membrane 4 , in the direction of the catalyst layer arranged on the outside. In this outside catalyst layer and / or the adjacent outer electrode 5 expediently there are again the essentially longitudinal conductors 10 and / or spiral conductors 13 , Oxygen or an oxygen-containing gas mixture such as air, which is outside the tubular composite in the free space or reactant conductor 6 comes with the outer braid or the spiral conductor 13 of the electron-conducting material in contact. There and at the catalyst layer immediately following on the inside, the molecular oxygen is converted to oxygen atoms and oxygen ions. The protons and oxygen ions meeting in the area of the inner membrane form water, which depending on the embodiment, as water vapor, on the one hand through the membrane into the lumen 2 and / or on the other hand through the catalyst layer and the cathode 5 in the outside space 6 is dissipated. At the same time, an electron current is generated, which in particular via the longitudinal conductor 10 and / or the spiral conductors 12 . 13 is discharged to the outside.

Zwar sind in den Ausführungsbeispielen nur kreisrunde Hohlleiter-Brennstoffzellenelemente 1, 1*, 1** beschrieben, prinzipiell ist das vorstehend beschriebene Prinzip mit den Leitern 10, 12, 13 zum Elektronentransport aber auch auf Hohlleiter-Brennstoffzellenelemente mit anders geformten Querschnitten anwendbar.In the exemplary embodiments there are only circular waveguide fuel cell elements 1 . 1* . 1** described, in principle is the principle described above with the conductors 10 . 12 . 13 for electron transport but also applicable to waveguide fuel cell elements with differently shaped cross sections.

Insbesondere kann ein flächiges Mehrschichtmaterial zum Herstellen von Brennstoffzellenelementen vorteilhaft entwickelt werden. In diesem Mehrschichtmaterial sind entsprechend den vorstehenden Ausführungsbeispielen Leiter in den Elektroden eingearbeitet. Zur Herstellung von Brennstoffzellen können diese flächigen Mehrschichtmaterialien zu Halmen bzw. Hohlleitern aufgerollt werden. Die Mehrschichtmaterialien können auch zu flächigen Brennstoffzellen verarbeitet werden, wobei der Abstand der einzelnen Lagen und/oder die Dicke der Elektroden besonders gering ausgeführt werden kann, da die eingearbeiteten Leiter den Elektronentransport übernehmen.In particular, a flat multilayer material developed advantageously for the production of fuel cell elements become. In this multi-layer material are according to the above embodiments Conductor worked into the electrodes. For the production of fuel cells can these flat Multilayer materials are rolled up into straws or waveguides. The multilayer materials can also to flat fuel cells are processed, the distance between the individual layers and / or the thickness of the electrodes can be made particularly small, since the incorporated Head of electron transport.

Claims

Waveguide fuel cell element ( 1 ; 1* ; 1** ) with - an inner lumen ( 2 ), - an inner electrode ( 3 ), - an outer electrode ( 5 ) and - between the inner electrode ( 3 ) and outer electrode ( 5 ) a catalytic, at least proton-permeable layer ( 4 ), characterized in that - at least partially within the material of the inner electrode ( 3 ) and / or at least partially within the material of the outer electrode ( 5 ) at least one leader ( 10 . 12 . 13 ), which is used to transport electrons to and from or from at least one electrode area of the inner electrode ( 3 ) or the outer electrode ( 5 ) is arranged, is arranged, this electrode area being spaced from the ends of the waveguide fuel cell element.

Waveguide fuel cell element, in particular according to claim 1, with - an inner lumen ( 2 ), - an inner electrode ( 3 ), - an outer electrode ( 5 ) and - between the inner electrode ( 3 ) and outer electrode ( 5 ) a catalytic, at least proton-permeable layer ( 4 ), characterized in that - inside the inner electrode ( 3 ) and especially on the outside of the outer electrode ( 5 ) attached to it a conductor ( 12 . 13 ) spirally in the longitudinal direction through the lumen ( 2 ) or around the outer electrode ( 5 ) leads between individual coils of the spiral conductor ( 12 . 13 ) an intermediate space is formed for the passage of a fuel or reactant.

A waveguide fuel cell element according to claim 2, wherein the spiral conductor ( 12 . 13 ) made of a resilient, conductive material stands.

Waveguide fuel cell element according to claim 2 or 3, with a waveguide diameter in the range of 0.3-3 mm.

Waveguide fuel cell element according to one of claims 2-4, wherein the spiral conductor ( 12 . 13 ) for transporting electrons to and from or from at least one electrode area of the inner electrode ( 3 ) or the outer electrode ( 5 ) is designed, wherein this electrode area is spaced from the ends of the waveguide fuel cell element.

Waveguide fuel cell element according to one of claims 2-5, wherein the spiral conductor ( 12 . 13 ) has a free inside diameter for transporting fuel or reactant.

Waveguide fuel cell element according to claim 1, wherein at least part of the conductor ( 10 ; 12 . 13 ) essentially lengthways through the material of the inner electrode ( 3 ) and / or the outer electrode ( 5 ) leads through.

Waveguide fuel cell element according to claim 7, with a Waveguide diameter less than or equal to 3 mm, in particular less than or equal to 0.5 mm.

Waveguide fuel cell element according to claim 7 or 8, which with respect to the cross section with open lumen ( 2 ) is dimensionally stable and the head ( 10 ) essentially straight along the lumen ( 2 ) run.

Waveguide fuel cell element according to claim 7 or 8, which with respect to the dimensional stability of the lumen ( 2 ) is not dimensionally stable, but is made inflatable by internal pressure and in which the conductor ( 10 ) essentially straight along and parallel to the lumen ( 2 ) run.

Waveguide fuel cell element according to one of the preceding claims, in which the conductors ( 10 . 12 . 13 ) laterally leading ladder ( 11 . 14 ) are designed, in particular conductors leading laterally for contacting other of the conductors ( 10 . 12 . 13 ).

Method for producing a waveguide fuel cell element according to one of Claims 1 to 10, in which the conductor (s) supplying or removing electrons ( 10 . 12 . 13 ) in an extrusion process into the resulting waveguide fuel cell element ( 1 ; 1* . 1** ) is incorporated.

Method for producing a waveguide fuel cell element according to one of Claims 1 to 10, in which the conductor (s) supplying or removing electrons ( 10 . 12 . 13 ) in a spinning or winding process into the resulting waveguide fuel cell element ( 1 ; 1* . 1** ) is incorporated.

Multi-layer fuel cell material with - an inner electrode ( 3 ), - an outer electrode ( 5 ) and - between the inner electrode ( 3 ) and outer electrode ( 5 ) a catalytic, at least proton-permeable layer ( 4 ), characterized in that - at least partially within the inner electrode ( 3 ) and / or at least partially inside the outer electrode ( 5 ) at least one leader ( 10 . 12 . 13 ), which is used to transport electrons to and from or from at least one electrode area of the inner electrode ( 3 ) or the outer electrode ( 5 ) is arranged, is arranged, this electrode region being spaced from the ends of the fuel cell element.