Herstellungsverfahren

Die PEM-Membran muss feucht sein, um elektrisch zu

leiten. Gleichzeitig dürfen die porösen Elektroden nicht mit

Wasser geflutet werden, um den Zutritt von Wasserstoff

(Anode) und Sauerstoff (Kathode) nicht zu blockieren.

 Hoher Betriebsdruck: Mit zunehmender Leistung

verbraucht die Zellreaktion mehr Sauerstoff. Mit dem

höheren Druck der Luftversorgung steigt die

Zellspannung; jedoch sinkt die Aufnahmefähigkeit der Luft,

um das Produktwasser abzuführen.

 Hohe Betriebstemperatur: Mit zunehmender Leistung

steigt die Abwärme; mehr Wasser verdunstet aus der

MEA. Eine kleine Temperaturdifferenz (zwischen

Kühlmittelaustritt und Eintritt am HT-Kühler des BZ

Stacks) durch einen großen Kühlmittelfluss verstärkt die

Austrocknung der Membran.

 Indirekte Beschichtung der Polymermembran mittels Decal-Transfer Trägerfolie.  Das Verfahren ermöglicht eine trockene Beschichtung der feuchtigkeitsempfindlichen Polymermembran.  Katalysatortinte wird auf das Decal (z.B. Polytetrafluorethylen [PTFE], Polypropylen [PP]) per Schlitzdüse aufgebracht.  Das beschichtete Decal wird anschließend in einen Konvektionsofen überführt und getrocknet.

 Übertragung der trockenen Katalysatorschicht vom Decal auf die Polymermembran mittels Heispressvorgang.  Rolle-zu- Rolle-Prozess empfohlen.  Kathoden- und Anoden-Decal werden der Ober- und Unterseite der Polymermembran gleichzeitig zugeführt und zwischen das Walzenpaar gebracht.  Für eine gute Übertragbarkeit der Katalysatorschicht:

 Fluidströmungskanäle können rechteckig, kreisförmig, dreieckig sein oder auch andere Formen aufweisen.

 Die Geometrie der Kanalform kann die Wasseransammlungen

Brennstoffflussrate beeinflussen.

in den Zellen und somit die Oxidationsmittel- und

 Bei abgerundeten Kanälen bildet das kondensierende Wasser einen dünnen Film

am Boden des Strömungskanal.

Hingegen bilden sich Wassertropfen bei anderen Kanalformen.

 Die Größe und Form der Wassertropfen werden durch die Hydrophilie und Hydrophobie der porösen Medien und der

Kanalwände bestimmt.

 Die Kanaldimensionen liegen in der Regel bei ungefähr 1 mm

, aber für Mikro- bis Großbrennstoffzellen gibt es einen

großen Bereich (0,1 mm bis 3 mm).

 Die Abmessungen der Kanäle wirken sich ebenso auf die Durchflussraten von Oxidationsmittel und Brennstoff, den

Druckverlust, die Wärme- und Wassererzeugung sowie die in der Brennstoffzelle erzeugte Leistung aus.

 Breitere Strömungskanäle führen zu einem besseren Kontakt zwischen der Katalysatorschicht und dem Brennstoff,

haben einen geringeren Druckverlust und eine effiziente Wasserentfernung. Sind die Kanäle zu breit, wird die MEA

Schicht nicht genügend unterstützt. Ein zu großer Abstand zwischen den Strömungskanälen, führt zu geringerer

Kontaktfläche zu den Reaktanten und somit zu einer höheren Ansammlung an Wasser.

 GDL presst sich teilweise in den Gaskanal ein und verändert dessen Querschnitt:  Strömungswiderstand wird beeinflusst

 Der Kontaktwiderstand zwischen mikroporöser Schicht (MPL) und Katalysatorschicht (CL) wird durch den Kontaktdruck bestimmt. zwischen diesen Schichten

 Je größer und homogener der Kontaktdruck zwischen den MPL und CL, desto geringer ist der elektrische Kontaktwiderstand.

 Kontaktdruck zwischen MPL und CL wird maßgeblich durch die Kanalbreite in der Bipolarplatte und die mechanischen Eigenschaften der Gasdiffusionslage (GDL) bestimmt.