DE19649457C1 - High temperature fuel cell and method of manufacturing a high temperature fuel cell - Google Patents
High temperature fuel cell and method of manufacturing a high temperature fuel cellInfo
- Publication number
- DE19649457C1 DE19649457C1 DE19649457A DE19649457A DE19649457C1 DE 19649457 C1 DE19649457 C1 DE 19649457C1 DE 19649457 A DE19649457 A DE 19649457A DE 19649457 A DE19649457 A DE 19649457A DE 19649457 C1 DE19649457 C1 DE 19649457C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel cell
- temperature fuel
- braid
- circuit board
- webs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
- H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Brenn stoffzelle und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Hoch temperatur-Brennstoffzelle.The invention relates to a high temperature firing fabric cell and a method of making a high temperature fuel cell.
Die Komponenten einer planar aufgebauten Hochtemperatur- Brennstoffzelle bzw. eines Hochtemperatur-Brennstoffzellen- Stapels werden aus technischen Gründen mittels eines Glas lotes zusammengefügt. Die Verwendung eines Glaslotes ergibt sich aus der Forderung nach einer sogenannten "schwimmenden Lagerung". Dabei muß das Glaslot bei Abkühl- und Aufheizvor gängen, wie z. B. beim Abkühlen von der Löttemperatur beim Zu sammenfügen auf die Betriebstemperatur oder beim Aufheizen beim Einschaltvorgang auf die Betriebstemperatur, eine aus reichend niedrige Viskosität aufweisen. Eine niedrige Visko sität bedeutet mit anderen Worten eine hohe Fließfähigkeit. Dadurch werden mechanische Spannungen in der Hochtemperatur- Brennstoffzelle vermindert, welche durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der die Hochtemperatur- Brennstoffzelle zusammensetzenden Komponenten bedingt sind. Das Glaslot befindet sich beim Betrieb der Hochtemperatur- Brennstoffzelle somit in einem aufgeweichten Zustand.The components of a planar high temperature Fuel cell or a high-temperature fuel cell For technical reasons, stacks are made using a glass lotes put together. The use of a glass solder results emerge from the demand for a so-called "floating Storage ". The glass solder must be used for cooling and heating gears, such as B. when cooling from the soldering temperature when closing assemble to the operating temperature or when heating up when switching on the operating temperature, one off have sufficiently low viscosity. A low visco In other words, sity means high fluidity. Mechanical stresses in the high temperature Fuel cell diminished by different thermal expansion coefficient of the high temperature Components of the fuel cell are conditional. The glass solder is in the operation of the high temperature Fuel cell thus in a softened state.
Bei dem aus einer Vielzahl von Hochtemperatur-Brennstoffzel len sich zusammensetzenden Hochtemperatur-Brennstoffzellen stapel, in der Fachliteratur wird ein Brennstoffzellenstapel auch "Stack" genannt, liegen unter einer oberen Verbundlei terplatte, welche den Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel abdeckt, der Reihenfolge nach wenigstens eine Schutzschicht, eine Kontaktschicht, eine Elektrolyt-Elektroden-Einheit, eine weitere Kontaktschicht, wenigstens eine weitere Schutz schicht, eine weitere Verbundleiterplatte usw. aufeinander.From a variety of high-temperature fuel cells high-temperature fuel cells stack, in the specialist literature is a fuel cell stack also called "stack", are under an upper compound terplatte, which the high temperature fuel cell stack covers, in order, at least one protective layer, a contact layer, an electrolyte electrode unit, a another contact layer, at least one more protection layer, another composite circuit board, etc. on top of each other.
Die Elektrolyt-Elektroden-Einheit umfaßt dabei zwei Elektro den und einen zwischen den beiden Elektroden angeordneten Festelektrolyten. Die Verbundleiterplatten innerhalb des Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapels sind als bipolare Platten ausgeführt. Diese sind im Gegensatz zu der jeweils am Ende des Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapels angeordneten Verbundleiterplatte auf beiden Seiten mit gasführenden Kanä len für die Versorgung der Festelektrolyt-Elektroden-Einheit mit jeweils einem Betriebsmittel, z. B. Wasserstoff und Sau erstoff, versehen.The electrolyte-electrode unit comprises two electric the and one arranged between the two electrodes Solid electrolytes. The composite circuit boards within the High temperature fuel cell stacks are considered bipolar Plates executed. In contrast to the respective on Arranged end of the high temperature fuel cell stack Composite circuit board on both sides with gas-carrying channels len for the supply of the solid electrolyte electrode unit with one piece of equipment, e.g. B. hydrogen and sow erstoff, provided.
Dabei bilden jeweils ein zwischen den benachbarten Verbund leiterplatten liegende Elektrolyt-Elektroden-Einheit mit den beidseitig an der Elektrolyt-Elektroden-Einheit unmittelbar anliegenden Kontaktschichten, und den an den Kontaktschichten anliegenden Seiten jeder der beiden Verbundleiterplatten zu sammen eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle. Dieser und wei tere Typen von Brennstoffzellen sind beispielsweise aus dem "Fuel Cell Handbook" von A. J. Appleby und F. R. Foulkes, 1989, Seiten 440 bis 454, bekannt.They each form a bond between the neighboring groups PCB-mounted electrolyte electrode unit with the directly on both sides of the electrolyte electrode unit adjacent contact layers, and those on the contact layers adjacent sides of each of the two composite circuit boards together a high temperature fuel cell. This and knows Tere types of fuel cells are for example from the "Fuel Cell Handbook" by A.J. Appleby and F.R. Foulkes, 1989, pages 440 to 454.
Zwei wesentliche Anforderungen an das Zusammenfügen der Kom ponenten zur Hochtemperatur-Brennstoffzelle sind die ausrei chende elektrische Isolierung der Verbundleiterplatten gegen einander, und zugleich die Ausbildung einer guten elektri schen Kontaktierung zwischen jeweils einer Seite der Elektro lyt-Elektroden-Einheit und einer Verbundleiterplatte.Two essential requirements for joining the com Components for high-temperature fuel cells are sufficient appropriate electrical insulation of the composite circuit boards against each other, and at the same time the training of good electri contact between one side of the electrical lyt electrode unit and a composite circuit board.
Als problematisch beim Zusammenfügen der Komponenten der Hochtemperatur-Brennstoffzelle erweist sich, daß diese unter schiedliche Toleranzen und unterschiedliche thermische Aus dehnungskoeffizienten aufweisen. Die unterschiedlichen Tole ranzen entstehen beispielsweise durch mechanische Spannungen oder durch Dickeschwankungen. Unterschiedliche thermische Ausdehnungskooffizienten sind durch die für die Komponenten eingesetzten verschiedenen Werkstoffe bereits vorgegeben.As problematic when assembling the components of the High temperature fuel cell proves to be under different tolerances and different thermal out have expansion coefficients. The different toles Satchels arise, for example, from mechanical tension or through fluctuations in thickness. Different thermal Expansion coefficients are given by those for the components used different materials already specified.
Eine unzureichende Kontaktierung begrenzt die Querleitfähig keit der Elektrolyt-Elektroden-Einheit. Dadurch werden die kontaktierten Flächen überlastet und altern bereits frühzei tig.Inadequate contacting limits the transverse conductivity speed of the electrolyte electrode unit. This will make the Contacted areas are overloaded and age early tig.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei einer hohen Be triebstemperatur der Hochtemperatur-Brennstoffzelle von bei spielsweise 950°C an den Oberflächen der Komponenten Reaktio nen mit dem Oxidanten, beispielsweise Sauerstoff oder Luft aus der Umgebung, und dem Brenngas, beispielsweise Wasser stoff, Methan oder Erdgas, unvermeidbar sind.Another problem is that with a high loading operating temperature of the high-temperature fuel cell from for example 950 ° C on the surfaces of the reaction components NEN with the oxidant, such as oxygen or air from the environment, and the fuel gas, for example water substance, methane or natural gas are unavoidable.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Hochtemperatur- Brennstoffzellen werden Geflechte aus Nickel für die elektri sche Kontaktierung zwischen der metallischen Verbundleiter platte und der Anodenseite der Elektrolyt-Elektroden-Einheit verwendet. Beim Aufheizen auf die Löttemperatur zum Zusam menfügen von beispielsweise 1000°C setzt sich bereits bei ei ner niedrigeren Temperatur, z. B. bei 850°C, bei entsprechend niedriger Viskosität des Glaslotes die Hochtemperatur-Brenn stoffzelle bis zur vollständigen Kontaktierung ab. Das Ge flecht wird demzufolge zwischen den Stegen der Verbundleiter platte und der Elektrolyt-Elektroden-Einheit eingeklemmt.In the high-temperature known from the prior art Fuel cells are made of nickel for the electri Contact between the metallic composite conductor plate and the anode side of the electrolyte electrode unit used. When heating up to the soldering temperature together Menue of 1000 ° C, for example, is already established at egg ner lower temperature, e.g. B. at 850 ° C, accordingly low viscosity of the glass solder the high temperature firing fabric cell until contact is complete. The Ge Braiding is therefore between the webs of the composite conductor plate and the electrolyte electrode unit is clamped.
Bei der Betriebstemperatur der Hochtemperatur-Brennstoffzelle ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Nickels größer als derjenige der metallischen Verbundleiterplatte, welche beispielsweise aus CrFe5Y2O3 1 besteht, bzw. der Elektrolyt- Elektroden-Einheit. Damit dehnt sich das Geflecht stärker aus als die Verbundleiterplatte bzw. die Elektrolyt-Elektroden- Einheit. Dadurch wird eine Verbiegung des Geflechts aus Nic kel verursacht, was zu einer partiellen Trennung der Kontakte zwischen dem Geflecht und der metallischen Verbundleiterplat te bzw. der Anodenseite der Elektrolyt-Elektroden-Einheit führt. Die Ausbildung eines Oxidfilmes an der Oberfläche der Verbundleiterplatte führt ebenfalls zu einem erhöhten Serien widerstand, was zugleich zu einer Reduzierung der elektrisch en Stromdichte führt.At the operating temperature of the high-temperature fuel cell, the coefficient of thermal expansion of the nickel is greater than that of the metallic composite printed circuit board, which consists for example of CrFe 5 Y 2 O 3 1, or the electrolyte electrode unit. This means that the braid expands more than the composite circuit board or the electrolyte electrode unit. This causes the braid to bend out of nickel, which leads to a partial separation of the contacts between the braid and the metallic composite printed circuit board or the anode side of the electrolyte electrode unit. The formation of an oxide film on the surface of the composite circuit board also leads to an increased series resistance, which at the same time leads to a reduction in the electrical current density.
Außerdem ist aus den Schriften DE 42 37 602 A1 und DE 39 22 673 C2 jeweils eine Funktionsschicht bekannt, die zwischen Elektrode und Verbundleiterplatte (hier bipolare Platte) angeordnet ist und den elektrischen Kontakt zwischen den beiden verbessert. In der DE 43 40 153 C1 ist dazu ein elektrisch leitendes, elastisches und gasundurchlässiges Kon taktkissen mit einer verformbaren Oberflächenstruktur vorge sehen.In addition, the documents DE 42 37 602 A1 and DE 39 22 673 C2 each have a functional layer known between electrode and composite circuit board (here bipolar Plate) is arranged and the electrical contact between improved the two. DE 43 40 153 C1 describes this electrically conductive, elastic and gas impermeable con tact pad with a deformable surface structure see.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Hochtem peratur-Brennstoffzelle anzugeben, welche eine erhöhte elek trische Stromdichte im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Hochtemperatur-Brennstoffzellen aufweist. Außerdem soll ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hochtemperatur-Brennstoffzelle angegeben werden. The invention is therefore based on the object, a Hochtem to indicate temperature fuel cell, which has an increased elec current density compared to that of the prior art Known technology high-temperature fuel cells. In addition, a method for producing such High temperature fuel cell can be specified.
Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit wenigstens ei ner metallischen Verbundleiterplatte, die auf einer Oberflä che parallel zueinander verlaufende Stege aufweist, auf denen ein Geflecht so angeordnet ist, daß wenigstens ein Flechtfa den des Geflechts schräg zu den Kanten der Stege angeordnet ist.The first-mentioned object is achieved according to the invention by a high temperature fuel cell with at least one egg ner metallic composite circuit board, which on a surface che has parallel webs on which a braid is arranged so that at least one wicker that of the braid arranged obliquely to the edges of the webs is.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Hochtemperatur- Brennstoffzelle mit wenigstens einer metallischen Verbundlei terplatte, die auf einer Oberfläche parallel zueinander ver laufende Stege aufweist, auf denen ein Geflecht so angeordnet ist, daß wenigstens ein Flechtfaden des Geflechts schräg zu den Kanten der Stege angeordnet ist, wobei das Geflecht durch Schweißen auf der metallischen Verbundleiterplatte befestigt wird.The second object is achieved according to the invention through a method of manufacturing a high temperature Fuel cell with at least one metallic compound terplatte ver on a surface parallel to each other has running webs on which a braid is arranged is that at least one braid of the braid slants to the edges of the webs is arranged, the braid through Welding attached to the metal composite circuit board becomes.
Bei dieser Hochtemperatur-Brennstoffzelle wird die elektri sche Stromdichte um ungefähr 30 bis 50% von 600 bis 800 mA/cm2 auf 1000 bis 1300 mA/cm2 erhöht. Da die Flechtfäden nicht mehr, wie aus dem Stand der Technik bekannt, senkrecht oder parallel zu den Stegen angeordnet sind, werden die un terschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Ge flechts, der metallischen Verbundleiterplatte und der Elek trolyt-Elektroden-Einheit weitgehend durch eine Querverbie gung der Flechtfäden kompensiert. Durch diese Verformung wird der Kontakt zwischen der Verbundleiterplatte und der Elektro lyt-Elektroden-Einheit nicht beeinträchtigt. Außerdem wird die Anzahl der Knoten des Geflechts für den elektrischen Kon takt aufgrund dieser Anordnung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Hochtemperatur-Brennstoffzellen erhöht, was ebenfalls zu einer Erhöhung der elektrischen Stromdichte beiträgt. In this high-temperature fuel cell, the electrical current density is increased by approximately 30 to 50% from 600 to 800 mA / cm 2 to 1000 to 1300 mA / cm 2 . Since the braiding threads are no longer, as is known from the prior art, arranged vertically or parallel to the webs, the different thermal expansion coefficients of the mesh, the metallic composite printed circuit board and the electrolyte electrode unit are largely provided by a transverse connection Braided threads compensated. This deformation does not affect the contact between the composite circuit board and the electrolyte electrode unit. In addition, the number of nodes of the braid for the electrical contact is increased due to this arrangement compared to the high-temperature fuel cells known from the prior art, which also contributes to an increase in the electrical current density.
Um die gleiche Ausgangsleistung wie für einen aus dem Stand der Technik bekannten Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel zu erhalten, werden 30 bis 50% weniger Hochtemperatur-Brenn stoffzellen benötigt.To the same output power as for a standing one the high-temperature fuel cell stack known in the art to get 30 to 50% less high temperature firing fabric cells needed.
Vorzugsweise ist der Winkel β zwischen den Flechtfäden und den Kanten der Stege zwischen 35° und 55° groß. Durch die Wahl dieses Winkelbereiches wird die Anzahl der Knoten maxi miert und demzufolge eine hohe Stromdichte erzielt. Außerdem ist eine ausreichende Durchlässigkeit des Geflechts für das Betriebsgas gegeben.Preferably, the angle is β between the braiding threads and the edges of the webs between 35 ° and 55 °. Through the Choosing this angular range, the number of nodes is maxi miert and consequently achieved a high current density. Furthermore is a sufficient permeability of the braid for the Operating gas given.
Insbesondere ist der Winkel β ungefähr 45° groß.In particular, the angle β is approximately 45 °.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Winkel α zwischen den Flechtfäden größer 90°. Durch die Verwendung eines Geflechts, bei dem die Flechtfäden nicht rechtwinklig zueinander ange ordnet sind, wird die elektrische Stromdichte ebenfalls er höht.In a further embodiment, the angle α between the Braiding threads greater than 90 °. By using a braid, in which the braiding threads are not at right angles to each other are arranged, the electrical current density is also he increases.
Insbesondere ist der Querschnitt der Flechtfäden kreisförmig. Dadurch wird eine kostengünstige Realisierung des Geflechts erreicht.In particular, the cross section of the braiding threads is circular. This makes the braiding cost-effective reached.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Querschnitt der Flechtfäden rechtwinklig. Durch das rechtwinklig gewählte Profil wird die Kontaktfläche zu der metallischen Verbundlei terplatte bzw. der Anodenseite der Elektrolyt-Elektroden-Ein heit vergrößert. In a further embodiment, the cross section is Braiding threads at right angles. By the right angle Profile becomes the contact area to the metallic composite terplatte or the anode side of the electrolyte electrode enlarged.
Vorzugsweise wird das Geflecht durch Elektronenstrahlschwei ßen, Laserschweißen oder Diffusionsschweißen befestigt.The braid is preferably welded by electron beam welding, laser welding or diffusion welding.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.Further advantageous embodiments of the invention are in the Sub-claims reproduced.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausfüh rungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:To further explain the invention, the Ausfü Example of the drawing referenced. Show it:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Hochtemperatur-Brennstoff zelle in perspektivischer Darstellung und Fig. 1 shows a section of a high-temperature fuel cell in perspective and
Fig. 2 einen Flechtfaden eines Geflechts in perspektivischer Darstellung. Fig. 2 is a braid of a braid in a perspective view.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Hochtemperatur-Brennstoffzelle 2 über einander angeordnet eine metallische Verbundleiterplatte 4, wenigstens eine nicht weiter dargestellte Schutzschicht, ein Geflecht 6 und eine nicht weiter dargestellte Elektrolyt- Elektroden-Einheit, wobei die Anodenseite der Elektrolyt- Elektroden-Einheit auf der dem Geflecht 6 zugewandten Seite angeordnet ist.According to Fig. 1 comprises a high-temperature fuel cell 2 arranged one above another, a metallic composite conductor plate 4, at least one protective layer, not shown, a braid 6, and an electrolyte, not shown electrode assembly, wherein the anode side of the electrolyte electrode assembly on the the braid 6 facing side is arranged.
Auf einer Oberfläche 8 der metallischen Verbundleiterplatte 4, wobei diese aus einer Chrombasislegierung besteht, sind gasführende Kanäle 10 parallel zueinander angeordnet. Die gasführenden Kanäle 14 führen dabei ein Betriebsmittel, bei spielsweise Wasserstoff (H2), für die Versorgung der Anoden seite der Elektrolyt-Elektroden-Einheit. Die gasführenden Ka näle 10 sind jeweils durch Stege 12 voneinander getrennt. Gas-conducting channels 10 are arranged parallel to one another on a surface 8 of the metallic composite printed circuit board 4 , which consists of a chromium-based alloy. The gas-carrying channels 14 carry an operating medium, for example hydrogen (H 2 ), for supplying the anode side of the electrolyte electrode unit. The gas-carrying channels 10 are each separated from one another by webs 12 .
Werden mehrere Hochtemperatur-Brennstoffzellen 2 zu einem Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel zusammengesetzt, und befindet sich dabei die Hochtemperatur-Brennstoffzelle 2 in nerhalb des Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapels angeord net, so ist die metallische Verbundleiterplatte 4 als bipo lare Platte ausgeführt. Dabei ist die nicht näher dargestell te Unterseite der metallischen Verbundleiterplatte 4 in gleicher Weise wie die Oberfläche 8 strukturiert.If several high-temperature fuel cells 2 are assembled to form a high-temperature fuel cell stack, and the high-temperature fuel cell 2 is located within the high-temperature fuel cell stack, the metallic composite printed circuit board 4 is designed as a bipolar plate. The underside of the metallic composite circuit board 4, not shown in more detail, is structured in the same way as the surface 8 .
Über die Stege 12 wird eine elektrisch leitende Verbindung mit der Anode der Elektrolyt-Elektroden-Einheit erreicht.An electrically conductive connection to the anode of the electrolyte electrode unit is achieved via the webs 12 .
Das Geflecht 6, welches auf der Oberfläche 9 der Stege 12 der metallischen Verbundleiterplatte 4 zum Herstellen des elek trischen Kontaktes zwischen der Verbundleiterplatte 4 und der Anode der Elektrolyt-Elektroden-Einheit angeordnet ist, setzt sich aus den Flechtfäden 14, 16 zusammen. Das Geflecht ist da bei zusammenhängend und überbrückt die zwischen den Stegen 12 angeordneten Kanäle 10.The braid 6 , which is arranged on the surface 9 of the webs 12 of the metallic composite printed circuit board 4 for producing the electrical contact between the composite printed circuit board 4 and the anode of the electrolyte electrode unit, is composed of the braided threads 14 , 16 . The braid is coherent and bridges the channels 10 arranged between the webs 12 .
Das Geflecht 6 wird dabei so auf der Verbundleiterplatte 6 angeordnet, daß die Flechtfäden 14, 16 schräg zu den Kanten 20 der Stege 12 verlaufen. Bei den aus dem Stand der Technik be kannten Hochtemperatur-Brennstoffzellen verlaufen die Flecht fäden 14, 16 parallel oder senkrecht zu den Kanten der Stege. Demgegenüber wird bei der vorliegenden Anordnung des Ge flechts 6 auf der Verbundleiterplatte 4 die Anzahl der Knoten 24 auf der Oberfläche 9 der Stege 12 erhöht. Dadurch entste hen mehr Kontaktpunkte zwischen der Verbundleiterplatte 4 und der Elektrolyt-Elektroden-Einheit, wodurch eine erhöhte elek trische Stromdichte erreicht wird. The braid 6 is in this case arranged on the composite printed circuit board 6 that the braiding threads 14, 16 extend obliquely to the edges 20 of the webs 12th In the high-temperature fuel cells known from the prior art, the braiding threads 14 , 16 run parallel or perpendicular to the edges of the webs. In contrast, in the present arrangement of the Ge braid 6 on the composite circuit board 4, the number of nodes 24 on the surface 9 of the webs 12 is increased. This creates more contact points between the composite printed circuit board 4 and the electrolyte electrode unit, as a result of which an increased electrical current density is achieved.
Vorzugsweise wird der Winkel β 22 zwischen den Flechtfäden 16 und den Kanten 20 der Stege 12 zwischen 35° und 55° groß ge wählt. Dadurch wird die Anzahl der Knoten 24 des Geflechts 6 auf den Stegen 12 weitgehend maximiert und zugleich die Größe der Kontaktfläche der Flechtfäden 14, 16 mit der Oberfläche 9 der Stege 12 optimiert. Vorzugsweise wird der Winkel β 22 un gefähr 45° groß gewählt. Bei nicht weiter dargestellten Ge flechten, welche aus wenigstens zwei Flechtfäden gewebt sind, verlaufen nicht alle Flechtfäden schräg zu den Kanten 20 der Stege 12.The angle β 22 between the braiding threads 16 and the edges 20 of the webs 12 is preferably between 35 ° and 55 ° large. As a result, the number of nodes 24 of the braid 6 on the webs 12 is largely maximized and at the same time the size of the contact area of the braided threads 14 , 16 with the surface 9 of the webs 12 is optimized. The angle β 22 is preferably chosen to be approximately 45 °. In the case of braids, not shown, which are woven from at least two braiding threads, not all braiding threads run obliquely to the edges 20 of the webs 12 .
Der Winkel α 18, der von den Flechtfäden 14 und 16 einge schlossen ist, wird dabei größer 90°, bevorzugt zwischen 120° und 150°, gewählt. Durch diese Maßnahme wird die elektrische Stromdichte ebenfalls erhöht.The angle α 18 , which is closed by the braiding threads 14 and 16 , is chosen to be greater than 90 °, preferably between 120 ° and 150 °. This measure also increases the electrical current density.
In Fig. 2 ist ein einzelner Flechtfaden 14, 16 dargestellt. Dieser Flechtfaden 14, 16 weist dabei einen rechtwinkligen Querschnitt 30 auf. Durch den rechtwinkligen Querschnitt 30 wird die Kontaktfläche zwischen den Flechtfäden 14, 16 und der Oberfläche 9 der Stege 12 ebenfalls vergrößert. In nicht wei ter dargestellten Ausführungsformen ist der Querschnitt 30 quadratisch oder kreisförmig ausgeführt. Durch diese Ausfüh rungsformen werden die Kosten für das Geflecht 6 gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Geflechten verrin gert. Außerdem kann die Dicke der Flechtfäden 14, 16 auch un terschiedlich ausgeführt sein.A single braided thread 14 , 16 is shown in FIG. 2. This braiding thread 14 , 16 has a rectangular cross-section 30 . The right-angled cross section 30 also increases the contact area between the braided threads 14 , 16 and the surface 9 of the webs 12 . In embodiments not shown, the cross section 30 is square or circular. Through this embodiment, the costs for the braid 6 are reduced compared to the braids known from the prior art. In addition, the thickness of the braiding threads 14 , 16 can also be made un different.
Die Flechtfäden 14, 16 bestehen aus Nickel (Ni) oder aus einer hochwarmfesten Legierung, wobei diese Legierung einen thermi schen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der angenähert denen der metallischen Verbundleiterplatte 4 und der Elektrolyt- Elektroden-Einheit ist. Durch diese Maßnahme weisen das Ge flecht 6, die metallische Verbundleiterplatte 4 und die Elek trolyt-Elektroden-Einheit bei der Betriebstemperatur der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 2 ein ähnliches Ausdehnverhal ten auf.The braiding threads 14 , 16 consist of nickel (Ni) or of a heat-resistant alloy, this alloy having a thermal expansion coefficient which is approximately that of the metallic composite printed circuit board 4 and the electrolyte electrode unit. By this measure, the Ge braid 6 , the metallic composite circuit board 4 and the electrolyte electrode unit at the operating temperature of the high-temperature fuel cell 2 have a similar expansion behavior.
Zum Befestigen des Geflechts 6 auf den Stegen 12 werden Schweißverfahren angewendet. Dabei bieten sich bevorzugt das Elektronenschweißen, das Laserschweißen und das Diffusions schweißen an.Welding methods are used to fasten the braid 6 to the webs 12 . Electron welding, laser welding and diffusion welding are preferred.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19649457A DE19649457C1 (en) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | High temperature fuel cell and method of manufacturing a high temperature fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19649457A DE19649457C1 (en) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | High temperature fuel cell and method of manufacturing a high temperature fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19649457C1 true DE19649457C1 (en) | 1998-06-10 |
Family
ID=7813098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19649457A Expired - Fee Related DE19649457C1 (en) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | High temperature fuel cell and method of manufacturing a high temperature fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19649457C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000010214A2 (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature fuel cell with a nickel network on the anode side and high-temperature fuel cell stack having said cell |
| WO2000010217A2 (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature fuel cell with a nickel network on the anode side and high-temperature fuel cell stack having said cell |
| WO2002101859A2 (en) * | 2001-06-13 | 2002-12-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fuel cell and method for producing such a fuel cell |
| WO2005027246A2 (en) | 2003-09-08 | 2005-03-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Electric contact for high-temperature fuel cells and methods for the production of said contact |
| US7897289B2 (en) | 2003-09-08 | 2011-03-01 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Stackable high-temperature fuel cell |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5034288A (en) * | 1989-01-18 | 1991-07-23 | Asea Brown Boveri Ltd. | Arrangement of fuel cells based on a high-temperature solid electrolyte of stabilized zirconium oxide for achieving maximum possible power |
| US5064734A (en) * | 1989-10-27 | 1991-11-12 | Asea Brown Boveri Ltd. | Current-transmitting components for stacked high-temperature fuel cells and method of producing them |
| DE3922673C2 (en) * | 1989-07-10 | 1993-06-17 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De | |
| DE4237602A1 (en) * | 1992-11-06 | 1994-05-11 | Siemens Ag | High temperature fuel cell stack and process for its manufacture |
| DE4340153C1 (en) * | 1993-11-25 | 1995-03-09 | Solentec Ges Fuer Solare Und E | Device for making contact with the electrodes of high-temperature fuel cells |
| EP0722193A1 (en) * | 1995-01-16 | 1996-07-17 | Sulzer Innotec Ag | Elektrochemical active element for a planar high-temperature fuel cell |
-
1996
- 1996-11-28 DE DE19649457A patent/DE19649457C1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5034288A (en) * | 1989-01-18 | 1991-07-23 | Asea Brown Boveri Ltd. | Arrangement of fuel cells based on a high-temperature solid electrolyte of stabilized zirconium oxide for achieving maximum possible power |
| DE3922673C2 (en) * | 1989-07-10 | 1993-06-17 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De | |
| US5064734A (en) * | 1989-10-27 | 1991-11-12 | Asea Brown Boveri Ltd. | Current-transmitting components for stacked high-temperature fuel cells and method of producing them |
| DE4237602A1 (en) * | 1992-11-06 | 1994-05-11 | Siemens Ag | High temperature fuel cell stack and process for its manufacture |
| DE4340153C1 (en) * | 1993-11-25 | 1995-03-09 | Solentec Ges Fuer Solare Und E | Device for making contact with the electrodes of high-temperature fuel cells |
| EP0722193A1 (en) * | 1995-01-16 | 1996-07-17 | Sulzer Innotec Ag | Elektrochemical active element for a planar high-temperature fuel cell |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000010214A2 (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature fuel cell with a nickel network on the anode side and high-temperature fuel cell stack having said cell |
| WO2000010217A2 (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature fuel cell with a nickel network on the anode side and high-temperature fuel cell stack having said cell |
| WO2000010217A3 (en) * | 1998-08-11 | 2000-05-11 | Siemens Ag | High-temperature fuel cell with a nickel network on the anode side and high-temperature fuel cell stack having said cell |
| WO2000010214A3 (en) * | 1998-08-11 | 2000-06-02 | Siemens Ag | High-temperature fuel cell with a nickel network on the anode side and high-temperature fuel cell stack having said cell |
| WO2002101859A2 (en) * | 2001-06-13 | 2002-12-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fuel cell and method for producing such a fuel cell |
| WO2002101859A3 (en) * | 2001-06-13 | 2003-05-08 | Bayerische Motoren Werke Ag | Fuel cell and method for producing such a fuel cell |
| WO2005027246A2 (en) | 2003-09-08 | 2005-03-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Electric contact for high-temperature fuel cells and methods for the production of said contact |
| US7897289B2 (en) | 2003-09-08 | 2011-03-01 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Stackable high-temperature fuel cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69838679T2 (en) | ELECTRICAL CONDUCTIVITY IN A FUEL CELL ARRANGEMENT | |
| DE19681750B4 (en) | Electrical connection device for a planar fuel cell and its use | |
| DE69607930T2 (en) | Molten carbonate fuel cell and energy recovery system containing this fuel cell | |
| DE19502391C1 (en) | Membrane electrode unit formed by combining flat single cells and their use | |
| DE69102669T2 (en) | Solid oxide fuel cells. | |
| EP0960447B1 (en) | Interconnector for sofc fuel cell piles | |
| DE69015939T2 (en) | Fuel cell generator. | |
| DE60217138T2 (en) | ELECTRICAL CONTACT DEVICE FOR A FUEL CELL | |
| EP0432381A1 (en) | Arrangement of elements for the conduction of current between ceramic high temperature fuel cells | |
| EP1844513B1 (en) | Interconnector for high-temperature fuel cells | |
| EP0840947B1 (en) | High-temperature fuel cell and high-temperature fuel cell stack with interconnecting conducting plates provided with a chromium spinel contact layer | |
| DE4009138A1 (en) | FIXED ELECTROLYTE HIGH TEMPERATURE FUEL CELL MODULE | |
| EP1314217B1 (en) | High temperature fuel cell | |
| DE19649457C1 (en) | High temperature fuel cell and method of manufacturing a high temperature fuel cell | |
| DE102020209081A1 (en) | Electrochemical reaction cell stack | |
| DE19835253A1 (en) | High-temperature fuel cell manufacturing method | |
| EP1627445B1 (en) | Electrolytic cell or fuel cell comprising pressure pads and an improved transfer resistance | |
| EP0424691A1 (en) | Arrangement of elements for the conduction of current between ceramic hightemperature fuel cells | |
| DE19605086C1 (en) | High-temperature fuel cell and from such existing high-temperature fuel cell stacks | |
| DE19649456C2 (en) | High temperature fuel cell | |
| DE19836352A1 (en) | High temperature fuel cell has a nickel net fixed in electrically conductive contact with a nickel layer on the fuel gas side of a bipolar plate to reduce chromium oxide layer formation | |
| DE102022121234A1 (en) | Electrochemical reaction cell stack | |
| DE102021109158A1 (en) | Electrochemical reaction cell stack | |
| DE112011103324T5 (en) | Collector material for fuel cells | |
| DE10013900C1 (en) | Fuel cell with perforated planar electrode adjacent to ion exchange layer, has filled edge perforations where electrode is led out through sealant mass |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |