Stand der Technik Brennstoffzellen wandeln Energie, die in den molekularen Bindungen chemischer Verbin- dungen gespeichert ist, direkt in elektrische Energie um. Diese"kalte Verbrennung"unter- scheidet sich von gewöhnlicher (heißer") Verbrennung dadurch, dass die der Energieum- wandlung (Redoxreaktion) zugrunde liegenden Dissoziations-und Bildungsreaktionen räumlich getrennt voneinander erfolgen und die Umwandlung der chemischen Energie in elektrische Energie nicht über den Umweg der Wärmeerzeugung und Umwandlung der Wärmeenergie in mechanische Arbeit erfolgt.

Im Falle einer Brennstoffzelle, die als Brennstoff Methanol (CH30H) verwendet, welcher zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt wird, lässt sich-unabhängig von den tatsächlich ab- laufenden Reaktionsschritten-für die in der Brennstoffzelle ablaufende Stoffumwandlung folgende Bilanzgleichung angeben : CH30H + 1. 5 °2 < C°2 + 2 H20 (+ AG), Die nutzbare elektrische Energie der Brennstoffzelle ist durch die Gibbssche Enthalpie AG dieser Reaktion gegeben, und ist unter anderem abhängig von der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle.

Der Aufbau einer Brennstoffzelle besteht aus einer anodenseitigen Kammer und einer ka- thodenseitigen Kammer, die durch einen ionenleitenden (flüssigen oder festen) Elektrolyten voneinander getrennt sind. In der anodenseitigen Kammer wird der (für gewöhnlich wasser- stoffhaltige) Brennstoff zugeführt, während zur kathodenseitigen Kammer der Reaktions- stoff, i. d. R. Sauerstoff zugeführt wird.

Ferner entstehen in der Brennstoffzelle Reaktionsprodukte (Verbrennungsprodukte), bspw.

Wasser und/oder Kohlendioxid, welche gegebenenfalls teilweise oder vollständig abgeführt werden müssen.

Allgemein unterscheidet man saure Elektrolyten (bspw. Schwefelsäure, Phosphorsäure), durch die positive lonen von der Anode zur Kathode wandern, und basische Elektrolyten (bspw. Kalilauge), durch die negative lonen von der Kathode zur Anode wandern.

Bei einer Brennstoffzelle, die Methanol als Brennstoff verwendet und mit einem sauren E- lektrolyten, z. B. eine Protonen leitende Membran, lassen sich die folgenden Anoden-und Kathodenreaktionen angeben : Anode : CH30H + H20 COZ + 6H+ + 6e' Kathode : 1. 5 °2 + 6Ht + 6e o 3H20 Hieran erkennt man, dass H20 in der Brennstoffzelle nicht nur als Verbrennungsprodukt entsteht und kathodenseitig abgeführt werden muss, sondern dass H20 zusammen mit dem eigentlichen Brennstoff Methanol anodenseitig auch zugeführt werden muss (was aus der Bilanzgleichung nicht ersichtlich ist).

Da an der Kathode mehr Wasser als Verbrennungsprodukt entsteht, als an der Anode zu- geführt werden muss, kann im Betrieb zumindest theoretisch ein entsprechender Teil die- ses als Abfallprodukt entstehenden Wassers an die Anode zurückgeführt werden, so dass die Notwendigkeit einer externen Wasserzufuhr vermieden werden kann.

Diese Wasserrückführung ist aber mit mehreren regelungstechnischen Problemen verbun- den : - die Menge des Wassers, das an der Anode zugeführt werden muss, unterscheidet sich von der Menge, die an der Kathode anfällt ; - das an der Kathode anfallende Wasser liegt in der Regel in einem anderen Aggregats- zustand vor (gasförmig), als es an der Anode benötigt wird (flüssig) ; - das an der Kathode anfallende Wasser liegt in der Regel nicht in reiner Form vor, son- dern ist mit anderen Verbrennungsprodukten (z. B. Kohlendioxid)"verunreinigt" ; - die obigen Anoden-und Kathodengleichungen sind Nettogleichungen und stellen eine starke Vereinfachung des tatsächlichen Prozessablaufs dar : in der Realität umgibt sich jedes diffundierende Proton mit einer Hydrathülle und zieht damit einen parasitären An- teil Wasser von der Anode durch den Elektrolyten zur Kathode ; eine realistischere Ano- dengleichung hat deshalb die Form : CH30H + (1+x) H20 o C02 + 6H+ + 6e~ + xH20, wobei der Wert von x von den Betriebsparametern, insbesondere der Temperatur, ab- hängt.

Es sei hier betont, dass der Parameter x keinesfalls vernachlässigbar ist (x « 1), sondern dass im Gegenteil Werte von x>1 und in der Größenordnung von 10°... 101 der Realität weitaus näher kommen als die Netto-Bilanzgleichung (x=0). So nimmt x bei einer realist- schen Hydrathülle von 1 bis 6 Wassermolekülen je Proton die Werte 6 bis 18 an.

Um besser zu verdeutlichen, welche Stoffmengen an der Anode und Kathode tatsächlich zugeführt werden müssen, ist es zweckmäßig, die Bilanzgleichung in folgender (unge- kürzter) Form anzugeben : [CH30H + (1 +x) H20] + 1. 5 02--CÜ2 + (3+x) H2O, wobei zur Aufrechterhaltung des Betriebs anodenseitig ständig das in eckigen Klammern angegebene Stoffgemisch [CH30H + (1+x) H20] zugeführt werden muss.

Ähnliche Probleme treten auch bei einer Brennstoffzelle mit basischen Elektrolyten auf.

Beispielsweise lassen sich für eine DMFC (direct methanol fuel ce//)-Brennstoffzelle mit einer Hydroxidionen leitenden Polymermembran die folgenden Anoden-und Kathodenre- aktionen angeben : Kathode : 1. 502+3H20+6e'- 60H' Anode : CH30H C02+5H20+6e' Auch hier tritt Wasser nicht nur alsVerbrennungsprodukt auf, sondern muss kathodenseitig zugeführt werden. Einef Rückführung wird unter anderem dadurch erschwert, dass das Wasser anodenseitig als Wasser/Methanol-Gemisch vorliegt, dessen Trennung technisch aufwendig ist. Ferner umgibt sich das Hydroxid-Anion, ähnlich wie das Proton, mit einer Hydrathülle, so dass es zur Veranschaulichung der daraus resultierenden Konsequenzen auch hier zweckmäßig ist, die Bilanzgleichung in ungekürzter Form anzugeben : CH30H + [1. 5 02 + (3+y) H20] o C02 + (5+y) H20.

Zur Aufrechterhaltung des Betriebs muss also pro anodenseitig zugeführter Formeleinheit Methanol kathodenseitig anteilsmäßig das in eckigen Klammern angegebene Stoffgemisch [1. 5 Oz + (3+y) H20] zugeführt werden, wobei der Wasserbedarf (3+y) H20 durch die an der Anode entstehende größere Wassermenge (5+y) H20 zwar prinzipiell gedeckt werden kann, die technische Realisierung der anteilsmäßigen Wasserrückführung aber wie erwähnt mit hohen technischen Schwierigkeiten verbunden ist.

Wegen dieser oben anhand von Beispielen beschriebenen allgemeinen Neigung von durch einen ionenleitenden Elektrolyten diffundierenden lonen, sich mit einer Hydrathülle zu um- geben und diese Hydrathülle mit durch den Elektrolyten zu ziehen (Elektroosmose), treten vergleichbare Effekte auch bei Brennstoffzellen auf, welche einen anderen Brennstoff als Methanol verwenden.

Somit besteht ein allgemeines, den Aufbau wie den Betrieb von Brennstoffzellensystemen erschwerendes Problem darin, dass auf einer Seite als Reaktionsprodukte anfallende Stof- fe, sei es als Folge von parasitären Transport durch den Elektrolyten (Elektroosmose) oder als Folge einer chemischen Reaktion oder einer Kombination davon, auf der anderen Seite benötigt werden, eine einfache Rückführung dieser Reaktionsprodukte mit verschiedenen technischen Problemen konfrontiert ist.

Beschreibung der Erfindung Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren und Brennstoffzellenvorrichtungen be- reitzustellen, die diese Probleme überwinden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch Brennstoffzellenvorrichtungen mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und das in Anspruch 10 definierte Verfahren gelöst.

Demzufolge weist eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung eine Elektrolytvor- richtung auf, welche eine basische Elektrolyteinrichtung und eine saure Elektrolyteinrich- tung umfasst, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung so ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil wenigstens eines Reaktionsproduktes, das an einer Elektrolyteinrichtung anfällt, der anderen Elektrolyteinrichtung zuführbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenvorrichtung umfasst die Schritte : Bereitstellen einer basischen Elektrolyteinrichtung und einer sauren Elektrolyt- einrichtung, Zuführen von Brennstoff und Oxidationsmitteln, Abführen von Reaktionspro- dukten, wobei wenigstens ein Teil wenigstens eines Reaktionsproduktes, das an einer E- lektrolyteinrichtung anfällt, der anderen Elektrolyteinrichtung zugeführt wird.

Insbesondere wenn die beiden Elektrolyteinrichtungen mit demselben Brennstoff betrieben werden, ist es dabei aufgrund der teilweise komplementären Eigenschaften von sauren und basischen Elektrolyten möglich, ohne aufwendige Trennung einen an einer Elektrolytvor- richtung anodenseitig als Reaktionsprodukt anfallenden Stoff der anderen Elektrolytvor- richtung anodenseitig zuzuführen, und/oder einen an einer Elektrolytvorrichtung kathoden- seitig als Reaktionsprodukt anfallenden Stoff der anderen Elektrolytvorrichtung kathoden- seitig zuzuführen.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens ein an der einen Elektrolyteinrichtung anfallendes Reaktionsprodukt vollständig der anderen Elektrolyteinrichtung zuführbar.

Dadurch muss für dieses Reaktionsprodukt an der einen Elektrolyteinrichtung keine Vor- richtung zur Entsorgung dieses wenigstens einen Reaktionsprodukts vorgesehen werden, was eine einfachere Ausbildung und einen vereinfachten Betrieb der Brennstoffzellenvor- richtung ermöglicht.

Eine einfache Ausbildung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung weist um- fasst eine basische Elektrolyteinrichtung, die durch einen einzigen Anionen leitenden Be- reich gebildet wird, und eine saure Elektrolyteinrichtung, die durch einen einzigen Kationen leitenden Bereich gebildet wird. Viele vorteilhaften Weiterbildungen von Brennstoffzellen- vorrichtungen sind aber nicht auf je einen einzigen derartigen Bereich beschränkt.

So weisen bevorzugte Weiterbildungen von Brennstoffzellenvorrichtung eine saure Elekt- rolyteinrichtung mit einer Mehrzahl von Kationen leitenden Bereichen und/oder eine basi- sche Elektrolyteinrichtung mit einer Mehrzahl von Anionen leitenden Bereichen.

Dadurch sind Anordnungen möglich, bei der Reaktionsprodukte abwechselnd mehrmals nacheinander die basische und die saure Elektrolyteinrichtung durchlaufen, was eine voll- ständigeres Ausnutzen dieser Substanzen und damit ein effektiveres Betreiben der Brenn- stoffzellenvorrichtung ermöglicht.

In einer besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvor- richtung sind die Anionen leitenden Bereiche und die Kationen leitenden Bereiche alternie- rend angeordnet.

Dabei kann die alternierende Anordnung der Bereiche entlang einer Richtung erfolgen (ein- dimensionale Anordnung) und beispielsweise ein Streifenmuster bilden. Diese Bereiche können alle die gleiche Dimensionierung aufweisen, sie können sich aber auch in Durch- laufrichtung ändern.

In anderen bevorzugten Weiterbildungen erfolgt die alternierende Anordnung in zwei Rich- tungen gleichzeitig. Bevorzugte zweidimensional Anordnungen mit gleich großen Bereichen umfassen : Schachbrettmuster, Rautenmuster, Dreiecksmuster, Sechseckmuster. Bei einer zweidimensionalen Anordnung unterschiedlich großer Bereiche stehen beliebig viele Mög- lichkeiten offen. Diese Anordnungen sind im Hinblick auf eine möglichst vollständige Verbrennung der zugeführten Brennstoffe und Ausnutzung der anfallenden Reaktionspro- dukte optimiert.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Brennstoffzellenvorrichtung umfasst die Kathodenvorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung eine einzige Kathodenkammer und/oder die Anodenvorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung eine einzige Anodenkam- mer.

Dies erlaubt eine besonders einfache und effektive Steuerung des Stoffflusses, da zumin- dest teilweise gemeinsame Einrichtungen zur Brennstoffzuführung, Oxidationsmittelzufüh- rung, und Abfallstoffabführung verwendet werden können.

Besonders vorteilhaft ist eine Elektrolytvorrichtung, welche als eine zusammenhängende Struktur ausgebildet ist, aber eine örtlich unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweist, wobei Bereiche unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung die Kationen leitenden Bereiche (d. h. die saure Elektrolyteinrichtung) und die Anionen leitenden Bereiche (d. h. die basische Elektrolyteinrichtung) bilden.

Bevorzugt umfasst die Elektrolytvorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung eine lonen lei- tende Membran. Insbesondere ist es vergleichsweise einfach, Membranen mit örtlich unter- schiedlicher chemischer Zusammensetzung herzustellen, die Anionen bzw. Kationen lei- tende Bereiche bilden, wodurch die Elektrolytvorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung als eine einzige zusammenhängende Membran ausgebildet werden kann.

Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung anhand von bevorzugten Ausbildungsformen und in Bezug auf die Figuren erfolgt am Beispiel von Methanol als Brennstoff verwenden- den Brennstoffzellen, ist aber keineswegs auf eine solche beschränkt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und der ihr zugrundeliegenden Problematik wer- den nachfolgend die ungekürzten Reaktionsgleichungen am Beispiel von Methanol ver- wendenden Brennstoffzellen zusammengefasst : Brennstoffzelle mit saurem Elektrolyten : Anode CH3OH + (1+x) H2O # CO2 + 6e + (6H+ + xH2O), Kathode : 1.5 O2 + 6H+ + 6e- # 3H2O Gesamt [CHsOH + (1+x) H20] + {1. 5 02} < [C02] + { (3+x) H20} In der Gesamtgleichung stehen die zuzuführenden Stoffe auf der linken Seite, die abzufüh- renden Reaktionsprodukte auf der rechten Seite.

Dabei stehen die eckigen Klammern für die anodenseitig zu-bzw. abzuführenden Stoffe und die geschweiften Klammern für die kathodenseitig zu-bzw. abzuführenden Stoffe.

Brennstoffzelle mit basischem Elektrolyten : Anode : CH30H + 6OH- # CO2 + 5H2O + 6e- Kathode: 1.5 O2 + (3+y) H2O + 6e- # (6OH- + yH2O) ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------- Gesamt [CH3OH] + {1.5 O2 + (3+y) H2O} # [CO2] + {(5+y) H2O} Auch hier stehen in der Gesamtgleichung die eckigen Klammern für die anodenseitig zu- bzw. abzuführenden Stoffe und die geschweiften Klammern für die kathodenseitig zu-bzw. abzuführenden Stoffe.

In den Figuren zeigen : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel dererfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorichtung ; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorichtung ; Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorichtung ; Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorichtung ; Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorichtung ; Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorich- tung ; Fig. 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Elektrolytvorrichtung für die erfindungs- gemäße Brennstoffzellenvorrichtung ; Fig. 8 das in Fig. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel der Elektrolytvorrichtung aus einem ande- ren Blickwinkel ; Fig. 9 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Elektrolytvorrichtung.

Figur 1 beschreibt eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung 100, welche aus einer Kombination von zwei im Wesentlichen separaten Brennstoffzellen 100B und 100S aufgebaut ist. Eine dieser beiden Brennstoffzellen weist einen basischen Elektrolyten 11 OB auf, die zweite Brennstoffzelle einen sauren Elektrolyten 110S.

Die Brennstoffzellen 1 OOB, 1 OOS sind nur schematisch dargestellt. Beispielsweise kann jede der beiden Brennstoffzellen als ein Brennstoffzellenstack ausgebildet sein.

Die beiden Elektrolyten 110B, 110S bilden die Elektrolytvorrichtung 110 der kombinierten Brennstoffzellenvorrichtung 100.

Bei beiden Brennstoffzellen 1 OOB, 1 OOS wird an der jeweiligen Anodenkammer 120 der für beide Brennstoffzellen identische Brennstoff 1, an den Kathodenkammern 130 jeweils das- selbe Oxidationsmittel 2 zugeführt. Aus den Kathodenkammern wird ferner das Verbren- nungsprodukt 4 abgeführt.

Im Fall einer vorliegenden Beispiel ist der Brennstoff 1 Methanol und das Oxidationsmittel 2 Sauerstoff, beispielsweise ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch wie Luft. Das Verbren- nungsprodukt 4 ist Kohlendioxid.

Ferner muss der basischen Elektrolyteinrichtung HOB kathodenseitig neben dem Oxidati- onsmittel 2, d. h. Sauerstoff gemäss der oben angegebenen Kathodengleichung noch eine bestimmte Menge Wasser 6 zugeführt werden, welche für den Ablauf der Reaktionen in der Brennstoffzelle notwendig ist. Gleichzeitig tritt Wasser aber auch anodenseitig wieder aus : teilweise neu als Folge der ablaufenden chemischen Prozesse gebildet, teilweise durch Diffusion durch den Elektrolyten. Ohne Unterscheidung dieser Prozesse wird hierfür der Ausdruck Reaktionsprodukt verwendet.

Erfindungsgemäß werden nun die beiden Brennstoffzellen 100S und 100B zu einer Brenn- stoffzellenvorrichtung 100 kombiniert, indem das anodenseitig austretende Reaktionspro- dukt 3 (hier : Wasser) der Anodenkammer 120 der sauren Brennstoffzelle 100S zugeführt wird.

In der Anodenkammer 120 der sauren Brennstoffzelle 100S bildet es mit dem gleichzeitig zugeführten Brennstoff Methanol 1 das für den Betrieb einer sauren Elektrolyteinrichtung erforderliche anodenseitige MethanolNVasser-Gemisch ergibt.

Da die Anodenkammern 120 der beiden Brennstoffzellen 100S und 100OB die gleichen Sub- stanzen aufweisen (in diesem Beispiel : Methanol, Kohlendioxid, Wasser), muss das aus der einen Anodenkammer in die andere Anodenkammer übergeleitete Reaktionsprodukt 3 kei- nen aufwendigen Reinigungsprozessen unterzogen werden. Vielmehr kann das Reaktions- produkt 3 (Wasser) durchaus mit den anderen Stoffen, d. h. dem Brennstoff 1 (Methanol) und den Verbrennungsprodukt 4 (Kohlendioxid)"verunreinigt"sein, ohne das dies die Funktionsweise der Vorrichtung beeinträchtigt.

Schließlich erfolgt bei der sauren Brennstoffzelle kathodenseitig neben der Zufuhr von Oxi- dationsmitteln 2 (Sauerstoff) die Abfuhr des im Gesamtprozess anfallenden überschüssigen Wassers 5.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform von Figur 1 hat gegenüber einer Wasserrückfüh- rung von der Anodenkammer in die Kathodenkammer (oder umgekehrt) einer herkömmli- chen Brennstoffzelle den Vorteil, dass keine aufwendige Stofftrennung durchgeführt werden muss.

Im vorliegenden Beispiel liegen in der Anodenkammer 120 der basischen Brennstoffzelle 1 OOB die Stoffe Methanol 1, Wasser 3, und Kohlendioxid 4 vor. Dieselben Stoffe liegen bei der sauren Brennstoffzelle ebenfalls vor, wobei im Unterschied zur basischen Brennstoff- zelle Wasser nicht als Reaktionsprodukt anfällt, sondern vielmehr zum Erreichen der ge- wünschten Reaktion erforderlich ist.

Somit kann das Wasser aus der Anodenkammer der basischen Brennstoffzelle in die Ano- denkammer der sauren Brennstoffzelle überführt werden, ohne dass dabei eine Reinigung von unerwünschten Stoffen erfolgen muss.

Figur 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Brennstoffzellenvor- richtung 200, die aus einer Kombination einer basischen Brennstoffzelle und einer sauren Brennstoffzelle besteht.

Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die nunmehr be- schriebene Brennstoffzellenkombination keinerlei externe Wasserzufuhr auf. Vielmehr wird ein Teil 3'des bei der"sauren Brennstoffzelle"200S an der Kathodenseite 230 anfallenden Wassers in die Kathodenkammer 230 der"basischen Brennstoffzelle"200B übergeleitet.

Durch Zufuhr von Sauerstoff 2 entsteht in dieser Kammer 230 das zur Bildung der Hydro- xid-Anionen erforderliche Sauerstoff/Wasser-Gemisch.

Wie schon einleitend bemerkt, diffundieren die Hydroxid-Anionen durch den basischen E- lektrolyten 21 OB, wobei sie sich mit einer Hydrathülle umgeben. Das hierdurch in die Ano- denkammer 220 transportierte Wasser 3 wird nun zusammen mit dem bei der eigentlichen Verbrennung der Methanols anfallenden Wassers 3 und Kohlendioxids 4 in die Anoden- kammer 220 der sauren Brennstoffzelle 200S transportiert. Hier wird das Kohlendioxid 4 zum Beispiel durch externe Abfuhr den weiteren Transport-und Reaktionsprozessen ent- zogen, währen das Wasser 3 zusammen mit dem zugeführte Brennstoff 1 das zum Betrei- bend er sauren Brennstoffzelle 200S erforderliche Wasser/Methanol-Gemisch ergibt.

In der sauren Brennstoffzelle 200S laufen wieder dieselben wie schon im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Reaktionen ab, wobei nunmehr das in die Kathodenkammer 220 transportierte Wasser zu einem Teil 3'Im Kreislauf bleibt, und der überschüssige Teil 5 aus dem System 200 entnommen wird.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvor- richtung 300, das sich nunmehr im Gegensatz zu den in Figur 1 und 2 gezeigten Ausfüh- rungsbeispielen nicht mehr aus zwei mehr oder weniger separat funktionsfähigen Brenn- stoffzellen aufgebaut ist.

Vielmehr weist das Ausführungsbeispiel von Figur 3 eine Brennstoffzellenvorrichtung 300 auf, die eine basische Elektrolyteinrichtung 31 OB und eine saure Elektrolyteinrichtung 31 OS umfasst, welche eine gemeinsame Anodenkammer 320 aufweisen.

An der Kathodenseite 330 der basischen Elektrolyteinrichtung 310B wird ein durch die Be- zugszeichen 2 und 6 bezeichnetes Sauerstoff/Wasser-Gemisch in die Kathodenkammer 230 zugeführt. Gleichzeitig wird der Anodenkammer 320 reines Methanol zugeführt.

Somit laufen in der basischen Elektrolyteinrichtung 31 OB die bereits mehrfach beschriebe- nen Prozesse ab, bei denen Methanol 1 unter Sauerstoff 2 zu Kohlendioxid 4 und Wasser 3 "verbrannt"wird, und eine zusätzliche Menge Wasser 3 durch Elektoosmose durch den ba- sischen Elektrolyten 11 OB aus der Kathodenkammer 330 in die Anodenkammer 320 gezo- gen wird.

Durch die gemeinsame Anodenkammer 320 ist es nicht nötig, der Anodenkammer extern Wasser zuzuführen. Vielmehr kann das in der Anodenkammer 320 entstehende Metha- nolNVasser-Gemisch verwendet werden, die anschließende saure Elektrolyteinrichtung 31 OS zu betreiben, wenn an der Kathodenseite 330 der sauren Elektrolyteinrichtung 31 OS Sauerstoff zugeführt wird.

Das im Gesamtprozess anfallende überschüssige Wasser 5 wird aus der Kathodenkammer 330 der sauren Elektrolyteinrichtung 31 OS abgeführt.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zeigt Figur 4. Hierbei weist die Elekt- rolytvorrichtung 410 zwei nebeneinander vorgesehene Elektrolyteinrichtungen 410S, 41 OB auf, von denen eine Elektrolyteinrichtung 41 OB basischen Charakter hat, die andere Elekt- rolyteinrichtung 41 OS sauren Charakter hat.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 400 ist so ausgebildet, dass die beiden Elektrolyteinrich- tungen 41 OB und 41 OS jeweils eine gemeinsame Kathodenkammer 430 und eine gemein- same Anodenkammer 420 aufweisen. Somit ist nur eine Zuführvorrichtung für Brennstoff 1 und eine Zuführvorrichtung für Sauerstoff 2 erforderlich.

Das in Betrieb bei der basischen Elektrolyteinrichtung 41 OB anodenseitig anfallende Was- ser 3 bildet mit dem anodenseitig zugeführten Methanol 1 ein Methanol/Wasser-Gemisch, das für den Verbrennungsprozess bei der sauren Elektrolyteinrichtung 41 OS verwendbar ist.

Auf ähnliche Weise kann ein Teil des bei der sauren Elektrolyteinrichtung 410S kathoden- seitig anfallenden Wassers 3'das zum Betreiben der basischen Brennstoffzellenvorrichtung 400 erforderliche kathodenseitige Wasser/Sauerstoff-Gemisch bilden. Das überschüssige Wasser 5 wird kathodenseitig abgeführt.

Figur 5 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie Figur 4, wobei nunmehr eine der beiden Elektrolyteinrichtungen 5l OS, 51 OB, nämlich die saure Elektrolyteinrichtung 51 OS zwei von- einander getrennte Bereiche umfasst, zwischen denen die basische Elektrolyteinrichtung 51 OB vorgesehen ist. Diese Ausführungsform wird ähnlich betrieben wie die in Figur 4 be- schriebene Ausführungsform : Aus der mittig vorgesehenen basischen Elektrolyteinrichtung 51 OB fällt anodenseitig Was- ser 3 an, das das der Anodenkammer 520 zugeführte Methanol 1 anreichert und ein für den Betrieb der sauren Elektrolyteinrichtungen 510S erforderliches anodenseitiges Metha- nol/Wasser-Gemisch bildet. Auf ähnliche Weise vermischt sich das kathodenseitig an der sauren Elektrolyteinrichtung 51 OS austretende Wasser 3, mit dem kathodenseitig zuge- führten Sauerstoff 2, und bildet hierzu das für die basische Elektrolyteinrichtung 51 OB erfor- derliche kathodenseitige Wasser/Sauerstoff-Gemisch.

Überschüssiges Wasser 5 wird wiederum kathodenseitig abgeführt.

Figur 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoff- zellenvorrichtung 600, welche eine Vielzahl von alternierend angeordneten Elektrolytein- richtungen 61 OS und 610B aufweist. Diese alternierend angeordneten Bereiche bilden die Elektrolytvorrichtung 610 der Brennstoffzellenvorrichtung 600, welche eine einzige, ge- meinsame Anodenkammer 620 und eine einzige, gemeinsame Kathodenkammer 630 auf- weist.

Im vorliegenden Beispiel ist die Anordnung derart, dass an einer Eingangseite der gemein- samen Anodenkammer 620 der Brennstoff 1 zugeführt wird an den Anodenseiten der nacheinander angeordneten Elektrolyteinrichtungen 610S, 610B vorbeiströmt. Auf ähnliche Weise wird Sauerstoff 2 an einer Seite der Kathodenkammer 630 eingelassen.

An jedem der sauren oder basischen Elektrolytbereiche verbrennt ein Teil des Methanols 1 anodenseitig zu Kohlendioxid 4, über den basischen Elektrolytbereichen 610B fällt zudem Wasser3 an. Das daraus entstehende Methanoi/Wasser-Gemisch kann zum Betreiben der benachbarten sauren Elektrolytbereichen 610S verwendet werden.

Ähnliches passiert auf der Kathodenseite mit dem strömenden Sauerstoff 2, der an den sauren Elektrolytbereichen 610S mit Wasser 3'angereichert wird, wobei das anfallende Sauerstoff/Wasser-Gemisch zum Betreiben der benachbarten basischen Elektrolytbereiche 61 OB verwendet werden kann.

In der Anodenkammer 620 erfolgt in Strömungsrichtung insgesamt eine Methanolverar- mung, während kathodenseitig eine Sauerstoffverarmung des vorliegenden Sauer- stoff/Wassergemisches erfolgt.

Dies kann bei der Dimensionierung der aufeinanderfolgenden basischen und sauren Elekt- rolyteinrichtungen berücksichtigt werden, welche zweckmäßigerweise so gewählt durchge- führt wird, dass eine optimale Ausbeute erfolgt.

Das Ausführungsbeispiel von Figur 6 weist einzelne, voneinander getrennte Elemente der Elektrolyteinrichtung auf. Demgegenüber zeigt Figur 7 eine alternative und besonders be- vorzugte Ausführungsform einer Elektrolyteinrichtung 710, die die Elektrolyteinrichtung 610 im Ausführungsbeispiel von Figur 6 ersetzen kann.

Bei der Elektrolyteinrichtung 710 von Figur 7 liegen keine voneinander isolierbaren Elektro- lyteinrichtungen vor, sondern eine zusammenhängende Struktur mit örtlich unterschiedli- cher chemischer Zusammensetzung. Die Zusammensetzung wurde jeweils so gewählt, dass sich Bereiche mit Kationenleitung und Bereiche mit Anionenleitung abwechseln, so dass sich eine Elektrolyteinrichtung 710 ergibt, bei der sich saure Bereiche S und basische Bereiche B abwechseln.

Wie Figur 8 zeigt, kann sich eine solche alternierende Anordnung entlang einer Richtung, z.

B. entlang der x-Achse, erstrecken. Die Dimensionierung der Bereiche ist dabei frei wählbar und nicht auf das schematisch gezeigte Beispiel mit etwa gleich großen Bereichen be- schränkt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform, die Figur 9 zeigt, kann die alternierende Anordnung, aber auch entlang zweier Raumrichtungen erfolgen, und beispielsweise ein Schachbrett- muster ergeben. Weitertlächige Anordnungen wie Dreiecksmuster oder unregelmäßige Muster liegen ebenfalls im Bereich dieser Erfindung.

Die Anordnung solcher Muster und die Größe der einzelnen Bereiche werden in Einklang mit den zu erwartenden Strömungsverhältnissen in der Brennstoffzellenvorrichtung gewählt.

Unter anderem weil im Gesamtsystem Wasser anfällt (beispielsweise gemäß 2H2+02o2H20 oder CH30H+1. 502oCO2+2H20). können in allen beschriebenen Ausfüh- rungsformen die basischen und saueren Elektrolyteinrichtungen im Bezug auf die in ihnen umgesetzten Stoffmengen unterschiedlich groß dimensioniert sein.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt dabei ist immer eine möglichst vollständige Verbrennung und eine Optimierung des Wasserhaushalts des Gesamtsystems.