DE10061375A1 - Herstellung eines Schichtsystems, umfassend wenigstens ein poröses Substrat, eine Anodenfunktions- und eine Elektrolytschicht - Google Patents

Herstellung eines Schichtsystems, umfassend wenigstens ein poröses Substrat, eine Anodenfunktions- und eine Elektrolytschicht

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems, umfassend wenigstens ein poröses Substrat, eine Anodenfunktions- und eine Elektrolytschicht, insbesondere ein solches Schichtsystem für den Einsatz in einer SOFC. DOLLAR A Bei dem Verfahren werden vorteilhaft die Anodenfunktions- und die Elektrolytschicht direkt hintereinander auf einem porösen Substrat abgeschieden, ohne den Zwischenschritt einer Zwischenkalzination. Das erfindungsgemäß hergestellte Schichtsystem weist dabei vorteilhafte Mikrostrukturen auf, insbesondere die erforderlichen Eigenschaften für den Einsatz in einer SOFC.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Schichtsystem, umfassend wenigstens ein poröses Substrat, eine Anodenfunktionsschicht und eine Elektro­ lytschicht. Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung eines Schichtsystems für einen Dünnschicht­ elektrolyten einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC).
Stand der Technik
Aus DE 44 37 105 A1 und aus DE 195 20 458 A1 ist be­ kannt, Elektroden-/Elektrolyteinheiten für eine Brenn­ stoffzelle mit einer dünnen Elektrolytschicht in der Größenordnung von 20 µm mittels Elektrophorese herzu­ stellen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der Elektrophorese nur Substrate eingesetzt werden können, die eine bestimmte Porengrößenverteilung aufweisen. Insbesondere die Elektroden, die nach einem Verfahren gemäß DE 44 37 105 A1 und DE 195 20 458 A1 hergestellt wurden, ließen sich mittels Elektrophorese nicht groß­ flächig beschichten. Ursächlich dafür waren die groben Poren, die bei den derart hergestellten Elektroden auf­ traten. Grobporige Elektroden stellen in einer Hochtem­ peratur-Brennstoffzelle SOFC jedoch einen schnellen Gasaustausch sicher und sind somit erwünscht.
Weiterhin ist aus P 41 20 706 ein Verfahren zur Her­ stellung von Sinterwerkstücken bekannt. Dabei werden die metallischen und/oder die keramischen Materialien als gießfähige Masse in eine Form gegeben und getrock­ net. Es kann auch auf diese Weise ein Schichtsystem mit mehreren Schichten aus unterschiedlichen Materialien, Porositäten oder Teilchengrößenverteilungen hergestellt werden. Anschließend wird die Schicht bzw. das Schicht­ system gemeinsam gesintert.
In DE 196 09 418 C2 wird ein Verfahren zur Beschichtung von porösen Elektroden mit dünnen Elektrolytschichten beschrieben. Dabei wird auf eine poröse Elektrode eine, ein Lösungsmittel aufweisende, Suspension gegossen, ge­ trocknet und zusammen mit der Elektrode gesintert. Wahlweise kann an die Elektrode ein Vakuum angelegt werden, um so das Lösungsmittel aus der Suspension durch die Elektrode abzusaugen. Durch geeignete Wahl der Partikelgrößen in der Suspension wird eine sehr gu­ te Verzahnung der beiden Schichten erzielt. Dieses Ver­ fahren wird auch Vakuum-Schlicker-Guß-Verfahren (VSG) genannt.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schichtsystem umfas­ send wenigstens ein poröses Substrat, eine Anodenfunk­ tionsschicht und eine Elektrolytschicht zur Verfügung zu stellen, welches die erforderliche Porosität der Anode und die Dichtigkeit der Elektrolytschicht für den Einsatz in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle auf­ weist. Dazu ist es die Aufgabe der Erfindung, ein mög­ lichst einfaches Verfahren zur Herstellung eines sol­ chen Schichtsystems zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Her­ stellung eines solchen Schichtsystems gemäß Hauptan­ spruch. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind den jeweils darauf rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.
Gegenstand der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, daß es bei der Herstellung eines Schichtsystems aus einem porösen Sub­ strat, einer Anodenfunktionsschicht und einer dichten Elektrolytschicht darauf ankommt, mit welchem Verfahren die Anodenfunktionsschicht zunächst auf ein poröses Substrat aufgebracht wird.
Überraschenderweise zeigte sich, daß eine Elektrolyt­ schicht eine deutlich bessere (geringere) Leckrate auf­ zeigt, als nach dem vergleichbaren Stand der Technik üblich ist, wenn die darunterliegende Anodenfunktions­ schicht zunächst nach einem sogenannten Wet Powder Spray (WPS) Verfahren auf ein Substrat aufgebracht wird. Das heißt, die Art der Herstellung der Anoden­ funktionsschicht beeinflußt entscheidend die Eigen­ schaften der darauf abgeschiedenen Elektrolytschicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems nach Anspruch 1 umfaßt die folgenden Schritte.
Anodenmaterialpulver und Lösungsmittel werden zu einer sprühfähigen Mischung gemischt. Diese Mischung wird auf ein poröses Substrat aufgesprüht und getrocknet. Eine Elektrolytschicht wird auf die getrocknete Anodenfunk­ tionsschicht aufgebracht und beide auf dem Substrat be­ findlichen Schichten werden zusammen gesintert.
Der Vorteil bei diesem Verfahren liegt darin, daß die Anodenfunktionsschicht derart auf das poröse Substrat aufgebracht wird, daß sie schnell abtrocknen kann, ohne daß beispielsweise ein Vakuum angelegt werden muß. Dies läßt sich insbesondere durch einen hohen Feststoffan­ teil (50-200 g/L) in der sprühfähigen Mischung errei­ chen. Während der Trocknung kommt es zu einer leichten Verzahnung zwischen dem porösen Substrat und der aufge­ brachten Anodenfunktionsschicht. Die Verzahnung ist ausreichend für eine gute Haftung zwischen den Schich­ ten. Andererseits ist die Verzahnung aber derart ge­ ring, daß diese beiden Schichten während eines Sinter­ vorgangs fast unabhängig voneinander schrumpfen können. Eine auf die Anodenfunktionsschicht aufgebrachte Elekt­ rolytschicht weist ein ähnliches Schrumpfungsverhalten auf, wie die Anodenfunktionsschicht. Während eines ge­ meinsamen Sintervorgangs können diese beide Schichten daher ebenfalls nahezu ungestört schrumpfen. Dies be­ wirkt, daß die Elektrolytschicht durch die ungehemmte Schrumpfung sehr dicht wird. Dieser Effekt ist unabhän­ gig davon, mit welcher Methode die Elektrolytschicht aufgebracht wird.
Spezieller Beschreibungsteil
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und zweier Figuren näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen Leckraten für unterschiedliche hergestellte Ano­ den/Elektrolyt Schichtsysteme in normaler und logarith­ mischer Skalierung.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein planares, poröses Substrat zunächst mit einer dünnen Schicht aus Anoden­ material beschichtet. Das Anodenmaterial umfaßt Nickel­ oxid (NiO) und Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ). Unter einer dünnen Schicht ist eine Schichtdicke von 5 bis 25 µm zu verstehen. Die Beschichtung erfolgt durch das sogenannte Wet-Powder-Spray-Verfahren (WPS) auf die Weise, daß eine Suspension, die das Anodenmaterial in Form von Pulver und ein Lösungsmittel enthält, auf das Substrat aufgesprüht wird. Diese Suspension ergibt dann die Anodenfunktionsschicht.
Die Zusammensetzung der Beispiel-Mischung für die Ano­ denfunktionsschicht enthält:
67 ml Ethanol
20 ml Isopropanol
8 g Anodenpulver (d50 = 0,3 µm)
Die Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht wird durch die Konzentration des Feststoffanteils in der Beschich­ tungssuspension (Mischung) und die Anzahl der Sprüh­ schritte bestimmt. In diesem Beispiel beträgt die Schichtdicke nach drei Sprühschritten ca. 2-3 µm, nach fünf ca. 3-4 µm und nach sieben Sprühschritten 5-6 µm.
Vorteilhaft weist die Suspension einen Feststoffgehalt von 50 bis 200 g/L, insbesondere von 100 bis 200 g/L auf, um in wenigen Sprühschritten eine geforderte Schichtdicke zu erreichen.
Direkt anschließend oder nach kurzer Trocknung dieser Schicht insbesondere bei Raumtemperatur wird die Elekt­ rolytschicht aus YSZ auf der Anodenfunktionsschicht ab­ geschieden.
Dieser Schritt erfolgt erfindungsgemäß, ohne das bei den bislang üblichen Verfahren notwendige Zwischenkal­ zinieren der Anodenfunktionsschicht bei 1000°C.
Das Aufbringen der Elektrolytschicht kann nach einer dem Fachmann gebräuchlichen Methode erfolgen. Ein ge­ eignetes Verfahren stellt das Vakuum-Schlicker-Guß- Verfahren (VSG) dar, welches aus DE 196 09 418 C2 be­ kannt ist. Ebenfalls geeignet ist das aus DE 41 20 706 C2 bekannte Verfahren, bei dem eine gießfähige Mischung aus dem Elektrolytmaterial und einem Lösungsmittel her­ gestellt wird, die anschließend in eine Form gegossen wird. Die Elektrolytschicht kann aber ebenfalls nach dem Wet-Power-Spray-Verfahren (WPS) aufgesprüht werden.
Als nächster Schritt folgt die gemeinsame Sinterung aller Schichten. Die Einheit, bestehend aus Substrat, Anodenfunktions- und Elektrolytschicht wird auf einer geeigneten Unterlage mit einer Aufheizrate von 180 K/min bis auf 1400°C erhitzt. Auf dieser Tempera­ tur wird sie ca. 5 h gehalten und anschließend mit einer Abkühlrate von ebenfalls 180 K/min wieder abge­ kühlt. Der Elektrolyt weist nach der Abscheidung und der gemeinsamen Endsinterung typischerweise eine Schichtdicke von 4 bis 30 µm auf.
Die auf diese Weise hergestellten Einheiten zeigen im Experiment Helium-Leckraten des Elektrolyten von weni­ ger als 2 × 10-5 mbar 1/cm2 s bei einem Differenzdruck von 100 mbar. Diese Leckraten sind ausreichend, um einen langzeitstabilen Brennstoffzellenbetrieb effi­ zient zu gewährleisten.
Demgegenüber weisen die nach dem bisher üblichen Ver­ fahren hergestellten Substrat-Anodenfunktionsschicht- Elektrolyt-Einheiten, bei denen sowohl die Anodenfunk­ tionsschicht als auch die Elektrolytschicht mittels VSG-Verfahren abgeschieden wurden, eine um mindestens Faktor 10 höhere Leckrate auf. Damit sind diese Einhei­ ten für den SOFC Einsatz nicht direkt verwendbar. Um auch bei ihnen eine entsprechend niedrige Leckrate zu erzielen, muß nach dem Abscheiden der Anodenfunktions­ schicht und vor dem Aufbringen der Elektrolytschicht ein zusätzlicher Sinterschritt bei 1000 bis 1200°C eingefügt werden. Dieser zusätzliche Verfahrensschritt stellt jedoch für das gesamte Fertigungskonzept eine signifikante Verlängerung der Herstellungsdauer und eine deutliche Kostenerhöhung dar.
Im Vergleich nochmals die zwei unterschiedlichen Ver­ fahren zur Aufbringung des Anodenfunktionsmaterials:
Sprühvorgang beim WPS-Verfahren
Die Suspension wird mittels einer Preßluft-Spritz­ pistole, die beispielsweise mit Hilfe eines Computers gesteuert und verfahren wird, auf das vorher maskierte, poröse Anodensubstrat aufgesprüht. Anschließend wird die Schicht bei Raumtemperatur getrocknet und ist di­ rekt für die Aufbringung der Elektrolytschicht bereit.
Beschichtungsvorgang beim VSG-Verfahren
Eine für die gewünschte Schichtdicke erforderliche Men­ ge an Suspension wird auf das maskierte Substrat aufge­ gossen und das Lösungsmittel (Ethanol) mit Unterdruck durch die Poren des Substrates abgesaugt. Der darin enthaltene Feststoff wird durch die Filterwirkung in den oberen Poren bzw. an der Substratoberfläche zurück­ gehalten und bildet dann regelmäßig eine durchgehende Schicht.
Die Unterschiede in den beiden Verfahren lassen sich wie folgt darstellen:
  • - Die Konzentration der Suspension differiert deutlich (WPS 50-200 g/L und VSG < 10 g/L)
  • - Beim WPS-Verfahren wird die Suspension auf das Ano­ densubstrat aufgesprüht und trocknet dort relativ schnell ab. Die Feststoffpartikel dringen nicht oder nur sehr wenig in das Anodensubstrat ein. Dadurch ergibt sich eine nicht so innige Verzahnung der beiden Schichten. Das Schrumpfen der Anodenfunkti­ onsschicht während des Sinterns wird durch das Ano­ densubstrat kaum behindert und unterstützt dadurch auch die Schrumpfung der nachfolgend aufgebrachten Elektrolytschicht. Dies bewirkt, daß die Elektrolyt­ schicht beim Sintern sehr dicht wird.
  • - Ein weiterer Punkt ist, daß die Oberfläche der Schicht durch die geringe Eindringtiefe wesentlich glatter und fehlerfreier wird und dadurch die nach­ folgend aufgebrachte Elektrolytschicht ebenfalls we­ niger Fehlstellen aufweist.
  • - Beim VSG-Verfahren wird dagegen die Suspension durch den angelegten Unterdruck teilweise in das Anoden­ substrat hineingesaugt. Die Verzahnung beider Schichten ist sehr gut. Allerdings wird beim Sintern die Schrumpfung der Anodenfunktionsschicht deutlich behindert. Dies führt als Folge auch zu einer Behin­ derung der Schrumpfung der darauf aufgebrachten Elektrolytschicht, die dadurch nicht mehr so dicht wird.
  • - Entsprechend dem vorher beschriebenen Effekt werden durch das Einsaugen der Anodensuspension schon vor­ handene Fehler und größere Poren im Substrat nicht so gut abgedeckt und können in der darauffolgenden Schicht zu Fehlern führen, welche die Leckraten ne­ gativ beeinflussen.
Die dafür erforderliche Schrumpfung der Anodenfunkti­ onsschicht und die dadurch gleichzeitig bewirkte Feh­ lerreduktion in der Schicht wird nach dem Stand der Technik bislang durch den zusätzlichen Schritt der Zwi­ schenkalzination erzielt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen experimentelle Helium- Leckraten für Elektrolytschichten in einem Schicht system, die auf unterschiedliche Weisen hergestellt wurden. Das Schichtsystem umfaßt jeweils ein poröses Substrat, eine Anodenfunktionsschicht sowie eine Elekt­ rolytschicht. Die dargestellten Leckraten in den Fig. 1 und 2 stammen von denselben Proben, sie wurden in Fig. 2 zur Verdeutlichung jedoch zusätzlich in einem logarithmischen Maßstab dargestellt.
Die Proben 1a und 1b wurden gemäß Stand der Technik mit dem Schritt der Zwischenkalzination hergestellt. Sie zeigen sehr niedrige Helium-Leckraten im Bereich von 3 × 10-6 bis 10 × 10-6 mbar 1/cm2 s.
Die Schichten der Proben 2a und 2b wurden jeweils im VSG-Verfahren ohne eine Zwischenkalzination herge­ stellt. Sie zeigen sehr hohe Helium-Leckraten im Be­ reich von 80 × 10-6 bis 100 × 10-6 mbar 1/cm2 s. Diese Leckraten liegen um mehr als den Faktor 10 höher als bei den Proben 1a und 1b und sind somit nicht für den Einsatz in einer Brennstoffzelle geeignet.
Bei den Proben 3a bis 3c wurde die Anodenfunktions­ schicht mit dem WPS-Verfahren und die Elektrolytschicht im VSG-Verfahren ohne eine Zwischenkalzination herge­ stellt. Sie zeigen deutlich geringere Helium-Leckraten im Bereich von 10 × 10-6 bis 16 × 10-6 mbar 1/cm2 s. Bei den Proben 4a bis 4d wurde sowohl die Anodenfunkti­ onsschicht als auch die Elektrolytschicht mit dem WPS- Verfahren ohne eine Zwischenkalzination hergestellt. Sie zeigen noch geringere Helium-Leckraten im Bereich von 8 × 10-6 bis 17 × 10-6 mbar 1/cm2 s und erreichen damit nahezu dieselben Werte, wie die Proben, bei denen eine Zwischenkalzination durchgeführt wurde.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems, umfassend ein poröses Substrat, eine poröse Anoden­ funktionsschicht und eine Elektrolytschicht, mit den Schritten:
  • - Anodenmaterialpulver und Lösungsmittel werden zu einer sprühfähigen Mischung gemischt,
  • - diese Mischung wird auf das poröse Substrat auf­ gesprüht und getrocknet,
  • - eine Elektrolytschicht wird auf die getrocknete Anodenfunktionsschicht aufgebracht,
  • - beide auf dem Substrat befindlichen Schichten werden zusammen gesintert.
2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die sprühfähige Mischung einen Feststoffanteil von wenigstens 50 g/L aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Anodenmaterialpulvermischung unter Normaldruck getrocknet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Elektrolytmaterialpulver und Lösungsmittel derart gemischt werden, daß diese Mischung gieß­ fähig ist, und
daß diese Mischung auf die getrocknete Anoden­ schicht aufgesprüht oder aufgegossen und eben­ falls getrocknet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Sinterung der beiden Schichten ohne vorhergehende Zwischenkalzination erfolgt.
DE10061375A 2000-12-09 2000-12-09 Herstellung eines Schichtsystems, umfassend wenigstens ein poröses Substrat, eine Anodenfunktions- und eine Elektrolytschicht Withdrawn DE10061375A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467421A2 (de) * 2003-04-10 2004-10-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Brennstoffzelle und passive Unterstützung
EP1492178A2 (de) * 2003-06-24 2004-12-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Verfahren zum Aufbringen von Elektroden oder Elektrolyten auf ein Substrat
DE102004058474A1 (de) 2004-11-23 2006-05-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung einer Elektroden-Elektrolyt-Struktur und Elektroden-Elektrolyt-Struktur
WO2006119725A1 (de) 2005-05-13 2006-11-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Kathode für eine brennstoffzelle mit grosser oberfläche

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19626342A1 (de) * 1996-07-01 1998-01-08 Forschungszentrum Juelich Gmbh Elektrodenzwischenschicht bei Brennstoffzellen
EP1043068A2 (de) * 1999-03-30 2000-10-11 XCELLSIS GmbH Verfahren zur Herstellung eines Katalysators

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19626342A1 (de) * 1996-07-01 1998-01-08 Forschungszentrum Juelich Gmbh Elektrodenzwischenschicht bei Brennstoffzellen
EP1043068A2 (de) * 1999-03-30 2000-10-11 XCELLSIS GmbH Verfahren zur Herstellung eines Katalysators

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467421A2 (de) * 2003-04-10 2004-10-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Brennstoffzelle und passive Unterstützung
EP1467421A3 (de) * 2003-04-10 2006-06-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Brennstoffzelle und passive Unterstützung
EP1492178A2 (de) * 2003-06-24 2004-12-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Verfahren zum Aufbringen von Elektroden oder Elektrolyten auf ein Substrat
EP1492178A3 (de) * 2003-06-24 2006-11-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Verfahren zum Aufbringen von Elektroden oder Elektrolyten auf ein Substrat
DE102004058474A1 (de) 2004-11-23 2006-05-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung einer Elektroden-Elektrolyt-Struktur und Elektroden-Elektrolyt-Struktur
DE102004058474B4 (de) 2004-11-23 2018-03-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung einer Elektroden-Elektrolyt-Struktur
WO2006119725A1 (de) 2005-05-13 2006-11-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Kathode für eine brennstoffzelle mit grosser oberfläche

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