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Title:
METHOD FOR OPERATING A FUEL CELL IN THE MINIMAL- OR PARTIAL-LOAD REGION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/069427
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for operating a PEM or DMFC fuel cell in the minimal- or partial-load region. According to the invention, the size of the cell surface, on which the fuel cell reaction takes place, is altered by means of opening or closing of feed channels (2), which serve to supply reaction medium to the cell surface.

Inventors:
BOEHM GUSTAV (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/000526
Publication Date:
September 06, 2002
Filing Date:
February 14, 2002
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
BOEHM GUSTAV (DE)
International Classes:
H01M8/04089; H01M8/04223; H01M8/2465; (IPC1-7): H01M8/04
Foreign References:
EP0341189A11989-11-08
US5366821A1994-11-22
DE19630842C11997-11-20
US4202772A1980-05-13
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 179 (E-414), 24. Juni 1986 (1986-06-24) & JP 61 027071 A (MITSUBISHI ELECTRIC CORP), 6. Februar 1986 (1986-02-06)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 01, 31. Januar 1996 (1996-01-31) & JP 07 249419 A (HITACHI LTD), 26. September 1995 (1995-09-26)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 087 (E-393), 5. April 1986 (1986-04-05) & JP 60 230364 A (TOSHIBA KK), 15. November 1985 (1985-11-15)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer PEModer DMFCBrennstoffzelle im Minimaloder Teillastbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Zellfläche, an der die Brennstoffzellen reaktion stattfindet, durch Öffnen oder Verschließen von Zuführungskanälen, die der Zuführung von einem oder beiden Reaktionsmedien an die Zellfläche dienen, verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle Kühlräume zur Führung eines Kühlmediums um faßt, wobei die Größe der aktiven Kühlfläche, die in Wärme kontakt mit der Zellfläche steht, durch Öffnen oder Schlie ßen von Zuführungskanälen, die der Zuführung des Kühlmedi ums dienen, verändert wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer oder mehrerer verschieb baren Lochplatten (1) die Zuführungskanäle (2) zu der Zell fläche geöffnet oder verschlossen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Drehsperrschiebers (6) die Zuführungs kanäle (2) zu der Zellfläche geöffnet oder verschlossen werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Zellfläche zwischen 5% und 100% ihrer Gesamtgröße variierbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführungskanäle für die Abführung von einem oder von beiden Reaktionsmedien von der Zellfläche verschlossen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführungskanäle für die Abführung des Kühlmediums von der Kühlfläche verschlossen werden.
8. Verfahren zum Betrieb eines PEModer DMFCBrennstoffzel lenstapels im Minimaloder Teillastbereich, dadurch ge kennzeichnet, daß die Größe der Zellfläche, an der die Brennstoffzellenreaktion stattfindet, durch Öffnen oder Verschließen von Zuführungskanälen, die der Zuführung bzw. Abführung von einem oder beiden Reaktionsmedien an die Zellfläche dienen, verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nullast, d. h. bei i = 0, die Zuführung von einem oder bei den Reaktionsmedien unterbrochen und der Brennstoffzellen stapel elektrisch kurzgeschlossen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß so wohl die Zuführung als auch die Abführung von einem oder beiden Reaktionsmedien unterbrochen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Zuführung und/oder der Abführung von einem oder beiden Reaktionsmedien durch Verschließen aller Zuund/oder Abführungskanäle stattfindet.
12. Vorrichtung zum Betrieb einer PEModer DMFCBrennstoffzel le im Minimaloder Teillastbereich, dadurch gekennzeich net, dass zur Veränderung der Größe der Zellfläche, an der die Brennstoffzellenreaktion stattfindet, Mittel zum Öffnen und Verschließen von Zuführungskanälen, die der Zuführung von einem oder beiden Reaktionsmedien an die Zellfläche dienen, vorhanden sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Größe der Kühlfläche, die in Wärmekon takt mit der Zellfläche steht, Mittel zum Öffnen und Ver schließen von Zuführungskanälen, die der Zuführung des Kühlmediums in die Kühlräume der Brennstoffzelle dienen, vorhanden sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, dass diese Mittel eine oder mehrere Lochplatten (1) oder ein Drehschieber (6) ist.
Description:
Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle im Minimal-oder Teillastbereich Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer PEM- (Proton Elektrolyt Membran) oder DMFC-Brennstoffzelle (Direct Methanol Fuel Cell) im Minimal-oder Teillastbereich nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Brennstoffzellensystemen, welche eine große Zahl von Zellen aufweisen, treten im Minimal-oder Teillastbereich Verteilungs- probleme der Reaktionsmedien von Zelle zu Zelle und innerhalb einer Zelle auf. Aufgrund der in diesen Lastbereichen geforder- ten geringeren'Menge an Reaktionsmedien kommt es zu einer Un- terversorgung der aktiven Zellfläche, woraus Zellenausfälle re- sultieren. Außerdem kommt es zu Feuchteproblemen an der aktiven Zellfläche, da aufgrund der durch die geringe Menge an Reakti- onsmedium bedingte geringe Strömungsgeschwindigkeit kein aus- reichender Wasseraustrag aus der Brennstoffzelle stattfinden kann. Um diese Zellenausfälle in den unteren Lastbereichen zu vermeiden, werden die Brennstoffzellensysteme üblicherweise in höheren Lastbereichen und dadurch mit einer größeren Menge an Reaktionsmedien betrieben, als es erforderlich ist.

Bei DMFC-Brennstoffzellensystemen kommt es darüber hinaus in niedrigen Lastbereichen zu einem Methanoldurchbruch. Dabei dif- fundiert der Brennstoff Methanol durch die aktive Zellfläche

(Membran), wodurch es zu einer Erniedrigung des Wirkungsgrads in diesem Lastbetrieb kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik beseitigt und ein stabilisierter Betrieb der Brenn- stoffzelle verbunden mit einem höheren Wirkungsgrad im unteren Lastbereich erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteran- sprüchen.

Gemäß der Erfindung wird die Größe der Zellfläche, an der die Brennstoffzellenreaktion stattfindet, durch Öffnen oder Ver- schließen von Zuführungskanälen, die der Zuführung von einem oder beiden Reaktionsmedien an die Zellfläche dienen, verän- dert. Insbesondere münden die Zuführungskanäle in Kanalberei- che, die in Fluidverteilerplatten (auch als Bipolarplatten be- zeichnet) der Brennstoffzelle eingearbeitet sind. In diesen Ka- nalbereichen der Fluidverteilerplatten werden die zugeführten Reaktionsmedien an die Zellfläche transportiert.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, ent- weder die Kanalbereiche des Reaktanten oder die Kanalbereiche des Oxidanten zu öffnen oder zu verschließen. Es ist aber dar- über hinaus auch möglich, die Kanalbereiche beider Reaktionsme- dien zu öffnen oder zu verschließen.

Die Größe der Zellfläche kann erfindungsgemäß an die für einen bestimmten Lastzustand der Brennstoffzelle erforderliche Menge des Reaktanten und/oder Oxidanten angepaßt werden. Dadurch wird verhindert, dass es beim Betrieb der Brennstoffzelle im unteren Lastbereich in bestimmten Bereichen der Zellfläche zu einer Un-

terversorgung durch die Reaktionsmedien kommt. >Erfindungsgemäß fließen die Reaktionsmedien nur durch die geöffneten Zufüh- rungskanäle, was dazu führt, dass die Brennstoffzelle mit der, für diesen unteren Lastzustand der Brennstoffzelle benötigten geringen Menge an Reaktionsmedien optimal versorgt wird. Daraus ergibt sich ein stabiler Brennstoffzellenbetrieb und eine Erhö- hung des Wirkungsgrads der Brennstoffzelle.

Ein weiterer Vorteil ist, dass mittels der erfindungsgemäßen Anpassung der Zellfläche an die erforderliche Menge an Reaktionsmedium der Methanoldurchbruch bei DMFC- Brennstoffzellen vermindert wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Spannungsspreizung bei unterschiedlichen Lastzuständen verringert werden kann.

Unter einem Lastzustand wird ein Betriebszustand einer Brenn- stoffzelle oder eines Brennstoffzellenstapels verstanden, bei dem der Brennstoffzelle oder dem Brennstoffzellenstapel elek- trische Leistung entnommen wird. Eine Last entspricht damit ei- ner entnommenen elektrischen Leistung. Elektrische Leistung (P), elektrischer Strom (I) und elektrische Spannung (U) hängen über die Gleichung P = U I zusammen.

Unter Spannungsspreizung wird die Differenz zwischen der Span- nung bei Vollast und der Spannung bei Nullast (Leerlauf einer Brennstoffzelle) verstanden. Ursache für unterschiedliche Span- nungen bei unterschiedlichen Lastzuständen ist die für eine Brennstoffzelle charakteristische Stromdichte-Spannungs-Kenn- linie (kurz : i-U-Kennlinie, vgl. dazu z. B. Larminie/Dicks, "Fuel Cell Systems Explained", Wiley 2001, S. 37 ff.). Die Stromdichte (i) ist der Strom pro Flächeneinheit (A) : i = I/A.

Bei geringer Last fließt nur ein geringer Strom I, der einer geringen Stromdichte i entspricht. Gemäß üblicher i-U-Kennlini- en liegt bei geringen Stromdichten i eine hohe Spannung an, die im Falle i = 0 den höchsten Wert, die sogenannte Elektromotori- sche Kraft (EMK) erreicht. Mit zunehmender Last, und damit mit zunehmender Stromdichte, fällt die Spannung ab, was seine Ursa- che in diversen Überspannungen hat.

Bei Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenstapeln des Standes der Technik wird üblicherweise die gesamte elektrochemisch ak- tive Fläche einer Brennstoffzelle betrieben. Ein höherer Bedarf an Leistung wird dabei üblicherweise gemäß P = U I durch Er- höhung der Stromproduktion einer Brennstoffzelle befriedigt, was wiederum durch gesteigert Brennstoffzufuhr realisiert wird.

Gemäß der i-U-Kennlinie fällt dabei die Spannung ab.

Starke Spannungsspreizungen sind jedoch nachteilhaft für die Leistungselektroniken, die üblicherweise die Leistungsentnahme aus den Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenstapeln steuern, da bestimmte elektronische Bauteile dieser Leistungselektroni- ken durch schnelle Spannungsänderungen Schaden nehmen können.

Ferner arbeiten übliche Leistungselektroniken bei annähernd konstanten Spannungen effektiver und tragen so zu einem besse- ren Wirkungsgrad von Brennstoffzellen bei.

Gemäß der Erfindung wird ein erhöhten Leistungsbedarf an einen Brennstoffzellenstapel nicht durch erhöhte Stromproduktion der einzelnen Brennstoffzellen befriedigt, sondern durch Erhöhung der aktiven Fläche der Brennstoffzellen. Dadurch kann die Srom- produktion der Brennstoffzellen erhöht werden, ohne daß die Spannung abfällt. Dadurch wird große Lastspreizung bei geringer Spannungsspreizung möglich.

Ebenso kann bei verringertem Leistungsbedarf elektrochemisch aktive Fläche in den Brennstoffzellen verringert werden. Das hat den Vorteil, daß die Spannung bei nachlassender Strompro- duktion nicht unerwünscht stark ansteigt, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Hohe Spannungen können zwei Nachteile aufweisen. Zum einen können bestimmte Bauteile der Leistungs- elektroniken beschädigt werden. Zum anderen können bei beson- ders hohen Spannungen (z. B. Einstellungen bei i « wobei imax die maximale Stromdichte einer Brennstoffzelle ist) die Zersetzungsspannungen einiger in den Brennstoffzellen verwende- ten Materialien erreicht oder sogar überschritten werden, was unerwünschte elektrochemische Korrosion dieser Materialien zur Folge hat.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bestimmten Flächen der Brennstoffzellen bei nachlassendem Leistungsbedarf der Brenn- stoff entzogen, wodurch Strom und Spannung über diesen Flächen auf Null absinken, während andere Flächen annähernd konstant weiterbetrieben werden, Strom produzieren und dadurch eine mittlere Spannung erzeugen. Schädlich hohe Spannungen werden dadurch vermieden.

Ein weiterer Vorteil ist, daß sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine geringere Ausgangsspannung eines Brennstoffzel- lenstapels bei annähernd gleicher Leistungsentnahme einstellen läßt, was den erwähnten nachteilhaften Wirkungen zu hoher Span- nungen auf eine Leistungselektronik und hinsichtlich der elek- trochemischen Korrosion vorbeugt.

Weiter vorteilhaft ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei Brennstoffzellenstapeln, die in einem Brennstoffzellenstapel- Array parallel geschaltet sind, eine Anpassung der Ausgangs- spannungen der einzelnen Brennstoffzellenstapel auf den glei- chen Zielwert ermöglicht. Dadurch können unerwünschte Querströ-

me zwischen den einzelnen Brennstoffzellenstapeln vermieden werden.

Vorteilhaft können auch die Zuführungskanäle zu den Kühlräumen der Brennstoffzelle, die der Führung eines Kühlmediums dienen, geöffnet oder geschlossen werden. Dabei wird die Größe der ak- tiven Kühlfläche, die im Wärmekontakt mit der Zellfläche steht, verändert.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die Zu- führungskanäle zu der Zellfläche mittels einer oder mehrerer verschiebbarer Lochplatten geöffnet oder verschlossen. Eine Lochplatte weist dabei Durchbrechungen auf, die entsprechend der Anordnung der Zuführungskanäle ausgeführt sind. Durch Ver- schieben der Lochplatten können die Durchbrechungen einer Loch-. platte in Überdeckung mit den Zuführungskanälen gebracht wer- den. In diesem Fall sind die Zuführungskanäle offen und eine Versorgung der entsprechenden Kanalbereiche und somit der Zell- fläche mit den Reaktionsmedien ist möglich. Mittels der Loch- platte kann eine entsprechend der Durchbrechungen vorgegebene Anzahl an Zuführungskanälen gleichzeitig geschlossen oder geöf- fnet werden. Durch Öffnen und Schließen der Zuführungskanäle wird somit die Größe der Zellfläche eingestellt und an die Men- ge der Reaktionsmedien im geforderten Lastbereich der Brenn- stoffzelle angepaßt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die Zuführungskanäle zu der Zellfläche mittels eines Drehsperr- schiebers verschlossen. Durch Drehen des Drehsperrschiebers können somit die Zuführungskanäle geöffnet oder geschlossen werden.

Vorteilhaft ist es auch möglich, die Abführungskanäle für die Abführung von einem oder von beiden Reaktionsmedien von der

Zellfläche zu verschließen. Dadurch wird verhindert, dass ein Reaktionsmedium von einem Abführungskanal aus an die Zellfläche zurückfließt, welcher durch einen verschlossenen Zuführungska- nal bereits verschlossen ist. Außerdem können vorteilhaft auch die Abführungskanäle für das Kühlmedium verschlossen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich- tung sieht vor, daß innerhalb eines oder mehrerer Ports, über die Brennstoffe oder Oxidanten einem Brennstoffzellenstapel zu- geführt werden, Konststoffrohre mit entsprechenden Aussparungen eingebracht werden. Die Rohre werden an den Stapelenden gela- gert, beispielsweise mit Gleitlagern, und an einem Ende mit ei- ner Antriebseinheit versehen. Diese Antriebseinheit. muß das Rohr um 0° bis etwa 90° oder, je nach Gestaltung des Ports, um 180° drehen können, um 0 bis etwa 90 % der Zuführungskanäle in eine Brennstoffzelle zu sperren. Damit wird eine Leistungsabga- be eines Brennstoffzellenstapels von 100 % bis etwa 5 % er- reicht.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Größe der Zellfläche im Bereich zwischen 5% und 100% ihrer Ge- samtgröße einzustellen. Dadurch wird ein stabiler Betrieb der Brennstoffzelle bei hohem Wirkungsgrad (speziell bei DMFC durch Verminderung des Methanoldurchbruchs) auch im Lastbereich der Brennstoffzelle von unterhalb 10% möglich.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver- fahren zum Betrieb eines PEM-oder DMFC-Brennstoffzellenstapels im Minimal-oder Teillastbereich, bei dem die Größe der Zell- fläche, an der die Brennstoffzellenreaktion stattfindet, durch Öffnen oder Verschließen von Zuführungskanälen, die der Zufüh- rung von einem oder beiden Reaktionsmedien an die Zellfläche dienen, verändert wird.

Das Verfahren ermöglicht einen stabilen Betrieb des Brennstoff- zellenstapels und eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Brenn- stoffzellenstapels, insbesondere bei DMFC.

Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß bei Nullast, d. h. bei i = 0, die Zuführung von einem oder beiden Reaktionsmedien unterbrochen und der Brenn- stoffzellenstapel gleichzeitig elektrisch kurzgeschlossen wird.

Das hat den Vorteil, daß hohe Spannungen wie z. B. Leerlaufspan- nungen, die bei Nullast die Zersetzungsspannungen von einge- setzten Materialien überschreiten können, nicht entstehen kön- nen und so eine elektrochemische Korrosion von Komponenten des Stapels verhindert werden kann.

Ursache für die erwähnten Leerlaufspannungen bei Nullast ist, daß nach Betrieb des Brennstoffzellenstapels unter Belastung noch Reaktionsmedien in den einzelnen Brennstoffzellen vorhan- den sind und elektrochemisch abreagieren können, wobei sich die Leerlaufspannung einstellt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher bevorzugt, daß der Brennstoffzellenstapel nach Belastung bei Nullast kurz- geschlossen wird, um vorhandene Spannungen abzubauen, und die Zuführung von einem oder beiden Reaktionsmedien unterbrochen wird, um das Fortschreiten der elektrochemischen Reaktion zu unterbinden.

Der Kurzschluß kann durch eine geeignete Vorrichtung, beispiel- sweise einen Schalter in einer Kurzschlußleitung und einem Ent- ladewiderstand, ausgeführt werden.

Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Ver- fahrens sieht vor, daß bei Nullast, d. h. bei i = 0, nicht nur die Zuführung von einem oder beiden Reaktionsmedien. unterbro- chen wird und der Brennstoffzellenstapel gleichzeitig elek- trisch kurzgeschlossen wird, sondern daß auch die Abführung von einem oder beiden Reaktionsmedien unterbrochen wird.

Das gleichzeitige Unterbrechen von Zu-und Abführungskanälen kann insbesondere bei Wasserstoff als Brennstoff nötig sein, da sonst eine Versorgung von der Ausgangsseite her möglich ist.

Der abreagierende Wasserstoff kann nämlich ein Vakuum erzeugen, durch das weiterer Brennstoff von der Ausgangsseite angesaugt wird. Das gleiche kann für die Kathodenseite gelten, insbeson- dere dann, wenn reiner Sauerstoff verwendet wird. Bei Betrieb mit Reformatgas, beispielsweise mit einem H2-Gehalt von 50 bis 60 Gew.-%, und mit Luft sorgt der Anteil an inerten Komponenten im Gas dafür, daß dieser Effekt deutlich vermindert ist.

Weiter bevorzugt ist es, wenn die Unterbrechung der Zuführung und/oder der Abführung von einem oder beiden Reaktionsmedien durch Verschließen aller Zu-und/oder Abführungskanäle statt- findet.

Das hat den Vorteil, daß die Abschaltung bei Nullast sehr schnell und ohne unnötigen Brenstoffverbrauch erfolgen kann, was den Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapels weiter erhöht.

Für das Öffnen oder Verschließen der Abführungskanälen können prinzipiell dieselben Mittel vorgesehen werden wie für das Öff- nen oder Verschließen der Zuführungskanäle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen und un- ter Bezugnahme von Beispielen näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine erste beispielhafte Ausführung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels verschiebbarer Lochplatten in 3 verschiedenen Betriebsstellungen, Fig. 2 eine weitere beispielhafte Ausführung zur Durchfüh- rung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Drehsperrschiebers, Fig. 3 eine beispielhafte Darstellung zum Vergleich des Wir- kungsgrades einer DMFC-Brennstoffzelle im unteren Lastbe- reich mit voller aktiver Zellfläche gegenüber verringer- ter aktiver Zellfläche.

Fig. 1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführung zur Durchfüh- rung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels verschiebbarer Lochplatten 1. Dabei ist in einer Schnittdarstellung ein Brenn- stoffzellenstapel 4 in Seitenansicht gezeigt. Der Brennstoff- zellenstapel 4 wird durch die Stapelung von mehreren Fluidver- teilerplatten 3 gebildet. In den Fluidverteilerplatten 3 sind Kanalbereiche (nicht dargestellte) ausgeführt, die zur Vertei- lung der Reaktionsmedien an die nicht dargestellte aktive Zell- fläche dienen. Unter einer aktiven Zellfläche wird insbesondere eine Membran-Elektroden-Einheit, auch abgekürzt als MEA be- zeichnet, verstanden. Eine MEA umfaßt dabei eine Anode, eine Kathode und eine dazwischen angeordnete, protonenleitende Elek- trolytmembran. Mittels der protonenleitenden Elektrolytmembran (PEM) wird ein Protonentransport von der Anode zur Kathode ge- währleistet. Die MEA ist dabei zwischen den Fluidverteilerplat- ten 3 angeordnet, welche von den Zuführungskanälen 2 mit den Reaktionsmedien versorgt werden.

Die Zuführungskanäle 2 und somit der Zugang zu den entsprechen- den Kanalbereichen werden mittels Lochplatten 1 verschlossen.

Die Lochplatten 1 sind senkrecht zu den Fluidverteilerplatten 3 und somit senkrecht zu den Zuführungskanälen 2 angeordnet. Die Lochplatten 1 weisen Durchbrechungen 5 auf, die entsprechend

der Anordnung der Zuführungskanäle 2 ausgeführt sind. Durch Verschieben einer Lochplatte 1 können die Durchbrechungen 5 in der Lochplatte 1 in Deckung zu den Zuführungskanälen 2 gebracht werden, wodurch eine Versorgung des entsprechenden Kanalbe- reichs und somit der aktiven Zellfläche möglich ist. Werden die Durchbrechungen 5 der Lochplattel nicht in Deckung zu den Zu- führungskanälen 2 gebracht, so sind die entsprechenden Kanalbe- reiche verschlossen und die aktive Zellfläche wird nicht mit Reaktionsmedium versorgt.

Die linke Darstellung in Fig. 1 zeigt eine Anordnung der Loch- platten 1, bei der die Durchbrechungen 5 der einzelnen Loch- platten 1 in Überdeckung mit den Zuführungskanälen 2 liegen. Es ist somit der gesamte Kanalbereich in den einzelnen Fluidver- teilerplatten 3 der Brennstoffzelle 4 geöffnet und kann mit den Reaktionsmedien versorgt werden.

In der mittleren Darstellung in Fig. 1 ist die linke Lochplatte 1 derart verschoben, dass die Durchbrechungen 5 der Lochplatte 1 nicht mit den entsprechenden Zuführungskanälen 2 (gestri- chelt) in Deckung liegen. In dem dargestellten Ausschnitt sind somit 1/3 der Zuführungskanäle 2 verschlossen, und werden nicht von den Reaktionsmedien durchströmt.

Die rechte Darstellung in Fig. 1 zeigt, dass durch Verschieben der zweiten Lochplatte 1 weitere Zuführungskanäle 2 verschlos- sen werden. Somit sind in dieser Darstellung nur 1/3 der darge- stellten Zuführungskanäle geöffnet, welche die Reaktionsmedien in die Kanalbereiche der einzelnen Fluidverteilerplatten 3 und somit an die aktive Zellfläche leiten können.

In Fig. 2 ist eine weitere beispielhafte Ausführung zur Durch- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei ist ein Drehsperrschieber 6 in Draufsicht dargestellt. Die Zufüh- rungskanäle 2 sind mit dem Drehsperrschieber 6 verbunden, wobei

durch Drehen des Drehsperrschiebers 6 nacheinander die Öffnun- gen der Zuführungskanäle 2 freigegeben oder verschlossen wer- den. Durch die freigegebenen Zuführungskanäle 2 ist eine Ver- sorgung der aktiven Zellfläche möglich.

Von dem Außenrohr 7, des in Fig. 2 dargestellten Drehsperr- schiebers 6 zweigen mehrere Zuführungskanäle 2 zu den Kanalbe- reichen der Brennstoffzelle und zur aktiven Zellfläche (nicht dargestellt) ab. Innerhalb des Außenrohrs 7 des Drehschiebers 6 ist ein, über einen vorgegebenen Winkelbereich ausgeführtes Bo- gensegment eines Innenrohrs 8 angeordnet. Der Außenradius des Bogensegments des Innenrohrs 8 entspricht dabei dem Innenradius des Außenrohrs 7, wobei das Innenrohr 8 drehbar innerhalb des Außenrohrs 7 gelagert ist. Durch Drehen des Bogensegments des Innenrohrs 8 können die Zuführungskanäle 2 zu den Kanalberei- chen der Brennstoffzelle geöffnet oder geschlossen werden. Da- bei wird ein Zuführungskanal 2 dann geschlossen, wenn das Bo- gensegment des Innenrohrs 8 diesen Zuführungskanal 2 abdeckt.

Wird das Bogensegment des Innenrohrs 8 durch Drehen über die Öffnung des Zuführungskanals 2 hinwegbewegt, ist der Zufüh- rungskanal 2 offen.

Selbstverständlich sind die in Fig. 1 und Fig. 2 erläuterten Ausführungen für die Zuführungskanäle auch für die Abführungs- kanäle durchführbar.

In Fig. 3 ist der Wirkungsgrad einer DMFC-Brennstoffzelle ge- genüber der Leistung der Brennstoffzelle dargestellt, wobei le- diglich der Leistungsbereich unterhalb 10% der Maximalleistung betrachtet wird. Fig. 3 zeigt dabei, wie sich eine verringerte aktive Zellfläche im unteren Leistungsbereich auf den Wirkungs- grad der Brennstoffzelle auswirkt.

In der Darstellung zeigt A den Verlauf des Wirkungsgrades einer Brennstoffzelle, bei der im betrachteten unteren Leistungsbe- reich die gesamte Zellfläche von den Reaktionsmedien angeströmt werden. Dabei fällt der Wirkungsgrad unterhalb einer Leistung von ca. 8% von der Maximalleistung stark ab. Hingegen sind die Wirkungsgrade bei einer verringerten aktiven Zellfläche deut- lich höher.

Kurve B zeigt den Verlauf des Wirkungsgrades für eine Brenn- stoffzelle bei der 2/3 der aktiven Zellflächen mit den Reakti- onsmedien versorgt wird. Der Wirkungsgrad dieser Brennstoffzel- le liegt unterhalb einer Brennstoffzellenleistung von ca. 8% deutlich über dem Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle nach Kurve A und fällt erst ab einer Leistung von 5% stark ab.

Wird die aktive Zellfläche auf 1/3 der Gesamtfläche der aktiven Zellfläche verkleinert (Kurve C), so ist der Wirkungsgrad einer solchen Brennstoffzelle unterhalb einer Leistung von ca. 7% deutlich größer als der Wirkungsgrad nach Kurve A und unterhalb einer Leistung von ca. 5% sogar deutlich größer als der Wir- kungsgrad nach Kurve B. Erst bei einer Leistung von 2% fällt der Wirkungsgrad (Kurve C) dieser Brennstoffzelle ab.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Verkleinerung der aktiven Zellfläche lässt sich in den unteren Leistungsbe- reichen einer Brennstoffzelle ein deutlich höherer Wirkungsgrad erzielen.