DE10052225A1

DE10052225A1 - Interconnector for fuel cells

Info

Publication number: DE10052225A1
Application number: DE10052225A
Authority: DE
Inventors: Frank Thom; Ernst Riensche
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2000-10-21
Filing date: 2000-10-21
Publication date: 2002-06-06
Also published as: WO2002033771A2; WO2002033771A3; AU2002223015A1; EP1332525A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Interkonnektor für eine Brennstoffzelle. Dieser umfaßt Mittel zur Steuerung chemischer Reaktionen, beispielsweise der Methan-Dampf-Reformierungsreaktion. Der Interkonnektor kann zur Katalyse chemischer Reaktionen Mittel zur Aufnahme von Katalysatormaterial aufweisen. Durch eine gezielte räumliche Beaufschlagung können räumlich gezielte chemische Reaktionen, z. B. die Methan-Dampf-Reformierungsreaktion, am Interkonnektor katalysiert werden. Temperaturspitzen können abgebaut werden, und Lebensdauer sowie Wirkungsgrad der Brennstoffzelle werden erhöht.The invention relates to an interconnector for a fuel cell. This includes means for controlling chemical reactions, for example the methane-steam reforming reaction. For the catalysis of chemical reactions, the interconnector can have means for receiving catalyst material. Through targeted spatial exposure, spatially targeted chemical reactions, e.g. B. the methane-steam reforming reaction, catalyzed at the interconnector. Temperature peaks can be reduced, and the service life and efficiency of the fuel cell are increased.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Interkonnektor für Brennstoffzellen.The invention relates to an interconnector for Fuel cells.

Eine Brennstoffzelle weist eine Kathode, einen Elektro lyten sowie eine Anode auf. Der Kathode wird ein Oxida tionsmittel, z. B. Luft und der Anode wird ein Brenn stoff, z. B. Wasserstoff zugeführt.A fuel cell has a cathode, an electric lyte and an anode. The cathode becomes an oxide tion means, e.g. B. air and the anode becomes a focal fabric, e.g. B. supplied hydrogen.

Verschiedene Brennstoffzellentypen sind bekannt, so beispielsweise die Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC) aus der Druckschrift DE 44 30 958 C1 sowie die PEM- Brennstoffzelle aus der Druckschrift DE 195 31 852 C1.Different types of fuel cells are known for example the high temperature fuel cell (SOFC) from the publication DE 44 30 958 C1 and the PEM Fuel cell from the publication DE 195 31 852 C1.

Die Betriebstemperatur einer Hochtemperaturbrennstoff zelle beträgt bis zu 1000°C. An der Kathode einer Hochtemperaturbrennstoffzelle bilden sich in Anwesen heit des Oxidationsmittels Sauerstoffionen. Die Sau erstoffionen passieren den Elektrolyten und rekombinie ren auf der Anodenseite mit dem vom Brennstoff stammen den Wasserstoff zu Wasser. Mit der Rekombination werden Elektronen freigesetzt und so elektrische Energie er zeugt. The operating temperature of a high temperature fuel cell is up to 1000 ° C. On the cathode one High temperature fuel cells form in property of the oxidizing agent oxygen ions. The sow Material ions pass through the electrolyte and recombinant on the anode side with the fuel the hydrogen to water. With the recombination Electrons released and so he electrical energy testifies.

Mehrere Brennstoffzellen werden in der Regel zur Erzie lung großer elektrischer Leistungen durch Verbindungs elemente, sogenannte Interkonnektoren, elektrisch und mechanisch miteinander gekoppelt. Ein Beispiel für ein solches verbindendes Element stellt die aus DE 44 10 711 C1 bekannte bipolare Platte dar. Mittels bipolarer Platten entstehen übereinander gestapelte, elektrisch in Serie geschaltete Brennstoffzellen. Diese Anordnung wird Brennstoffzellenstapel genannt. Die Brennstoffzellenstapel bestehen dann aus den bipolaren Platten und den Elektroden-Elektrolyt-Einheiten.Several fuel cells are usually used to educate high electrical power through connection elements, so-called interconnectors, electrical and mechanically coupled. An example of a such a connecting element is exhibited DE 44 10 711 C1 known bipolar plate. By means bipolar plates are created Electrically connected fuel cells. This The arrangement is called a fuel cell stack. The Fuel cell stacks then consist of the bipolar ones Plates and the electrode-electrolyte units.

Interkonnektoren besitzen neben den elektrischen und mechanischen Eigenschaften regelmäßig auch Gasvertei lerstrukturen. Bei der aus der Druckschrift DE 44 10 711 C1 bekannten bipolaren Platte bestehen die Gasverteilerstrukturen aus Stegen mit Elektrodenkon takt, welche Gaskanäle zur Versorgung der Elektroden voneinander trennen. Gasverteilerstrukturen bewirken, daß die Betriebsmittel gleichmäßig in den Elektroden räumen verteilt werden.In addition to the electrical and mechanical properties regularly also gas distribution lerstrukturen. In the from the publication Known from DE 44 10 711 C1 are the bipolar plate Gas distribution structures made of webs with electrode cones clocks which gas channels to supply the electrodes separate from each other. Effect gas distribution structures, that the resources are even in the electrodes rooms to be distributed.

Es ist bekannt, auch kohlenwasserstoffhaltige Brenn stoffe wie Methan unter Verwendung einer Brennstoffzel le zur Stromerzeugung zu verwenden. Als kohlenwasser stoffhaltiger Brennstoff kann Erdgas vorgesehen werden. Erdgas wird durch Reformierung in ein wasserstoffrei ches Gas umgewandelt. It is also known to contain hydrocarbon fuel substances such as methane using a fuel cell le to use to generate electricity. As coal water fuel containing natural gas can be provided. Natural gas is reformed into a hydrogen free one ches gas converted.

Aus der Druckschrift DE 195 19 847 C1 ist bekannt, Erd gas intern, das heißt unmittelbar an bzw. innerhalb einer Anode einer Brennstoffzelle in Anwesenheit von Wasserdampf gemäß CH₄ + H₂O ↔ CO + 3H₂ zu reformieren. Diese Reformierung wird auch als interne Reformierung bezeichnet.From document DE 195 19 847 C1 it is known to reform natural gas internally, that is to say directly on or within an anode of a fuel cell in the presence of water vapor in accordance with CH ₄ + H ₂ O ↔ CO + 3H ₂ . This reforming is also referred to as internal reforming.

Bei Einspeisung von Erdgas im Anodenraum läuft direkt an einem Metall/YSZ-Cermet die Methan-Dampf-Reformierungs reaktion ab, da die metallische Phase (z. B. Nickel) ge mäß dem Stand der Technik bezüglich der Methan-Dampf- Reformierungsreaktion katalytisch wirkt. Diese Reaktion ist stark endotherm (ΔH = 227.5 kJ/mol bei 1000°C) und entzieht deshalb Wärme aus ihrer Umgebung. Die Reakti onsrate dieser Reaktion ist nachteilig sehr groß im Ver gleich zu der nachfolgenden elektrochemischen Reaktion (bei 900°C Faktor 40). Dies hat zur Folge, daß bereits innerhalb einer Strecke von wenigen Millimetern nach dem Gaseintritt in den Anodenraum die Reformierungsreaktion komplett abgelaufen ist. Die innerhalb dieser kurzen Strecke benötigte Wärme kann durch die langsamer ablau fenden elektrochemischen Reaktionen nicht ausreichend nachgeliefert werden, so daß ein Temperatureinbruch ent stehen kann. Temperatureinbrüche bergen speziell in Hoch temperaturbrennstoffzellen die Gefahr von thermo mechanischen Spannungen, die bis hin zur Rißbildung von Dichtmaterialien, wie z. B. Glasloten, führen können. Nachteilhaft wird die Lebensdauer der Brennstoffzelle herabgesetzt. When natural gas is fed into the anode compartment, it starts up directly a metal / YSZ cermet for methane vapor reforming reaction because the metallic phase (e.g. nickel) ge according to the state of the art with regard to methane vapor Reforming reaction has a catalytic effect. This reaction is strongly endothermic (ΔH = 227.5 kJ / mol at 1000 ° C) and therefore draws heat from its surroundings. The Reacti onsrate of this reaction is disadvantageously very large in ver right to the subsequent electrochemical reaction (at 900 ° C factor 40). This has the consequence that already within a few millimeters of the Gas entry into the anode compartment caused the reforming reaction has completely expired. The within this short The heat needed can stretch due to the slower dissipation electrochemical reactions are not sufficient be supplied so that a temperature drop ent can stand. Temperature drops are particularly high temperature fuel cells the risk of thermo mechanical stresses leading to the formation of cracks Sealing materials such as B. glass solders can lead. The service life of the fuel cell becomes disadvantageous reduced.

Alternativ kann Brennstoff im Inneren eines Brennstoff zellenstapels in zusätzlichen Kammern reformiert wer den. Man spricht dann von einer integrierten Reformie rung. Die endotherme Reformierungsreaktion soll bei der internen bzw. integrierten Reformierung die benötigte Wärme durch die exothermen elektrochemischen Reaktionen beziehen. Gute Wirkungsgrade sollen so erhalten werden.Alternatively, fuel can be inside a fuel who reformed the cell stack in additional chambers the. One then speaks of an integrated reformie tion. The endothermic reforming reaction is said to internal or integrated reforming the required Heat from the exothermic electrochemical reactions Respectively. Good efficiency should be maintained in this way.

Findet in der SOFC eine interne Methan-Dampf-Reformie rungsreaktion bei abgesenkten Betriebstemperaturen von 600-700°C statt, so ist die Reformierungsgeschwindig keit durch die niedrigen Temperaturen unter Umständen stark gehemmt. Nicht alles Methan wird in der Brenn stoffzelle zu Wasserstoff umgewandelt. Nicht erzeugter Wasserstoff kann nicht zur Energieerzeugung genutzt werden. Einbußen im Wirkungsgrad sind die Folge.Finds an internal methane-steam reformie in the SOFC reaction at reduced operating temperatures of 600-700 ° C instead, the reforming is fast due to the low temperatures strongly inhibited. Not all methane is burned cell converted to hydrogen. Not generated Hydrogen cannot be used to generate energy become. The result is a loss in efficiency.

Aus DE 195 19 847 C1 ist das sogenannte Anodensubstrat konzept bekannt. Dabei weist eine tragende Funktion ausübende Anode bezüglich der Methan-Dampf-Reformie rungsreaktion eine nicht katalytisch wirkende und eine katalytisch wirkende Phase auf. Dadurch wird eine räum liche Steuerung der Methan-Dampf-Reformierungsreaktion erreicht. So wird beispielsweise in Bereichen reduzier ter Katalysatorkonzentration eine Verzögerung der Me than-Dampf-Reformierungsreaktion und damit eine gleich mäßigere Temperaturverteilung erzielt. Nachteilig wird eine solche Anode in einem aufwendigen Fertigungsprozeß hergestellt. Der Aufwand zur Herstellung erhöht sich in dem Maße, in dem die Anode mit kontinuierlich oder dis kontinuierlich veränderlichen Katalysatorkonzentratio nen beaufschlagt werden soll.DE 195 19 847 C1 is the so-called anode substrate concept known. It has a supporting function anode exercising for methane vapor reformie a non-catalytic and one catalytic phase. This creates a space Control of the methane-steam reforming reaction reached. For example, there is a reduction in areas ter catalyst concentration a delay in the Me than steam reforming reaction and therefore an equal achieved more moderate temperature distribution. Will be a disadvantage such an anode in a complex manufacturing process manufactured. The effort to manufacture increases in the extent to which the anode with continuous or dis continuously changing catalyst concentration NEN should be applied.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Interkonnek tor zu schaffen, mit dem die gezielte räumliche Steue rung der Temperatur über die räumliche Steuerung chemi scher Reaktionen in Brennstoffzellen, und insbesondere über die Steuerung der Methan-Dampf-Reformierungs reaktion, gewährleistet ist. Eine gleichmäßige Tempera tur ist dadurch gewährleistet und thermo-mechanische Spannungen werden verhindert.The object of the invention is therefore an interconnect to create gate with which the targeted spatial control temperature control via the spatial control chemi shear reactions in fuel cells, and in particular on controlling methane-steam reforming response is guaranteed. An even tempera door is guaranteed and thermo-mechanical Tensions are prevented.

Aufgabe der Erfindung ist weiterhin, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoff zellenstapels bereit zu stellen, mit dem eine gleichmä ßige Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle ge währleistet ist.Another object of the invention is a method for Operating a fuel cell or a fuel to provide a stack of cells with which an even ß temperature distribution in the fuel cell ge is guaranteed.

Die Aufgabe wird durch einen Interkonnektor mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dieser umfaßt Mittel zur Steuerung chemischer Reaktionen. Unter chemischen Reaktionen sind insbesondere Reformierungsreaktionen, wie z. B. die Methan-Dampf-Reformierungsreaktion und die Reaktion zur Reformierung von H₂ aus Erdgas zu ver stehen. Ohne Einschränkung der Erfindung können jedoch auch elektrochemische Reaktionen durch den Interkonnek tor gesteuert werden. The object is achieved by an interconnector with the features of claim 1. This includes means for controlling chemical reactions. Chemical reactions include in particular reforming reactions such. B. to understand the methane-steam reforming reaction and the reaction for reforming H ₂ from natural gas. Without restricting the invention, however, electrochemical reactions can also be controlled by the interconnector.

Vorteilhaft umfaßt der Interkonnektor einen katalytisch aktiven Bereich (Anspruch 2).The interconnector advantageously comprises a catalytic converter active area (claim 2).

Der Interkonnektor ist in seinen aktiven Bereichen ge zielt mit Katalysatormaterial beaufschlagt. In diesen Bereichen können zum Beispiel bezüglich endothermer Re aktionen, wie der Methan-Dampf-Reformierungsreaktion, vorteilhaft Temperaturspitzen abgebaut werden, und/oder andere chemische Reaktionen katalysiert werden. Die zu katalysierende Reaktion kann somit von der Anode ent koppelt werden und am bzw. im Interkonnektor kataly siert werden.The interconnector is in its active areas targets catalyst material. In these Areas, for example, regarding endothermic re actions, such as the methane vapor reforming reaction, advantageous temperature peaks are reduced, and / or other chemical reactions are catalyzed. The too catalyzing reaction can thus ent from the anode be coupled and on or in the interconnector kataly be settled.

Als Katalysatormaterial können insbesondere Nickel, Ko balt oder Eisen vorgesehen sein (Anspruch 3). Nickel zeigt bezüglich der Methan-Dampf-Reformierungsreaktion die größte Aktivität, Eisen und Kobalt zeigen weitaus niedrigere Aktivitäten. Der Interkonnektor kann in Form von Pellets, Stäben oder Platten mit dem Katalysatorma terial beaufschlagt sein. Die Menge des eingesetzten Katalysatormaterials an einem bestimmten Ort des Inter konnektors richtet sich nach der Art des Katalysators, dem Umgebungsmilieu, also Druck und Temperatur sowie der zu steuernden Reaktion. Der Interkonnektor kann auf einfache Weise und sehr gezielt in den Bereichen mit Katalysatormaterial beaufschlagt werden, in denen dies auf Grund von Temperaturspitzen und der Kinetik der zu steuernden chemischen Reaktionen nötig ist. Aufwendige Fertigungsprozesse zur Herstellung von Anoden mit dif ferierender Katalysatorkonzentration entfallen. Nickel, Ko balt or iron can be provided (claim 3). nickel shows regarding the methane vapor reforming reaction the greatest activity, iron and cobalt show far lower activities. The interconnector can be in the form of pellets, bars or plates with the catalyst measure material. The amount of used Catalyst material at a certain location in the inter connector depends on the type of catalyst, the surrounding environment, i.e. pressure and temperature as well the reaction to be controlled. The interconnector can be opened simple way and very targeted in the areas with Catalyst material in which this is applied due to temperature peaks and the kinetics of the controlling chemical reactions is necessary. costly Manufacturing processes for the production of anodes with dif fering catalyst concentration are eliminated.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsge mäßen Interkonnektors gemäß Anspruch 4 umfaßt dieser ein oder mehrere Mittel zur Aufnahme von Katalysatorma terial. Die Mittel können durch die Form des Interkon nektors umfaßt sein, so zum Beispiel, wenn dieser durch Fertigungsprozesse so geformt ist, daß er Katalysator material aufnehmen kann.In an advantageous embodiment of the fiction According interconnector according to claim 4, this includes one or more means for receiving catalyst mass TERIAL. The means can be through the shape of the intercon be included, for example, if this by Manufacturing processes is shaped so that it is a catalyst can record material.

Als Mittel zur Aufnahme von Katalysatormaterial kann beispielsweise ein gasdurchlässiges Auflagegitter (An spruch 5) vorgesehen sein. Das Auflagegitter kann durch ein Schweißverfahren mit den Wänden des Interkonnektors verbunden sein. Vorteilhaft wird ein Material für das Gitter ausgewählt, daß sich mit dem Interkonnektor fest verbinden läßt. Das Material sollte inert gegenüber den zu steuernden Reaktionen sein. Durch die Gasdurchläs sigkeit des Auflagegitters existiert vorteilhaft eine große reaktive Oberfläche des Katalysators, der nahezu gleichmäßig mit Betriebsmitteln umströmt wird.Can be used as a means of receiving catalyst material For example, a gas-permeable shelf grid (An saying 5) may be provided. The shelf guide can by a welding process with the walls of the interconnector be connected. A material for the is advantageous Grid selected that fixed with the interconnector lets connect. The material should be inert to the reactions to be controlled. Through the gas passage liquid of the support grid advantageously exists large reactive surface area of the catalyst, almost equipment is evenly flowed around.

Besonders vorteilhaft umfaßt eine Brennstoffzelle einen solchen Interkonnektor (Anspruch 6). Dadurch erzielt man auch in der Brennstoffzelle sämtliche Vorteile, die durch den Interkonnektor gewährleistet werden.A fuel cell particularly advantageously comprises one such an interconnector (claim 6). Achieved by this one also has all the advantages in the fuel cell be guaranteed by the interconnector.

Vielfach werden in Brennstoffzellen nickelhaltige Anodencermets eingesetzt (Ni-YSZ Cermet; 40 vol%Ni/ZrO₂-8 mol% Y₂O₃). Dort dient das Nickel auch als Reformierungskatalysator. Wird aber Nickel in be stimmten Bereichen des Interkonnektors integriert, so kann vorteilhaft auch auf andere metallhaltige Kompo nenten für die Anode zurückgegriffen werden, die eine Reformierungsreaktion nicht unterstützen. Die Reformie rungsreaktion wird von der Anode entkoppelt. Die räum liche Steuerung der Reformierungsreaktion ist somit durch eine differierende Beaufschlagung des Interkon nektors mit Katalysatormaterial möglich. Dadurch wird die Grundlage für eine gleichmäßige Temperaturverte lung in der Brennstoffzelle geschaffen. Komplizierte Fertigungen der Anodencermets auf Grund differierender Katalysatorkonzentration entfallen.Nickel-containing anode cermets are often used in fuel cells (Ni-YSZ cermet; 40 vol% Ni / ZrO ₂ -8 mol% Y ₂ O ₃ ). There, the nickel also serves as a reforming catalyst. However, if nickel is integrated in certain areas of the interconnector, other metal-containing components for the anode that do not support a reforming reaction can advantageously be used. The reforming reaction is decoupled from the anode. The spatial control of the reforming reaction is thus possible by differentially applying the intercon nector with catalyst material. This creates the basis for uniform temperature distribution in the fuel cell. Complicated manufacturing of the anode cermets due to the different catalyst concentration is eliminated.

Die räumliche Steuerung chemischer Reaktionen über den Interkonnektor und damit eine zumindest teilweise Ent kopplung von Katalysatormaterial von einer Elektrode ist prinzipiell auf alle Brennstoffzellentypen über tragbar.The spatial control of chemical reactions via the Interconnector and thus an at least partial Ent coupling of catalyst material from an electrode is basically about all fuel cell types portable.

Ein Brennstoffzellenstapel umfaßt mindestens zwei sol cher Brennstoffzellen (Anspruch 7). Für den Stapel gel ten die gleichen Vorteile wie für eine einzelne Brenn stoffzelle. Es werden höhere Leistungen erzielt.A fuel cell stack comprises at least two sol cher fuel cells (claim 7). Gel for the stack the same advantages as for a single burner material cell. Higher performances are achieved.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoff zellenstapels gelöst (Anspruch 8). Das Verfahren umfaßt die Schritte:
The object is further achieved by a method for operating a fuel cell or a fuel cell stack (claim 8). The process comprises the steps:

a) a hydrocarbon fuel is in the Inside of a fuel cell or fuel cell stack, which one or more interconnectors with means for controlling chemical Re actions include, initiated,
b) the hydrocarbon-containing fuel is converted to H 2 on the catalyst material,
c) H 2 is converted into electricity by an electrochemical reaction.

Der kohlenwasserstoffhaltige Brennstoff wird durch die Menge und Art des verwendeten Katalysators zu H₂ refor miert. Hohe Katalysatormengen erhöhen die Reformierung zu H₂ und tragen dazu bei, daß Temperaturspitzen abge baut werden. Demnach sollte speziell im kritischen Ein trittsbereich des Anodenraums auf Katalysatormaterial verzichtet werden oder ein Katalysator mit geringer Ak tivität verwendet werden.The hydrocarbonaceous fuel is refor mated to H ₂ by the amount and type of catalyst used. High amounts of catalyst increase the reforming to H ₂ and contribute to the fact that temperature peaks are built up. Accordingly, especially in the critical entry area of the anode compartment, catalyst material should be avoided or a catalyst with low activity should be used.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.In the following the invention based on the description an embodiment with reference to the attached drawings explained.

In Fig. 1 ist der Interkonnektor 1 als modulare Einheit anzusehen. Er wird mit weiteren modularen Einheiten zu einer gemeinsamen Gasverteilereinheit zusammengesetzt und für Brennstoffzellen eingesetzt. Es kann aber auch ein einstückiger Interkonnektor für eine Brennstoffzel le verwendet werden. Die kanalartige Struktur wird durch die Wände 2 des Interkonnektors 1 begrenzt. Die Wände 2 bieten die Möglichkeit, ein gasdurchlässiges Auflagegitter 3 anzubringen. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um ein an die Wände 2 des Inter konnektors 1 durch ein Schweißverfahren befestigtes Auflagegitter 3. Dessen Gasdurchlässigkeit gewährleis tet, daß das Katalysatormaterial 4, im vorliegenden Fall plattenförmiges Nickel, gleichmäßig von oben und unten mit kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff 5, z. B. Methan, umströmt wird. Durch Seitenwände 6 des Auflage gitters 3 wird das Katalysatormaterial 4 in Strömungs richtung des kohlenwasserstoffhaltigen Gases 5 räumlich fixiert. Die Methan-Dampf-Reformierungsreaktion wird eingeleitet, und es entsteht durch die endotherme Reak tion wasserstoffreiches Gas.In Fig. 1, the interconnector 1 is to be regarded as a modular unit. It is assembled with other modular units to form a common gas distribution unit and used for fuel cells. However, a one-piece interconnector can also be used for a fuel cell. The channel-like structure is delimited by the walls 2 of the interconnector 1 . The walls 2 offer the possibility of attaching a gas-permeable support grid 3 . In the exemplary embodiment, this is a support grid 3 fastened to the walls 2 of the inter-connector 1 by a welding process. Whose gas permeability ensures that the catalyst material 4 , in the present case plate-shaped nickel, evenly from above and below with hydrocarbonaceous fuel 5 , for. B. methane is flowed around. Through side walls 6 of the grid 3 , the catalyst material 4 is spatially fixed in the flow direction of the hydrocarbon-containing gas 5 . The methane-steam reforming reaction is initiated and the endothermic reaction produces hydrogen-rich gas.

Die Anordnung von modularen Interkonnektoren für eine Hochtemperaturbrennstoffzelle ist in Fig. 2 wiedergege ben. Wasserstoff wird an der Anode 7, die sich unter halb der drei in der Fig. 2 dargestellten Interkonnek toren 1' befindet, durch eine exotherme Reaktion mit Sauerstoff zu Wasser umgesetzt. Unter der Kathode 8 sind insgesamt vier Interkonnektoren 1" angedeutet. Durch geschickte Beaufschlagung der Interkonnektoren mit Katalysatormaterial kann das Wärmemanagement bzw. der Ablauf der Methan-Dampf-Reformierungsreaktion in der Hochtemperaturbrennstoffzelle wie folgt beeinflußt werden:
Die Tiefe der Auflagegitter 3 und damit die beauf schlagte Katalysatormenge 4 kann in Strömungsrichtung des methanhaltigen Gases an den Stellen erhöht werden, an denen Temperaturspitzen auftreten oder an denen gezielt endotherme Reformierungsreaktionen stattfinden sollen. Das Gas strömt in den jeweiligen Interkonnekto ren 1' oberhalb und unterhalb der Katalysatormateria lien 4. Bei einer Betriebstemperatur einer SOFC von 600-700°C ist mit einer kinetischen Hemmung der Refor mierungsreaktion zu rechnen. Es kann an den Stellen ge zielt Katalysatormaterial mit hoher Aktivität (Nickel) in die modularen Interkonnektor-Einheiten eingesetzt werden, an denen die Reformierungsreaktionen weiterhin katalysiert werden sollen. Unterkühlte Bereiche hinge gen werden mit weniger oder gar keinem Katalysatormate rial 4 beaufschlagt. Denkbar ist auch die Variante, an diesen Stellen einen weniger aktiven Katalysator als Nickel zu verwenden, z. B. Kobalt.The arrangement of modular interconnectors for a high-temperature fuel cell is shown in Fig. 2 ben. Hydrogen is reacted at the anode 7 , which is below half of the three interconnectors 1 'shown in FIG. 2, by an exothermic reaction with oxygen to water. A total of four interconnectors 1 "are indicated below the cathode 8. By skillfully applying catalyst material to the interconnectors, the heat management or the course of the methane-steam reforming reaction in the high-temperature fuel cell can be influenced as follows:
The depth of the support grid 3 and thus the amount of catalyst 4 impinged on can be increased in the direction of flow of the methane-containing gas at the points where temperature peaks occur or where targeted endothermic reforming reactions are to take place. The gas flows in the respective interconnectors 1 'above and below the catalyst materials 4 . At an operating temperature of an SOFC of 600-700 ° C, a kinetic inhibition of the reforming reaction can be expected. Targeted catalyst material with high activity (nickel) can be used in the modular interconnector units where the reforming reactions are to be catalyzed. Supercooled areas are exposed to less or no catalyst material 4 . It is also conceivable to use a less active catalyst than nickel at these points, e.g. B. Cobalt.

Claims

1. Interconnector ( 1 ) for a fuel cell, comprising means for controlling chemical reactions.

2. interconnector ( 1 ) according to claim 1, characterized by a catalytically active loading area.

3. Interconnector according to one of the preceding An claims, characterized by nickel, cobalt or iron as Catalyst.

4. Interconnector ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising one or more means for receiving catalyst material ( 4 ).

5. interconnector ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that a gas-permeable support grid ( 3 ) is provided as a medium for receiving catalyst material ( 4 ).

6. A fuel cell comprising an interconnector ( 1 ) according to one of the preceding claims.

7. Fuel cell stack comprising at least two Fuel cells according to claim 6.

8. A method for operating a fuel cell or a fuel cell stack, characterized by the steps:

a) hydrocarbon-containing fuel ( 5 ) is introduced into the interior of a fuel cell or a fuel cell stack according to one of claims 6 or 7,
b) the hydrocarbon-containing fuel ( 5 ) is converted to H ₂ on the catalyst material ( 4 ),
c) H ₂ is converted into electricity by an electrochemical reaction.

9. The method according to any one of the preceding claims with natural gas as fuel.