DE102012221430A1 - Fuel cell used for fuel cell system, has cathode to which oxygen-containing gas is supplied, and anode to which combustible gas is supplied, and gas-permeable layer(s) having binding material with silicon, sulfur and/or their compound - Google Patents
Fuel cell used for fuel cell system, has cathode to which oxygen-containing gas is supplied, and anode to which combustible gas is supplied, and gas-permeable layer(s) having binding material with silicon, sulfur and/or their compound Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren zu deren Herstellung, eine dafür geeignete Imprägnierlösung sowie ein entsprechend ausgestattetes Energiesystem.The present invention relates to a fuel cell, a fuel cell system, a process for their preparation, a suitable impregnating solution and a correspondingly equipped energy system.
Stand der TechnikState of the art
In Hausenergieanlagen betriebene Festoxidbrennstoffzelle beziehungsweise Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC, Englisch: solide oxide fuel cell) werden mit vorgewärmter Luft versorgt. Je nach Anlagentyp wird die Luft hierfür wahlweise direkt am Aufstellungsort oder mit Hilfe eines Doppelschornsteins angesaugt.Solid oxide fuel cell or solid oxide fuel cell (SOFC) fueled in domestic energy systems are supplied with preheated air. Depending on the type of plant, the air is sucked in either directly at the site or with the help of a double chimney.
Dabei kann die angesaugte Luft Silizium enthalten. Silizium kann beispielsweise aus Siliziumdotierten Metallen bei hoher Temperatur in die Luft entweichen oder durch Verwendung von Siliziumhaltigen Materialien, wie Silikonen (Silikondehnungsfugen, Schuhsprays etc.) in die Luft gelangen.The sucked air can contain silicon. For example, silicon may escape into the air at high temperature from silicon-doped metals or may be released into the air by using silicon-containing materials such as silicones (silicone expansion joints, shoe sprays, etc.).
Aus der Literatur ist bekannt, dass geringste Mengen an Silizium zu einem Verglasen der Oberfläche der Elektroden führen können und dass diese dadurch inaktiviert werden.
Neben Silizium spielt auch Schwefel bei Vergiftungen der Kathode eine Rolle.
Je nach Land, beispielsweise in Brasilien, darf bis zu 500 ppm Schwefel im Kraftstoff für Fahrzeuge sein, welcher über die Verbrennung an die Umgebungsluft abgegeben wird. Je nach Standort der Brennstoffzellenanlage kann deshalb der Schwefelgehalt in der angesaugten Luft unterschiedlich sein und im schlechtesten Fall zu Vergiftungen an der Kathode führen.Depending on the country, for example in Brazil, up to 500 ppm of sulfur may be present in fuel for vehicles, which is released into the ambient air via combustion. Depending on the location of the fuel cell system, therefore, the sulfur content in the intake air may be different and in the worst case lead to poisoning at the cathode.
Die Druckschrift
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe ist es, eine Brennstoffzelle beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem mit verlängerter Lebensdauer zur Verfügung zu stellen.Task is to provide a fuel cell or a fuel cell system with extended life.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is solved by the subject matters of the independent claims.
Durch eine Schicht, welche mindestens ein Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen umfasst, und welche beispielsweise durch eine geeignete Imprägnierung der Brennstoffzelle bereitgestellt werden kann, kann eine Vergiftung der Kathode und/oder der Anode durch Silizium und/oder durch Schwefel verringert werden. Insbesondere kann eine Vergiftung der Kathode und/oder der Anode durch Schwefel und/oder Silizium durch eine Imprägnierung reduziert werden. Dies bedeutet wiederum einer Verlängerung der Lebensdauer, da die Degradation, insbesondere Leistungsdegradation, geringer ausfallen wird. Dadurch, dass die Leistungsdegradation einer Zelle reduziert werden kann, muss der Stack zu Beginn der Lebensdauer nicht mehr so stark überdimensioniert werden, was zu einer Kostenreduktion führt.Through a layer which comprises at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof and which can be provided, for example, by a suitable impregnation of the fuel cell, poisoning of the cathode and / or the anode by silicon and / or or reduced by sulfur. In particular, a poisoning of the cathode and / or the anode by sulfur and / or silicon can be reduced by an impregnation. This in turn means an extension of the service life, since the degradation, in particular power degradation, will be lower. By reducing the performance degradation of a cell, the stack no longer has to be over-dimensioned at the beginning of its life, resulting in a cost reduction.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffzelle, insbesondere Hochtemperaturbrennstoffzelle, welche eine Kathode und eine Anode umfasst, wobei die Kathode mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere Luft beziehungsweise Sauerstoff, beaufschlagbar ist. Die Anode kann dabei insbesondere mit einem Brenngas beaufschlagbar sein.An object of the present invention is a fuel cell, in particular high-temperature fuel cell, which comprises a cathode and an anode, wherein the cathode with an oxygen-containing gas, in particular air or oxygen, can be acted upon. The anode can be acted upon in particular with a fuel gas.
Erfindungsgemäß weist die Brennstoffzelle dabei mindestens eine gasdurchlässige Schicht auf, welche mindestens ein Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen umfasst. Dabei ist insbesondere das sauerstoffhaltige Gas durch eine/die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Brennstoffzelle der Kathode zuführbar und/oder das Brenngas durch eine/die, insbesondere eine weitere, gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Brennstoffzelle der Anode zuführbar.According to the invention, the fuel cell has at least one gas-permeable layer which comprises at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof. In this case, in particular the oxygen-containing gas can be supplied to the cathode through one / the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer of the fuel cell and / or the fuel gas by a /, in particular a further, gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds of their bonding layer of the fuel cell of the anode can be fed.
Insbesondere kann dabei das sauerstoffhaltige Gas die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht, durch welche der Kathode sauerstoffhaltiges Gas zuführbar ist, durchströmen, um zu der beziehungsweise den Kathoden zu gelangen. Das Brenngas kann dabei die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht, durch welche der Anode Brenngas zuführbar ist, durchströmen, um zu der beziehungsweise den Anoden zu gelangen. In dem sauerstoffhaltigen Gas und/oder dem Brenngas gegebenenfalls enthaltendes Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen, können so durch die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Kathode beziehungsweise der Anode gebunden und insbesondere vor dem Erreichen der Kathode beziehungsweise der Anode abgefangen werden.In particular, the oxygen-containing gas can flow through the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer through which the cathode oxygen-containing gas can be supplied to flow to the or the cathode. The fuel gas can flow through the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer through which the anode fuel gas can be supplied to flow to the or the anodes. By doing oxygen-containing gas and / or the fuel gas optionally containing silicon and / or sulfur and / or compounds thereof, so bound by the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer of the cathode or the anode and in particular before reaching the Cathode or the anode to be intercepted.
Unter einer Bindung kann dabei insbesondere eine physikalische und/oder chemische Bindung verstanden werden. Beispielsweise kann die Bindung auf Absorption, Adsorption und/oder dem Ausbilden einer chemischen, beispielsweise ionischen und/oder kovalenten, Bindung beruhen.Under a bond can be understood in particular a physical and / or chemical bond. For example, the binding may be based on absorption, adsorption and / or the formation of a chemical, for example ionic and / or covalent, bond.
Die mindestens eine gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Brennstoffzelle, insbesondere der Kathode/n und/oder der Anode/n, kann insbesondere gasdurchlässig porös sein.The at least one gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds thereof bonding layer of the fuel cell, in particular the cathode / n and / or the anode / n, in particular, may be gas-permeable porous.
Zwischen der Kathode und der Anode kann insbesondere ein Elektrolyt angeordnet sein.In particular, an electrolyte can be arranged between the cathode and the anode.
Die Brennstoffzelle kann insbesondere eine Vielzahl von Kathoden und Anoden umfassen, welche insbesondere eine Vielzahl von Kathode-Elektrolyt-Anode-Einheiten ausbilden können. Insbesondere kann die Brennstoffzelle ein, insbesondere segmentiertes, Funktionsschichtsystem aufweisen, welches eine Vielzahl von, beispielsweise in Reihe und/oder parallel geschalteten, Kathode-Elektrolyt-Anode-Einheiten umfasst (Segmentierung der Funktionsschichten). Das Funktionsschichtsystem kann dabei eine Kathodenschicht, eine Elektrolytschicht und eine Anodenschicht aufweisen, insbesondere wobei die Kathoden der Elektrolyt-Anode-Einheiten können durch Bereiche der Kathodenschicht, die Elektrolyten der Elektrolyt-Anode-Einheiten durch Bereiche der Elektrolytschicht und die Anoden der Elektrolyt-Anode-Einheiten durch Bereiche der Anodenschicht ausgebildet sein können.In particular, the fuel cell may comprise a plurality of cathodes and anodes, which may in particular form a plurality of cathode-electrolyte-anode units. In particular, the fuel cell can have a, in particular segmented, functional layer system which comprises a large number of cathode-electrolyte-anode units, for example connected in series and / or in parallel (segmentation of the functional layers). The functional layer system may comprise a cathode layer, an electrolyte layer and an anode layer, in particular wherein the cathodes of the electrolyte-anode units may pass through regions of the cathode layer, the electrolytes of the electrolyte-anode units through regions of the electrolyte layer and the anodes of the electrolyte-anode. Units may be formed by regions of the anode layer.
Im Rahmen einer Ausführungsform grenzt die Kathode beziehungsweise grenzen die Kathoden an die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht, durch welche der beziehungsweise den Kathode/n sauerstoffhaltiges Gas zuführbar ist, an und/oder grenzt die Anode beziehungsweise Anoden an die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht, durch welche der beziehungsweise den Anode/n Brenngas zuführbar ist, an. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass das sauerstoffhaltige Gas die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Kathode/n durchströmt, um zu der beziehungsweise den Kathoden zu gelangen und/oder das das Brenngas die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Anode/n durchströmt, um zu der beziehungsweise den Anoden zu gelangen.In the context of one embodiment, the cathode or borders adjoin the cathodes to the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer through which the gas or the oxygen-containing gas can be fed, and / or adjacent to the anode or anodes to the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer through which the or the anode / n fuel gas can be fed to. In this way it can be effected that the oxygen-containing gas flows through the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer of the cathode / n to get to the or the cathode and / or the fuel gas, the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer of the anode / s flows through to get to the or the anodes.
Grundsätzlich ist es möglich, die mindestens eine gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Brennstoffzelle aus einem Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen auszubilden.In principle, it is possible to form the at least one gas-permeable layer of the fuel cell which bonds silicon and / or sulfur and / or compounds thereof from a material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Brennstoffzelle, insbesondere der Kathode/n und/oder der Anode/n, jedoch ein poröses Trägermaterial, welches zumindest teilweise mit dem mindestens einen Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen versehen ist. Durch den Einsatz eines porösen Trägermaterials kann die gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht vorteilhafterweise auch mit Materialien zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen ausgestattet werden, welche als solche, beispielsweise aufgrund einer unzureichenden mechanischen Stabilität oder Porosität, nicht zur Ausbildung der gasdurchlässigen Schicht geeignet sind.In a further embodiment, the at least one gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer of the fuel cell, in particular the cathode / n and / or the anode / s, but a porous support material which at least partially with the at least a material for bonding silicon and / or sulfur and / or their compounds is provided. By using a porous carrier material, the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer can be advantageously equipped with materials for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof, as such, for example, due to insufficient mechanical stability or porosity, are not suitable for the formation of the gas-permeable layer.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform bedeckt das mindestens eine Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen die Oberfläche zumindest eines Teils der Poren des porösen Trägermaterials zumindest teilweise. Dadurch, dass das Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen die Oberfläche der Poren, also die innere Oberfläche der gasdurchlässigen, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindenden Schicht, bedeckt, kann vorteilhafterweise eine besonders große, Schwefel und/oder Silizium und/oder deren Verbindungen bindende Fläche und damit ein besonders guter Abfangeffekt erzielt werden.Within the scope of a further embodiment, the at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof at least partially covers the surface of at least part of the pores of the porous carrier material. Due to the fact that the material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof covers the surface of the pores, ie the inner surface of the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer, advantageously a particularly large , Sulfur and / or silicon and / or their compounds binding surface and thus a particularly good intercepting effect can be achieved.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Brennstoffzelle, insbesondere der Kathode/n und/oder der Anode/n, einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, wobei in dem ersten Abschnitt das poröse Trägermaterial mit dem mindestens einen Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen versehen ist, wobei in dem zweiten Abschnitt das poröse Trägermaterial frei von dem mindestens einen Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen ist. Dadurch können vorteilhafterweise potentielle Kurzschlüsse der Brennstoffzelle vermieden werden, welche ansonsten bei Materialien zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen, die eine bestimmte Leitfähigkeit aufweisen, auftreten könnten. Zudem kann so vorteilhafterweise die Materialauswahl vergrößert werden.In a further embodiment, the at least one gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds bonding layer of the fuel cell, in particular the cathode / n and / or the anode / n, a first and a second portion, wherein in the first section, the porous support material is provided with the at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof, wherein in the second section the porous support material is free of the at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or or their compounds. As a result, potential short circuits of the fuel cell can advantageously be avoided, which otherwise might occur with materials for bonding silicon and / or sulfur and / or their compounds having a particular conductivity. In addition, so advantageously the choice of material can be increased.
Insbesondere kann dabei das mindestens eine Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen in dem ersten Abschnitt die Oberfläche der Poren des porösen Trägermaterials, insbesondere im Wesentlichen aller Poren des porösen Trägermaterials, zumindest teilweise, gegebenenfalls vollständig, bedecken.In particular, the at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or their compounds in the first section may cover the surface of the pores of the porous carrier material, in particular substantially all pores of the porous carrier material, at least partially, if appropriate completely.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform grenzt die Kathode beziehungsweise grenzen die Kathoden an den zweiten, insbesondere bindungsmaterialfreien, Abschnitt der gasdurchlässigen, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindenden Schicht, durch welche der beziehungsweise de Kathode/n sauerstoffhaltiges Gas zuführbar ist, an und/oder grenzt die Anode beziehungsweise grenzen die Anoden an den zweiten, insbesondere bindungsmaterialfreien, Abschnitt der gasdurchlässigen, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindenden Schicht, durch welche der beziehungsweise den Anode/n Brenngas zuführbar ist, an. So können potentielle Kurzschlüsse besonders effektiv vermieden und die Materialauswahl erhöht werden.Within the scope of a further embodiment, the cathode or boundaries adjoin the cathodes to the second, in particular binding material-free, section of the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer, through which the de cathode or oxygen-containing gas can be supplied and / or the anode adjoins the second, in particular bonding material-free, portion of the gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer through which the anode or the fuel gas is fed to, on. Thus, potential short circuits can be avoided particularly effectively and the choice of materials can be increased.
Insbesondere kann die Brennstoffzelle einen tubularen porösen Träger aufweisen, wobei die mindestens eine gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht durch Imprägnierung des tubularen porösen Trägers der Brennstoffzelle realisiert werden kann.In particular, the fuel cell can have a tubular porous carrier, wherein the at least one gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer can be realized by impregnation of the tubular porous support of the fuel cell.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Brennstoffzelle daher einen zumindest teilweise gasdurchlässigen, insbesondere gasdurchlässig porösen, Trägerkörper, welcher die mindestens eine gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht der Brennstoffzelle, insbesondere der Kathode/n und/oder der Anode/n, umfasst oder zumindest teilweise als die mindestens eine gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende, Schicht der Brennstoffzelle, insbesondere der Kathode/n und/oder der Anode/n, dient. So kann vorteilhafterweise ein Mehrfachnutzen erzielt werden, welcher sich sowohl auf die Kosten als auch auf das Gewicht der Brennstoffzelle vorteilhaft auswirken kann. Insbesondere kann ein poröser Abschnitt des Trägerkörpers als gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht/en dienen.In the context of a further embodiment, the fuel cell therefore comprises an at least partially gas-permeable, in particular gas-permeable porous carrier body, which the at least one gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds bonding layer of the fuel cell, in particular the cathode / n and / or Anode / n, comprises or at least partially as the at least one gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or compounds binding, layer of the fuel cell, in particular the cathode / n and / or the anode / n used. Thus, a multiple benefit can advantageously be achieved, which can have an advantageous effect both on the cost and on the weight of the fuel cell. In particular, a porous section of the carrier body can serve as a gas-permeable layer / s which binds silicon and / or sulfur and / or compounds thereof.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Trägerkörper aus einem keramischen Material ausgebildet.In a further embodiment, the carrier body is formed of a ceramic material.
Dabei kann unter ausgebildet insbesondere verstanden werden, dass der Trägerkörper neben dem keramischen Material weitere Materialien, beispielsweise das mindestens eine Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen, umfassen kann, insbesondere wobei das keramische Material, bezogen auf das Volumen des Trägerkörpers, den größten Anteil der Materialien des Trägerkörpers ausmacht.In this case, it can be understood in particular that the carrier body can comprise, in addition to the ceramic material, further materials, for example the at least one material for binding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof, in particular the ceramic material, based on the volume of the carrier body, the largest proportion of the materials of the carrier body makes.
Insbesondere kann der Trägerkörper aus einem inerten keramischen Material ausgebildet sein. Dabei kann unter inert verstanden werden, dass das Material nicht als Elektrode oder Elektrolyt dient. Die Brennstoffzelle kann dabei beispielsweise als inert geträgerte Brennstoffzelle bezeichnet werden.In particular, the carrier body may be formed of an inert ceramic material. In this case, inert can be understood as meaning that the material does not serve as an electrode or electrolyte. The fuel cell can be referred to, for example, as an inertly supported fuel cell.
Zum Beispiel kann der Trägerkörper mindestens ein Material umfassen oder daraus ausgebildet sein, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumsilikaten, insbesondere Forsterit, Zirkoniumdioxid, insbesondere dotiertes Zirkoniumdioxid, beispielsweise mit 6,5 Gew.-% Yttriumoxid (Y2O3) dotiertes Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Gemischen, Spinellen, beispielsweise Magnesiumaluminat, Zirkoniumoxid-Glas-Gemischen, Zinkoxid und Mischungen davon. For example, the support body may comprise or be formed of at least one material selected from the group consisting of magnesium silicates, in particular forsterite, zirconia, in particular doped zirconia, for example doped with 6.5% by weight yttria (Y 2 O 3 ) Zirconia, alumina, alumina-zirconia mixtures, spinels, for example, magnesium aluminate, zirconia-glass mixtures, zinc oxide, and mixtures thereof.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Trägerkörper ein rohrförmiger (tubularer) Trägerkörper. Beispielsweise kann der Trägerkörper ein einseitig geschlossener rohrförmiger Trägerkörper oder ein beidseitig offener rohrförmiger Trägerkörper sein. Insbesondere kann der Trägerkörper ein einseitig geschlossener rohrförmiger Trägerkörper sein. Die Brennstoffzelle kann dabei als geschlossene oder offene, insbesondere geschlossene, tubulare Brennstoffzelle bezeichnet werden.In the context of a further embodiment, the carrier body is a tubular carrier body. For example, the carrier body may be a tubular carrier body closed on one side or a tubular carrier body open on both sides. In particular, the carrier body can be a tubular carrier body closed on one side. The fuel cell can be referred to as a closed or open, in particular closed, tubular fuel cell.
Die Funktionsschichten, insbesondere das (segmentierte) Funktionsschichtsystem, können beispielsweise auf die Innenseite des rohrförmigen Trägerkörpers aufgebracht sein. Im Rahmen einer Ausgestaltung grenzt die Kathode beziehungsweise grenzen die Kathoden an die Innenseite des rohrförmigen Trägerkörpers an. Die Anode beziehungsweise die Anoden können dabei offen liegen und/oder vom Innenraum des rohrförmigen Trägerkörpers aus, beispielsweise frei, zugänglich sein. Im Rahmen einer umgekehrten Ausgestaltung grenzt die Anode beziehungsweise grenzen die Anoden an die Innenseite des rohrförmigen Trägerkörpers an. Die Kathode beziehungsweise die Kathoden können dabei offen liegen und/oder vom Innenraum des rohrförmigen Trägerkörpers aus, beispielsweise frei, zugänglich sein.The functional layers, in particular the (segmented) functional layer system, can for example be applied to the inside of the tubular carrier body. In the context of one embodiment, the cathode or boundaries adjoin the cathodes to the inside of the tubular carrier body. The anode or the anodes can be open and / or from the interior of the tubular support body, for example, freely accessible. In the context of a reverse embodiment, the anode or boundaries adjacent the anodes to the inside of the tubular support body. The cathode or the cathodes may be open and / or accessible from the interior of the tubular carrier body, for example freely.
Umgekehrt können die Funktionsschichten, insbesondere das (segmentierte) Funktionsschichtsystem, auf die Außenseite des rohrförmigen Trägerkörpers aufgebracht sein. Im Rahmen einer Ausgestaltung grenzt die Kathode beziehungsweise grenzen die Kathoden an die Außenseite des rohrförmigen Trägerkörpers an. Die Anode beziehungsweise die Anoden können dabei offen liegen und/oder von der äußeren Umgebung des rohrförmigen Trägerkörpers aus, beispielsweise frei, zugänglich sein. Im Rahmen einer umgekehrten Ausgestaltung grenzt die Anode beziehungsweise grenzen die Anoden an die Außenseite des rohrförmigen Trägerkörpers an. Die Kathode beziehungsweise die Kathoden können dabei offen liegen und/oder von der äußeren Umgebung des rohrförmigen Trägerkörpers aus, beispielsweise frei, zugänglich sein. Conversely, the functional layers, in particular the (segmented) functional layer system, can be applied to the outside of the tubular carrier body. Within the scope of one embodiment, the cathode or boundaries adjoin the cathodes to the outside of the tubular carrier body. In this case, the anode or the anodes can be open and / or accessible from the outer environment of the tubular carrier body, for example freely. In the context of a reverse embodiment, the anode or boundaries adjoins the anodes to the outside of the tubular carrier body. The cathode or the cathodes can thereby be open and / or be accessible from the outer environment of the tubular carrier body, for example freely.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Funktionsschichten, insbesondere das (segmentierte) Funktionsschichtsystem, in den rohrförmigen Trägerkörper integriert ist. Im Rahmen einer Ausgestaltung grenzt die Kathode beziehungsweise grenzen die Kathoden an einen äußeren Abschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers an. Die Anode beziehungsweise die Anoden können dabei an einen inneren Abschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers angrenzen. Im Rahmen einer umgekehrten Ausgestaltung grenzt die Anode beziehungsweise grenzen die Anoden an einen äußeren Abschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers an. Die Kathode beziehungsweise die Kathoden können dabei an einen inneren Abschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers angrenzen.However, it is also possible for the functional layers, in particular the (segmented) functional layer system, to be integrated into the tubular carrier body. In the context of one embodiment, the cathode or boundaries adjoin the cathodes to an outer portion of the tubular carrier body. The anode or the anodes can be adjacent to an inner portion of the tubular support body. In the context of a reverse embodiment, the anode or boundaries adjoins the anodes to an outer portion of the tubular carrier body. The cathode or the cathodes may adjoin an inner portion of the tubular carrier body.
Der Trägerkörper kann insbesondere in dem Abschnitt, an den eine Funktionsschicht angrenzt beziehungsweise auf den das (segmentierte) Funktionsschichtsystem aufgebracht ist, gasdurchlässig porös sein. Darüber hinaus kann der Trägerkörper einen oder mehrere gasdichte Abschnitte aufweisen.The support body can be gas-permeable in particular in the section to which a functional layer adjoins or on which the (segmented) functional layer system is applied. In addition, the carrier body can have one or more gas-tight sections.
Insofern der Trägerkörper ein rohrförmiger (tubularer) Trägerkörper ist, kann beispielsweise ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiger, beispielsweise mittlerer, Abschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers gasdurchlässig porös sein. Daran angrenzend kann der rohrförmige Trägerkörpers insbesondere zwei gasdichte Abschnitte aufweisen.Insofar as the carrier body is a tubular carrier body, for example, a substantially hollow cylindrical, for example medium, section of the tubular carrier body may be permeable to gas in a gas-permeable manner. Adjacent thereto, the tubular carrier body can in particular have two gas-tight sections.
Beispielsweise im Fall eines einseitig durch eine Kappe geschlossene rohrförmige Trägerkörpers die Kappe gasdicht sein. Darüber hinaus kann der einseitig durch eine Kappe geschlossene rohrförmige Trägerkörper am offenen Ende einen gasdichten Fußabschnitt (Montageflansch) aufweisen.For example, in the case of a unilaterally closed by a cap tubular support body, the cap to be gas-tight. In addition, the one-sided closed by a cap tubular support body at the open end of a gas-tight foot section (mounting flange).
Im Fall eines beidseitig offenen rohrförmigen Trägerkörpers kann der Trägerkörper beispielsweise an beiden offenen Enden jeweils einen, an den gasdurchlässig porösen, im Wesentlichen hohlzylinderförmiger, beispielsweise mittlerer, Abschnitt angrenzenden gasdichte Fußabschnitt beziehungsweise Montageflansch aufweisen. In the case of a tubular support body open on both sides, the support body can have, for example, at both open ends in each case one gas-tight foot section or mounting flange adjacent to the gas-permeable, substantially hollow-cylindrical, for example middle, section.
Das mindestens eine Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalisalzen, insbesondere wasserlöslichen Erdalkalisalzen, zum Beispiel Erdalkalinitraten und/oder ein Erdalkalichloriden, und Mischungen davon. Erdalkalisalze, insbesondere wasserlösliche Erdalkalisalze, haben sich zur Bindung von Silizium und Schwefel als vorteilhaft erwiesen.The at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof may for example be selected from the group consisting of alkaline earth salts, in particular water-soluble alkaline earth salts, for example alkaline earth nitrates and / or an alkaline earth chlorides, and mixtures thereof. Alkaline earth salts, in particular water-soluble alkaline earth salts, have proved to be advantageous for binding silicon and sulfur.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst oder ist das mindestens eine Material zur Bindung von Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen ein Magnesiumsalz, insbesondere ein wasserlösliches Magnesiumsalz, beispielsweise Magnesiumnitrat und/oder Magnesiumchlorid, insbesondere Magnesiumnitrat. Magnesiumsalze, insbesondere Magnesiumnitrat, haben sich zur Bindung von Silizium und Schwefel als besonders vorteilhaft erwiesen.Within the scope of a further embodiment, the at least one material for bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof comprises or is a magnesium salt, in particular a water-soluble magnesium salt, for example magnesium nitrate and / or magnesium chloride, in particular magnesium nitrate. Magnesium salts, in particular magnesium nitrate, have proved to be particularly advantageous for binding silicon and sulfur.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Imprägnierlösung, dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie mit den Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the fuel cell according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell system according to the invention, the method according to the invention, the impregnation solution according to the invention, the energy system according to the invention and with the figures.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, welches mindestens eine Brennstoffzelle, insbesondere Hochtemperaturbrennstoffzelle, mit einer Kathode und einer Anode umfasst.Another object of the present invention is a fuel cell system, which comprises at least one fuel cell, in particular high-temperature fuel cell, with a cathode and an anode.
Beispielsweise kann die Kathode in einem mit Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas beaufschlagbaren beziehungsweise beaufschlagten Gasraum positioniert und/oder mit diesem gasleitend verbunden sein. Die Anode kann beispielsweise gasleitend mit einem mit Brenngas beaufschlagbaren Brenngasraum verbunden und/oder in diesem positioniert sein.For example, the cathode can be positioned in a gas space that can be acted upon or acted upon by air or another oxygen-containing gas and / or connected to it in a gas-conducting manner. For example, the anode may be gas-conductively connected to and / or positioned in a fuel gas space that can be acted upon with fuel gas.
Die mindestens eine Brennstoffzelle kann dabei insbesondere in einem Gasraum positioniert sein, durch welchen deren Kathode mit einem sauerstoffhaltigen Gas beaufschlagbar ist. Dabei kann deren Anode gasleitend mit einem mit einem Brenngas beaufschlagbaren Brenngasraum verbunden sein.The at least one fuel cell can be positioned in particular in a gas space, through which the cathode can be acted upon by an oxygen-containing gas. In this case, the anode may be connected in a gas-conducting manner with a fuel gas space which can be acted upon by a fuel gas.
Oder die mindestens eine Brennstoffzelle kann in einem Brenngasraum positioniert sein, durch welchen deren Anode mit einem Brenngas beaufschlagbar ist, wobei deren Kathode gasleitend mit einem mit einem sauerstoffhaltigen Gas beaufschlagbaren Gasraum verbunden ist.Or the at least one fuel cell may be positioned in a fuel gas space through which the anode thereof with a fuel gas can be acted upon, wherein the cathode is connected gas-conducting with a gas chamber which can be acted upon by an oxygen-containing gas.
Erfindungsgemäße ist in dem Gasraum oder in dem Brenngasraum mindestens eine, insbesondere gasdurchlässige, beispielsweise gasdurchlässig poröse, Schicht (Beschichtung) angeordnet, welche Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindet, beispielsweise absorbiert, adsorbiert und/oder chemisch bindet.According to the invention, at least one, in particular gas-permeable, for example gas-permeable porous layer (coating) is arranged in the gas space or in the fuel gas space, which binds silicon and / or sulfur and / or their compounds, for example absorbed, adsorbed and / or chemically binds.
Zwischen der Kathode und der Anode kann insbesondere ein Elektrolyt angeordnet sein.In particular, an electrolyte can be arranged between the cathode and the anode.
Die mindestens eine Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems kann insbesondere eine Vielzahl von Kathoden und Anoden umfassen, welche insbesondere eine Vielzahl von Kathode-Elektrolyt-Anode-Einheiten ausbilden können. Insbesondere kann die mindestens eine Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems ein, insbesondere segmentiertes, Funktionsschichtsystem aufweisen, welches eine Vielzahl von, beispielsweise in Reihe und/oder parallel geschalteten, Kathode-Elektrolyt-Anode-Einheiten umfasst (Segmentierung der Funktionsschichten).The at least one fuel cell of the fuel cell system may in particular comprise a plurality of cathodes and anodes, which in particular may form a plurality of cathode-electrolyte-anode units. In particular, the at least one fuel cell of the fuel cell system may have a, in particular segmented, functional layer system which comprises a large number of cathode-electrolyte-anode units connected in series and / or in parallel (segmentation of the functional layers).
Im Rahmen einer Ausführungsform ist die mindestens eine, insbesondere gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht des Gasraums und/oder des Brenngasraums Bestandteil der mindestens einen Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems. Insbesondere kann dabei die mindestens eine Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle sein.In one embodiment, the at least one, in particular gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer of the gas space and / or the fuel gas space is part of the at least one fuel cell of the fuel cell system. In particular, the at least one fuel cell of the fuel cell system may be a fuel cell according to the invention.
Im Rahmen einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist das sauerstoffhaltige Gas durch die mindestens eine, insbesondere gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht des Gasraums in den Gasraum einleitbar und/oder das Brenngas durch die mindestens eine, insbesondere gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht des Brenngasraums in den Brenngasraums einleitbar. Beispielsweise kann die Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht in einem im Einmündungsbereich einer in den Gasraum beziehungsweise Brenngasraum mündenden Gaszuleitung beziehungsweise Brenngaszuleitung angeordnet sein.In another alternative or additional embodiment, the oxygen-containing gas is introduced into the gas space through the at least one, in particular gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer of the gas space and / or the fuel gas through the at least one, in particular gas-permeable , Silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer of the fuel gas chamber in the fuel gas chamber can be introduced. For example, the layer bonding silicon and / or sulfur and / or compounds thereof can be arranged in a gas feed line or fuel gas feed line opening into the gas space or combustion gas space in the area of the junction.
Im Rahmen einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist die mindestens eine, insbesondere gasdurchlässige, Silizium und/oder Schwefel und/oder deren Verbindungen bindende Schicht des Gasraums und/oder Brenngasraums auf eine den Gasraum beziehungsweise den Brenngasraum begrenzende Wandung aufgebracht.In the context of another alternative or additional embodiment, the at least one, in particular gas-permeable, silicon and / or sulfur and / or their compounds binding layer of the gas space and / or fuel gas space is applied to a wall defining the gas space or the fuel gas space.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Imprägnierlösung, dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie mit den Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the fuel cell system according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell according to the invention, the method according to the invention, the impregnation solution according to the invention, the energy system according to the invention and with the figures.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, und/oder eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, welches die Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen eines zumindest teilweise gasdurchlässig porösen Körpers, und
- b) Auftragen einer Imprägnierlösung auf den Körper,
- a) providing an at least partially gas-permeable porous body, and
- b) applying an impregnating solution to the body,
Insbesondere kann in Verfahrensschritt b) eine erfindungsgemäße Imprägnierlösung eingesetzt werden.In particular, in process step b) an impregnation solution according to the invention can be used.
Vorzugsweise dringt die Imprägnierlösung in Verfahrensschritt b) zumindest teilweise in die Poren des Körpers ein. Vorzugsweise weist die Imprägnierlösung eine ausreichend geringe Viskosität auf, um ausreichend tief in das Porengerüst des Körpers (Trägermaterials) eindringen zu können.Preferably, the impregnation solution in step b) at least partially penetrates into the pores of the body. The impregnating solution preferably has a sufficiently low viscosity in order to be able to penetrate deep enough into the pore framework of the body (carrier material).
Insbesondere kann in Verfahrensschritt b) die Imprägnierlösung derart auf den Körper aufgetragen werden, dass die Imprägnierlösung nur in einen Teil der Poren des Körpers eindringt beziehungsweise den Körper nur teilweise durchdringt. Insbesondere kann dabei ein Teil der Poren des Körpers imprägnierlösungsfrei bleiben. Dies kann beispielsweise durch Einstellen der Viskosität der der Imprägnierlösung erfolgen, insbesondere wobei die Viskosität so eingestellt wird, dass der Körper (poröse Träger) nicht vollständig, beispielsweise bis zur Kathode, durchdrungen wird.In particular, in method step b), the impregnating solution can be applied to the body in such a way that the impregnating solution penetrates only part of the pores of the body or only partially penetrates the body. In particular, a part of the pores of the body can remain free of impregnation solution. This can be done for example by adjusting the viscosity of the impregnating solution, in particular wherein the viscosity is adjusted so that the body (porous carrier) is not completely penetrated, for example, to the cathode.
Im Rahmen einer Ausführungsform erfolgt Verfahrensschritt b) durch Eintauchen des Körpers in eine Imprägnierlösung und/oder durch Besprühen des Körpers mit einer Imprägnierlösung.In one embodiment, process step b) is carried out by immersing the body in an impregnating solution and / or by spraying the body with an impregnating solution.
Beispielsweise kann eine Brennstoffzelle durch Sintern hergestellt werden. Nachdem die Brennstoffzelle durch sintern hergestellt wurde, kann die Zelle im abgekühlten Zustand entweder in ein Tauchbad mit der Imprägnierlösung getaucht oder mit Hilfe einer Sprüheinrichtung mit der Imprägnierlösung besprüht werden.For example, a fuel cell can be manufactured by sintering. After the fuel cell has been produced by sintering, can the cell is either immersed in a dipping bath with the impregnating solution in the cooled state or sprayed with the impregnating solution by means of a spraying device.
In Verfahrensschritt a) kann insbesondere eine, beispielsweise tubulare, Brennstoffzelle bereitgestellt werden, welche einen zumindest teilweise porösen Trägerkörper aufweist, auf den mindestens eine Kathode oder Anode aufgebracht ist. Insbesondere kann die mindestens eine Kathode oder Anode dabei auf einen porösen Abschnitt des Trägerkörpers aufgebracht sein. Die Imprägnierlösung kann dabei insbesondere auf die der Kathode beziehungsweise Anode gegenüberliegende Seite des porösen Abschnitts des Trägerkörpers aufgebracht werden.In method step a), it is possible in particular to provide a, for example, tubular, fuel cell which has an at least partially porous carrier body to which at least one cathode or anode is applied. In particular, the at least one cathode or anode can be applied to a porous section of the carrier body. The impregnation solution can be applied in particular to the cathode or anode side opposite the porous portion of the carrier body.
Dabei kann in Verfahrensschritt b) die Imprägnierlösung derart auf den Trägerkörper aufgetragen werden, dass an die mindestens eine Kathode angrenzende Poren des Trägerkörpers imprägnierlösungsfrei bleiben.In this case, in process step b), the impregnating solution can be applied to the carrier body such that pores of the carrier body adjoining the at least one cathode remain free of impregnation solution.
Der Trägerkörper kann beispielsweise aus einem keramischen Material ausgebildet sein. Insbesondere kann der Trägerkörper aus einem inerten keramischen Material ausgebildet sein. Die Brennstoffzelle kann dabei beispielsweise als inert geträgerte Brennstoffzelle bezeichnet werden.The carrier body may be formed, for example, of a ceramic material. In particular, the carrier body may be formed of an inert ceramic material. The fuel cell can be referred to, for example, as an inertly supported fuel cell.
Der Trägerkörper kann insbesondere ein rohrförmiger (tubularer) Trägerkörper sein. Beispielsweise kann der Trägerkörper ein einseitig geschlossener rohrförmiger Trägerkörper oder ein beidseitig offener rohrförmiger Trägerkörper sein. Insbesondere kann der Trägerkörper ein einseitig geschlossener rohrförmiger Trägerkörper sein. Die Brennstoffzelle kann dabei als geschlossene oder offene, insbesondere geschlossene, tubulare Brennstoffzelle bezeichnet werden.The carrier body may in particular be a tubular carrier body. For example, the carrier body may be a tubular carrier body closed on one side or a tubular carrier body open on both sides. In particular, the carrier body can be a tubular carrier body closed on one side. The fuel cell can be referred to as a closed or open, in particular closed, tubular fuel cell.
Die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Brennstoffzelle kann insbesondere ein, beispielsweise segmentiertes, Funktionsschichtsystem aufweisen, welches eine Vielzahl von, zum Beispiel in Reihe und/oder parallel geschalteten, Kathode-Elektrolyt-Anode-Einheiten umfasst (Segmentierung der Funktionsschichten). The fuel cell provided in method step a) may in particular have a functional layer system, for example segmented, which comprises a large number of cathode-electrolyte-anode units, for example connected in series and / or in parallel (segmentation of the functional layers).
Dabei kann das Funktionsschichtsystem insbesondere derart auf den Trägerkörper aufgebracht sein, dass dessen Kathoden oder Anoden an den Trägerkörper angrenzen.In this case, the functional layer system can in particular be applied to the carrier body in such a way that its cathodes or anodes adjoin the carrier body.
Die Funktionsschichten beziehungsweise das (segmentierte) Funktionsschichtsystem kann beispielsweise auf der Innenseite oder auf der Außenseite, insbesondere der Innenseite, des rohrförmigen Trägerkörpers aufgebracht sein. The functional layers or the (segmented) functional layer system can be applied, for example, on the inside or on the outside, in particular the inside, of the tubular carrier body.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellesystem, der erfindungsgemäßen Imprägnierlösung, dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie mit den Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell according to the invention, the fuel cell system according to the invention, the impregnation solution according to the invention, the energy system according to the invention and with the figures.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Imprägnierlösung zur Herstellung einer, insbesondere erfindungsgemäßen, Brennstoffzelle und/oder eines, insbesondere erfindungsgemäßen, Brennstoffzellensystems, insbesondere durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, in der ein Erdalkalisalz, insbesondere ein wasserlösliches Erdalkalisalz, zum Beispiel ein Erdalkalinitrat und/oder ein Erdalkalichlorid, beispielsweise ein Magnesiumsalz, zum Beispiel Magnesiumnitrat und/oder Magnesiumchlorid, insbesondere Magnesiumnitrat, enthalten ist. Dieser Bestandteil ist maßgeblich für die Bindung von Silizium und Schwefel verantwortlich.Another object of the present invention is an impregnating solution for producing a, in particular inventive fuel cell and / or, in particular inventive fuel cell system, in particular by a method according to the invention, in which an alkaline earth metal salt, in particular a water-soluble alkaline earth metal salt, for example an alkaline earth nitrate and / or an alkaline earth chloride, for example a magnesium salt, for example magnesium nitrate and / or magnesium chloride, in particular magnesium nitrate, is contained. This ingredient is responsible for the binding of silicon and sulfur.
Erdalkalinitrate und/oder Erdalkalichloride, insbesondere Magnesiumnitrat, sind vorteilhafterweise wasserlöslich.Alkaline earth nitrates and / or alkaline earth chlorides, in particular magnesium nitrate, are advantageously water-soluble.
Insbesondere kann es sich daher bei der Imprägnierlösung um eine wässrige Imprägnierlösung handeln.In particular, the impregnating solution may therefore be an aqueous impregnating solution.
Des Weiteren kann die Lösung organische Materialien beinhalten, die die Wirkung verbessern und eine optimale Viskosität einstellen. Diese Organik kann bei der Inbetriebnahme der Brennstoffzelle (SOFC), bei der hohe Temperaturen von > 500 °C erreicht werden, rückstandslos zersetzt werden. Furthermore, the solution may include organic materials that improve the effect and set an optimum viscosity. This organics can be decomposed without residue during commissioning of the fuel cell (SOFC), where high temperatures of> 500 ° C are reached.
Die Imprägnierlösung kann daher weiterhin mindestens eine organische Verbindung zum Einstellen der Viskosität der Imprägnierlösung enthalten.The impregnating solution may therefore further contain at least one organic compound for adjusting the viscosity of the impregnating solution.
Beispielsweise kann die mindestens eine organische Verbindung aus der Gruppe der Alkoholate und deren Mischungen ausgewählt sein.For example, the at least one organic compound can be selected from the group of alkoxides and mixtures thereof.
Die Viskosität der Imprägnierlösung kann beispielsweise so eingestellt sein, dass bei einer Imprägnierung eines porösen Körpers die Imprägnierlösung zumindest teilweise in die Poren des porösen Körper eindringt. Vorzugsweise dringt dabei die Imprägnierlösung jedoch nur in einen Teil der Poren des porösen Körpers ein. Beispielsweise kann die Viskosität der Imprägnierlösung so eingestellt sein, dass bei einer Imprägnierung eines zumindest teilweise gasdurchlässig porösen Trägerkörpers der Brennstoffzelle beziehungsweise eines Gasraums der Brennstoffzelle keine Imprägnierung der Kathode der Brennstoffzelle erfolgt. The viscosity of the impregnating solution may be adjusted, for example, such that when impregnating a porous body, the impregnating solution at least partially penetrates into the pores of the porous body. Preferably, however, the impregnating solution only penetrates into a part of the pores of the porous body. For example, the viscosity of the impregnating solution may be adjusted so that when impregnating an at least partially gas-permeable porous carrier body of the fuel cell or a gas space of the fuel cell, there is no impregnation of the cathode of the fuel cell.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Imprägnierlösung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellesystem, dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie mit den Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the impregnating solution according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell according to the invention, the fuel cell system according to the invention, the method according to the invention, the energy system according to the invention and with the figures.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Energiesystem, zum Beispiel eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, beispielsweise für ein Wohn- oder Geschäftshaus, eine Industrieanlage, ein Kraftwerk, ein Fahrzeug, ein Flugzeug, eine Bahn, eine Telekommunikationsanlage oder ein Rechenzentrum, zum Beispiel eine Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage und/oder ein Fahrzeug, ein Flugzeug, eine Bahn, eine Telekommunikationsanlage oder ein Rechenzentrum, welche/s eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle und/oder ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem und/oder eine erfindungsgemäß hergestellte Brennstoffzellen und/oder ein erfindungsgemäß hergestelltes Brennstoffzellensystem umfasst und/oder verwendet (Einsatz in SOFC-KWK-Anlagen). Unter einer (Mikro-)Kraft-Wärme-Kopplungsanlage kann insbesondere eine Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme aus einem Energieträger verstanden werden. Furthermore, the present invention relates to an energy system, for example a combined heat and power plant, for example for a residential or commercial building, an industrial plant, a power plant, a vehicle, an aircraft, a train, a telecommunications system or a data center, for example a micro Combined heat and power plant and / or a vehicle, an aircraft, a train, a telecommunications system or a data center, which / s a fuel cell according to the invention and / or a fuel cell system according to the invention and / or a fuel cell prepared according to the invention and / or a fuel cell system produced according to the invention includes and / or uses (use in SOFC CHP plants). A (micro) combined heat and power plant may, in particular, be understood to mean a plant for the simultaneous generation of electricity and heat from an energy source.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellesystem, dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Imprägnierlösung sowie mit den Figuren verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the energy system according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell according to the invention, the fuel cell system according to the invention, the method according to the invention, the impregnation solution according to the invention and with the figures.
Zeichnungendrawings
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it
Im Rahmen der in
Die in
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In dem an die Kathoden
Die in
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Die in
Im Rahmen der in
Umgekehrt zu der in
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Die in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1699103 A1 [0007] EP 1699103 A1 [0007]
- US 2009/0324449 A1 [0008] US 2009/0324449 A1 [0008]
- EP 2339677 A1 [0009] EP 2339677 A1 [0009]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Schuler (Journal of Power Sources, 196, 2011) [0004] Schuler (Journal of Power Sources, 196, 2011) [0004]
- Sasaki publizierte im Journal of Power Sources (2011) [0005] Sasaki published in the Journal of Power Sources (2011) [0005]
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- 2012-11-23 DE DE102012221430A patent/DE102012221430A1/en active Pending
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