DE10012621A1

DE10012621A1 - Interconnector for fuel cell has at least one hollow volume bounded at least partly by flexible wall and wholly or partially filled with medium that builds up pressure

Info

Publication number: DE10012621A1
Application number: DE10012621A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Dohle
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-09-27
Also published as: WO2001069703A1

Abstract

The device has at least one hollow volume bounded at least partly by a flexible wall and wholly or partially filled with a medium that builds up a pressure. The hollow chamber and flexible wall are located at the position of the interconnector for contact with an electrode. There is an arrangement for setting the pressure in the medium. Independent claims are also included for the following: a fuel cell, a method of making contact between an electrode and an interconnector and a method of operating a fuel cell.

Description

Die Erfindung betrifft einen Interkonnektor für eine Brennstoffzelle, insbesondere für eine Hochtemperatur- Brennstoffzelle (SOFC).The invention relates to an interconnector for a Fuel cell, especially for a high temperature Fuel cell (SOFC).

Eine Brennstoffzelle weist typischerweise eine Anode, einen Elektrolyten und eine Kathode auf. Der Kathode wird ein Oxidationsmittel, z. B. Luft und der Anode wird ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff oder Methanol zugeführt. Kathode und Anode einer Brennstoffzelle wei sen in der Regel eine durchgehende Porosität auf, damit die beiden Betriebsmittel Oxidationsmittel und Brenn stoff den aktiven Bereichen der Elektroden zugeführt werden können. Die Elektrode ist so strukturiert, daß in einer Kollektor-Verteilerplatte abwechselnd Zulei tungskanäle und elektrisch leitende Strom-Leitungsstege eingearbeitet sind. Die Kanäle dienen der Verteilung des gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes oder der Luft, die Leitungsstege der Zufuhr bzw. Abnahme des elektrischen Stromes. Diese Struktur wird auf die poröse Schicht der eigentlichen Elektrode (Verteilungs- bzw. Diffusionsschicht) aufgepreßt, die zum einen der Gas-(Flüssigkeits-)Verteilung, zum anderen der Ver teilung des elektrischen Stromes dient. Die letzte Schicht ist die Katalysatorschicht, in der die eigent lichen elektrochemisch katalysierten Vorgänge stattfin den. A fuel cell typically has an anode an electrolyte and a cathode. The cathode an oxidizing agent, e.g. B. air and the anode becomes a fuel, e.g. B. hydrogen or methanol fed. White cathode and anode of a fuel cell usually have a continuous porosity the two resources oxidizing agent and burning material supplied to the active areas of the electrodes can be. The electrode is structured so that alternately Zulei in a collector distributor plate cable ducts and electrically conductive power line bridges are incorporated. The channels are used for distribution the gaseous or liquid fuel or the Air, the landings of the supply or removal of the electric current. This structure is based on the porous layer of the actual electrode (distribution or diffusion layer) pressed on the one of the Gas (liquid) distribution, on the other hand the Ver division of the electric current is used. The last Layer is the catalyst layer in which the actual electrochemically catalyzed processes the.

Das Anpressen des Interkonnektors auf die Elektrode weist regelmäßig folgende Nachteile auf.Pressing the interconnector onto the electrode regularly has the following disadvantages.

Das Anpressen an die einzelnen Elektroden ist tenden ziell inhomogen.The pressure on the individual electrodes is tendency purposely inhomogeneous.

Gerade bei Einsatz in einer Hochtemperatur-Brennstoff zelle (SOFC) kann es durch Temperaturgradienten oder Temperaturwechsel zu thermisch bedingten Materialspan nungen kommen, die dann zu einer Schädigung der Kon takte führen können.Especially when used in a high temperature fuel cell (SOFC) can be caused by temperature gradients or Temperature change to thermally induced material chip This can lead to damage to the con can run clocks.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Interkonnektor für eine Brennstoffzelle zu schaffen, der diese Nachteile überwindet, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, die einen solchen Interkonnektor auf weist.The object of the invention is an interconnector for to create a fuel cell that has these disadvantages overcomes, as well as a method of operating a Fuel cell that has such an interconnector has.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Interkonnektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle gemäß den Nebenansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausfüh rungsformen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbe zogenen Ansprüchen.The task is solved by an interconnector with the features of claim 1. Furthermore, the task by a method of operating a fuel cell solved according to the subsidiary claims. Advantageous execution forms result from the respective returns drawn claims.

Der erfindungsgemäße Interkonnektor besteht typischer weise aus einem leitfähigen Material, wie beispiels weise Metall. Je nach Anforderung an die Brennstoff zelle ist das Material korrosionsbeständig und/oder temperaturstabil. Der erfindungsgemäße Interkonnektor für eine Brennstoffzelle weist einen Hohlraum auf. The interconnector according to the invention is more typical as made of a conductive material, such as wise metal. Depending on the fuel requirements cell, the material is corrosion-resistant and / or temperature stable. The interconnector according to the invention has a cavity for a fuel cell.

Dieser Hohlraum ist mit einem Medium gefüllt. Als Medium geeignet sind insbesondere druckaufbauende Flüssigkeiten, vorzugsweise nicht korrosiv und tempera turbeständig. Geeignete Flüssigkeiten sind z. B. Alkane oder Alkohole (für Niedertemperatur-Brennstoffzellen). Das Medium verhält sich gegenüber dem Material des Interkonnektors chemisch stabil.This cavity is filled with a medium. As Medium pressure builders are particularly suitable Liquids, preferably non-corrosive and tempera resistant to turbulence. Suitable liquids are e.g. B. Alkanes or alcohols (for low temperature fuel cells). The medium behaves in relation to the material of the Interconnector chemically stable.

Der Interkonnektor weist in dem Bereich des Hohlraumes eine flexible Wand auf. d. h. der Hohlraum wird zumin dest teilweise von einer flexiblen Wand begrenzt. Unter flexibel ist zu verstehen, daß sich die Wand unter be stimmten Umständen verformen kann. Geeignete Umstände sind beispielsweise eine Druckänderung im Hohlraum, der dann bei einer Druckerhöhung zu einer Auswölbung der den Hohlraum angrenzenden flexiblen Wand und bei einer Druckerniedrigung zu einem Einwölben der flexiblen Wand führt. Eine flexible Wand im Interkonnektor wird bei spielsweise durch ein dünnes, leitfähiges Blech reali siert.The interconnector points in the area of the cavity a flexible wall. d. H. the cavity becomes at least partially delimited by a flexible wall. Under is flexible to understand that the wall under be certain circumstances can deform. Suitable circumstances are, for example, a change in pressure in the cavity, the then with a pressure increase to a bulge the cavity adjacent flexible wall and at a Decrease in pressure to arch the flexible wall leads. A flexible wall in the interconnector is used for for example through a thin, conductive sheet reali siert.

Ein solcher Interkonnektor bewirkt bei Druckerhöhung im Hohlraum eine Verformung der angrenzenden flexiblen Wand, die zum schonenden Kontaktieren mit einer Ele ktrode genutzt werden kann. Ein solcher Interkonnektor weist den Vorteil auf, daß er bei geeigneter Verbindung mehrerer Hohlräume ein gleichmäßiges, homogenes Kontak tieren mit einer Elektrode ermöglicht. Das bedeutet, unabhängig von den Kontaktspalten zwischen den einzel nen Kontakten und dem Interkonnektor, die regelmäßig nicht alle exakt gleich breit sind, kommt es bei einem Druckaufbau innerhalb des Mediums in dem Hohlraum des Interkonnektors zu einen einheitlichen Anpreßdruck.Such an interconnector causes an increase in pressure in the Cavity a deformation of the adjacent flexible Wall that is used for gentle contact with an Ele ktrode can be used. Such an interconnector has the advantage that with a suitable connection multiple cavities a uniform, homogeneous contact animals with an electrode. That means, regardless of the contact columns between the individual contacts and the interconnector, who regularly not all of them are exactly the same width, it comes up with one Pressure build-up within the medium in the cavity of the Interconnector to a uniform contact pressure.

Vorteilhaft ist ein solcher Anpreßdruck und damit die hergestellten Kontakte steuerbar. Das bedeutet, daß bei Temperaturschwankungen oder -gradienten, die bislang zu Materialspannungen oder sogar zu Rissen in den Kontak ten führen konnten, durch Variation des Drucks in dem Hohlraum der Anpreßdruck der flexiblen Wand an die Elektrode entsprechend an die Umgebungsbedingungen angepaßt werden kann. Damit kann auch bei unterschied lichen Randbedingungen eine homogene Kontaktierung sichergestellt werden.Such a contact pressure and thus the established contacts controllable. That means that at Temperature fluctuations or gradients that have been increasing so far Material tension or even cracks in the contact by varying the pressure in the Cavity of the contact pressure of the flexible wall to the Electrode according to the environmental conditions can be adjusted. It can also be used to differentiate a homogeneous contact be ensured.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Interkonnek tors, weist dieser einen Hohlraum und eine entsprechend flexible Wand an einer Stelle im Interkonnektor auf, die für einen elektrischen Kontakt mit einer Elektrode vorgesehen ist. Durch die flexible Wand ist ein Kontakt mit einer sich in der Nähe befindlichen, jedoch noch nicht angrenzenden Elektrode unter geeigneten Umständen realisierbar. Beispielsweise kann durch Druckerhöhung in dem Medium des Hohlraumes des Interkonnektors ein Auswölben der flexiblen Wand bewirkt werden, die dann zu einem Kontakt mit der Elektrode führt. Bei Drucker niedrigung innerhalb des Hohlraumes kommt es durch die entsprechende Verformung der Wand zu einem Lösen des Kontaktes mit der Elektrode.In an advantageous embodiment of the Interkonnek tors, this has a cavity and a corresponding flexible wall at one point in the interconnector, for electrical contact with an electrode is provided. There is contact through the flexible wall with one nearby, but still not adjacent electrode under appropriate circumstances realizable. For example, by increasing the pressure in the medium of the cavity of the interconnector Bulge the flexible wall, which is then caused leads to contact with the electrode. At printer low within the cavity it comes from the corresponding deformation of the wall to loosen the Contact with the electrode.

Vorteilhaft weist der erfindungsgemäße Interkonnektor an zwei Seiten flexible Wände auf, so daß die homogene Kontaktierung zu beiden Seiten des Interkonnektors mit den entsprechenden Elektroden stattfinden kann.The interconnector according to the invention advantageously has flexible walls on two sides so that the homogeneous Contact on both sides of the interconnector the corresponding electrodes can take place.

Der Aufbau eines Drucks in dem Medium des Hohlraumes des erfindungsgemäßen Interkonnektors kann auf unter schiedliche Weise erfolgen.The build-up of pressure in the medium of the cavity of the interconnector according to the invention can be found under done in different ways.

Zum einen ist es möglich, den Hohlraum beispielsweise mit einem Anschluß an einen Druckspeicher und entspre chenden Ventilen zu verbinden. Dadurch ist es möglich, im Inneren des Hohlraumes, durch Anschluß an eine Gas flasche oder an einen Kompressor, einen entsprechenden Druck aufzubauen. Der Einsatz von Pumpen erlaubt auch die Verwendung von Flüssigkeiten als Medium.On the one hand, it is possible, for example, the cavity with a connection to a pressure accumulator and correspond appropriate valves to connect. This makes it possible inside the cavity by connecting to a gas bottle or to a compressor, a corresponding Building pressure. The use of pumps also allows the use of liquids as a medium.

Eine alternative Ausführungsform weist einen abge schlossenen Hohlraum gefüllt mit einem Medium auf. Bei dieser Ausführungsform wird die Druckeinstellung in dem abgeschlossenen Hohlraum über die Temperatur geregelt.An alternative embodiment has an abge closed cavity filled with a medium. At In this embodiment, the pressure setting in the closed cavity regulated by temperature.

Diese Ausführungsform kann insbesondere in Niedertempe ratur-Brennstoffzellen zum Einsatz kommen.This embodiment can in particular in low temperature rature fuel cells are used.

Vorteilhaft wird der Hohlraum mit einer Flüssigkeit derart gefüllt, daß sich der gewünschte Druck bei den Betriebstemperaturen der Brennstoffzelle einstellt. Das bedeutet, daß die Flüssigkeit unter den entsprechenden Druckverhältnissen vorteilhaft eine Siedetemperatur aufweisen sollte, die unterhalb der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle liegt. Der Ausdehnungskoeffizient einer Flüssigkeit bewirkt bei einer Temperaturvariation zwar auch eine Druckvariation, aber der sich daraus ergebende Anpreßdruck auf die Kontaktelektroden wäre nachteilig nur schwer kontrollierbar.The cavity with a liquid is advantageous filled so that the desired pressure at the Set operating temperatures of the fuel cell. The means that the liquid is under the appropriate Pressure conditions advantageous a boiling temperature should have that below the operating temperature the fuel cell. The coefficient of expansion a liquid causes a temperature variation a pressure variation, too, but the result of it resulting contact pressure on the contact electrodes would be disadvantageously difficult to control.

Für der Einsatz in einer Niedrigtemperatur-Brennstoff zelle, wie beispielsweise einer PEM, ist eine niedrig siedende Flüssigkeit mit einer Siedetemperatur unter halb von ca. 80°C vorteilhaft geeignet. Diese Ausfüh rungsform benötigt vorteilhaft keinen weiteren appara tiven Aufbau für die Druckerzeugung im Inneren des Interkonnektors.For use in a low temperature fuel cell, such as a PEM, is a low one boiling liquid with a boiling point below half of approx. 80 ° C advantageous. This execution form advantageously requires no further equipment tive structure for generating pressure inside the Interconnector.

Claims

1. interconnector for a fuel cell, characterized in that

- The interconnector has at least one cavity;
- The cavity of the interconnector is at least partially limited by a flexible wall.

2. interconnector according to the preceding claim, characterized, that the cavity with a pressure building medium is completely or partially filled.

3. Interconnector according to one of the previous ones Expectations, characterized, that the cavity and the flexible wall on the Location of the interconnector, which is for the Contact with an electrode is provided.

4. Interconnector according to one of the previous ones Expectations, characterized by a means of on pressure in the medium, which is in the cavity of the interconnector.

5. Interconnector according to one of the previous ones Expectations, characterized by a closed Cavity.

6. Interconnector according to one of the preceding Expectations, characterized by a liquid as Medium that has a boiling point below the Has operating temperature of the fuel cell.

7. interconnector according to the preceding claim, characterized by a liquid with a boiling point below 80 ° C as a medium.

8. Fuel cell comprising an interconnector any of the preceding claims.

9. Method of making contact between an electrode and an interconnector after one of the preceding claims 1 to 7, wherein by suitable means of contact between the flexible Form the wall of the interconnector and the electrode det.

10. The method according to the preceding claim, characterized characterized in that a pressure increase as a means set in the cavity of the interconnector becomes.

11. The method according to the preceding claim, characterized characterized in that the pressure increase by Tempe temperature increase is generated.

12. Method for operating a fuel cell according to Claim 8 with the step it becomes an appropriate amount of medium into the cavity of the interconnector brought so that the operating conditions Fuel cell in the medium such a pressure