DE102016225589A1 - fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit (10a; 10b), welche zumindest zwei Brennstoffzellen (12a, 14a; 12b; 14b) und eine Interkonnektoreinheit (16a; 16b), welche zumindest teilweise von einem manganbasierten Perowskit gebildet ist und dazu vorgesehen ist, die zumindest zwei Brennstoffzellen (12a, 14a; 12b; 14b) seriell miteinander zu verschalten, umfasst.Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit (10a; 10b) zumindest eine Schutzschicht (48a; 48b), welche dazu vorgesehen ist, eine Diffusion von Mangan von der Interkonnektoreinheit (16a; 16b) in eine Anodenschicht (28a; 28b) der Brennstoffzelleneinheit (10a; 10b) zumindest weitgehend zu verhindern.The invention is based on a fuel cell device with a fuel cell unit (10a, 10b) which has at least two fuel cells (12a, 14a, 12b, 14b) and an interconnector unit (16a, 16b) which is formed at least partially by a manganese-based perovskite It is proposed that the fuel cell unit (10a, 10b) has at least one protective layer (48a, 48b) provided therefor, a diffusion manganese from the interconnector unit (16a, 16b) into an anode layer (28a, 28b) of the fuel cell unit (10a, 10b) is at least largely prevented.
Description
Stand der TechnikState of the art
Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit bekannt, welche zumindest zwei Brennstoffzellen und eine Interkonnektoreinheit, welche zumindest teilweise von einem manganbasierten Perowskit gebildet ist und dazu vorgesehen ist, die zumindest zwei Brennstoffzellen seriell miteinander zu verschalten, umfasst.A fuel cell device with a fuel cell unit is already known which comprises at least two fuel cells and an interconnector unit, which is at least partially formed by a manganese-based perovskite and is provided for interconnecting the at least two fuel cells in series.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit, welche zumindest zwei Brennstoffzellen und eine Interkonnektoreinheit, welche zumindest teilweise von einem manganbasierten Perowskit gebildet ist und dazu vorgesehen ist, die zumindest zwei Brennstoffzellen seriell miteinander zu verschalten, umfasst.The invention relates to a fuel cell device with a fuel cell unit, which comprises at least two fuel cells and an interconnector unit, which is at least partially formed by a manganese-based perovskite and is provided to interconnect the at least two fuel cells in series.
Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Schutzschicht aufweist, welche dazu vorgesehen ist, eine Diffusion von Mangan von der Interkonnektoreinheit in eine Anodenschicht der Brennstoffzelleneinheit zumindest weitgehend zu verhindern.It is proposed that the fuel cell unit has at least one protective layer which is provided to at least substantially prevent diffusion of manganese from the interconnector unit into an anode layer of the fuel cell unit.
Unter einer „Brennstoffzellenvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung zu einer stationären und/oder mobilen Gewinnung insbesondere elektrischer und/oder thermischer Energie unter Verwendung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit verstanden werden. Unter einer „Brennstoffzelleneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit einer Mehrzahl von miteinander verschalteten Brennstoffzellen verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Energie zumindest eines Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Die Brennstoffzellen sind vorzugsweise als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer „Interkonnektoreinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den zumindest zwei Brennstoffzellen herzustellen, um die zumindest zwei Brennstoffzellen seriell miteinander zu verschalten.In this context, a "fuel cell device" is to be understood as meaning, in particular, a device for stationary and / or mobile extraction of, in particular, electrical and / or thermal energy using at least one fuel cell unit. In this context, a "fuel cell unit" is to be understood as meaning, in particular, a unit having a plurality of interconnected fuel cells, which is provided with at least one chemical energy of at least one fuel gas, in particular hydrogen and / or carbon monoxide, and at least one oxidant, in particular oxygen, in particular to convert into electrical energy. The fuel cells are preferably designed as solid oxide fuel cell (SOFC). By "provided" is intended to be understood in particular specially programmed, designed and / or equipped. The fact that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state. In this context, an "interconnector unit" is to be understood as meaning, in particular, a unit which is provided to produce an electrically conductive connection between the at least two fuel cells in order to connect the at least two fuel cells in series.
Die Interkonnektoreinheit ist zumindest teilweise von einem manganbasierten Perowskit gebildet ist. Insbesondere kann die Interkonnektoreinheit zumindest im Wesentlichen vollständig von einem manganbasierten Perowskit gebildet sein. Das manganbasierte Perowskit weist insbesondere die allgemeine chemische Formel La1-x Srx Ay Mn1-y O3 mit 0,05<x<0,6, 0,05<y<0,6 und A = Scandium (Sc), Titan (Ti), Niob (Nb) oder Tantal (Ta) auf. Vorzugsweise ist die Interkonnektoreinheit von einem Lanthan-Strontium-Titan-Manganoxid gebildet. Das Lanthan-Strontium-Titan-Manganoxid weist insbesondere die allgemeine chemische Formel (La1-x Srx)y (Tiz Mn1-z)t O3 mit 0,05<x<0,3, 0,95<y<1, 0,05<z<0,20, 0,95<t<1 auf. Insbesondere ist die Schutzschicht dazu vorgesehen, während eines Sinterns der Brennstoffzellenvorrichtung eine Diffusion von Mangan von der Interkonnektoreinheit in die Anodenschicht zumindest weitgehend zu verhindern. Insbesondere kann die Schutzschicht dazu vorgesehen sein, von der Interkonnektoreinheit ausdiffundiertes Mangan zumindest teilweise aufzunehmen. Die Schutzschicht weist insbesondere eine weitgehende chemische Kompatibilität zum Material der Interkonnektoreinheit und zum Material der Anodenschicht auf. Vorzugsweise ist die Schutzschicht unmittelbar zwischen der Interkonnektoreinheit und der Anodenschicht angeordnet.The interconnector unit is at least partially formed by a manganese-based perovskite. In particular, the interconnector unit can be formed at least substantially completely by a manganese-based perovskite. In particular, the manganese-based perovskite has the general chemical formula La 1-x Sr x A y Mn 1-y O 3 with 0.05 <x <0.6, 0.05 <y <0.6 and A = scandium (Sc) , Titanium (Ti), niobium (Nb) or tantalum (Ta). Preferably, the interconnector unit is formed by a lanthanum-strontium-titanium-manganese oxide. In particular, the lanthanum-strontium-titanium-manganese oxide has the general chemical formula (La 1-x Sr x ) y (Ti z Mn 1-z ) t O 3 with 0.05 <x <0.3, 0.95 <y <1, 0.05 <z <0.20, 0.95 <t <1. In particular, the protective layer is intended to at least substantially prevent diffusion of manganese from the interconnector unit into the anode layer during sintering of the fuel cell device. In particular, the protective layer may be provided to at least partially accommodate manganese diffused out of the interconnector unit. The protective layer has, in particular, a substantial chemical compatibility with the material of the interconnector unit and with the material of the anode layer. The protective layer is preferably arranged directly between the interconnector unit and the anode layer.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit verbesserten Betriebseigenschaften und/oder Herstellungseigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere kann während eines Sinterns der Brennstoffzelleneinheit eine Diffusion von Mangan von der Interkonnektoreinheit in die Anodenschicht zumindest weitgehend vermieden werden. Hierdurch kann eine Ausbildung von Sekundärphasen, insbesondere von Nickel-Mangan-Spinell Strukturen, in der Anodenschicht vorteilhaft vermieden werden, wodurch eine vorteilhaft hohe Effizienz der Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden kann.By such a configuration, a generic fuel cell device having improved operating characteristics and / or manufacturing properties can be provided. In particular, during sintering of the fuel cell unit, diffusion of manganese from the interconnector unit into the anode layer can be at least largely avoided. As a result, an embodiment of secondary phases, in particular of nickel-manganese spinel structures, in the anode layer can advantageously be avoided, as a result of which an advantageously high efficiency of the fuel cell device can be achieved.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht zumindest im Wesentlichen von einem Material mit der allgemeinen chemischen Formel (A1-x Sr)y TiO3 mit A = Lanthan (La), Yttrium (Y), Praseodym (Pr) oder Samarium (Sm) gebildet ist. Vorzugsweise besteht die Schutzschicht zumindest im Wesentlichen aus Lanthan-Strontium-Titanoxid. Zusätzlich kann das Material der Schutzschicht mit fünfwertigen Kationen, beispielsweise Niob, Tantal und/oder Vanadium, dotiert sein. Insbesondere kann die Schutzschicht dazu vorgesehen sein, während eines Sinterns der Brennstoffzellenvorrichtung von der Interkonnektoreinheit ausdiffundiertes Mangan aufzunehmen, wodurch eine elektrische Leitfähigkeit der Schutzschicht und somit eine Leistung der Brennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft gesteigert werden kann. Insbesondere weist die Schutzschicht eine Schichtdicke zwischen 1 µm und 5 µm auf. Hierdurch kann eine vorteilhaft manganfreie Schutzschicht zwischen der Interkonnektoreinheit und der Anodenschicht angeordnet werden, welche eine Diffusion von Mangan in die Anodenschicht zumindest weitgehend verhindert.It is also proposed that the protective layer is at least substantially of a material having the general chemical formula (A 1-x Sr) y TiO 3 with A = lanthanum (La), yttrium (Y), praseodymium (Pr), or samarium (Sm) is formed. Preferably, the protective layer consists at least substantially of lanthanum-strontium-titanium oxide. In addition, the material of the protective layer may be doped with pentavalent cations, for example niobium, tantalum and / or vanadium. In particular, the protective layer may be provided to receive manganese diffused from the interconnector unit during sintering of the fuel cell device, whereby an electrical conductivity of the protective layer and thus a performance of the fuel cell device can advantageously be increased. In particular, the protective layer has a layer thickness between 1 μm and 5 μm. hereby an advantageous manganese-free protective layer can be arranged between the interconnector unit and the anode layer, which at least largely prevents diffusion of manganese into the anode layer.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Kathodenschicht, welche dazu vorgesehen ist, Kathoden der zumindest zwei Brennstoffzellen auszubilden, zumindest eine Anodenschicht, welche dazu vorgesehen ist, Anoden der zumindest zwei Brennstoffzellen auszubilden, und zumindest eine Elektrolytschicht, welche dazu vorgesehen ist, Elektrolyten der zumindest zwei Brennstoffzellen auszubilden, umfasst. Die zumindest eine Kathodenschicht kann insbesondere aus Lanthan-Strontium-Manganoxid und/oder Lanthan-Strontium-Eisenoxid- und/oder Lanthan-Strontium-Kobalt-Eisenoxid und/oder Lanthan-Nickel-Eisenoxid und/oder eine Mischung von Lanthan-Strontium-Kobalt-Eisenoxid und gadoliniumdotiertes Ceroxid gebildet sein. Vorzugsweise ist die Kathodenschicht aus Lanthan-Strontium-Manganoxid, oder Lanthan-Strontium-Kobalt-Eisenoxid. Vorzugsweise weist das Material der zumindest einen Kathodenschicht eine Perowskit-Struktur auf. Die zumindest eine Anodenschicht kann insbesondere von einem Nickel und yttriumstabilisiertes Zirkoniumoxid umfassenden Cermet und/oder von einem Nickel und gadoliniumstabilisiertes Ceroxid umfassenden Cermet und/oder Lanthan-Strontium-Titanoxid gebildet sein. Die zumindest eine Elektrolytschicht kann insbesondere aus yttriumstabilisiertem Zirkoniumoxid und/oder scandiumstabilisiertem Zirkoniumoxid und/oder gadoliniumdotiertem Ceroxid gebildet sein. Die zumindest eine Elektrolytschicht ist insbesondere zwischen der zumindest einen Anodenschicht und der zumindest einen Kathodenschicht angeordnet. Die zumindest eine Kathodenschicht bildet jeweils eine Kathode der zumindest zwei Brennstoffzellen aus, wobei die Kathoden der zumindest zwei Brennstoffzellen vorzugsweise durch einen elektrischen und ionischen Isolator voneinander getrennt sind. Die zumindest eine Anodenschicht bildet jeweils eine Anode der zumindest zwei Brennstoffzellen aus, wobei die Anoden der zumindest zwei Brennstoffzellen vorzugsweise durch einen elektrischen und ionischen Isolator voneinander getrennt sind. Hierdurch kann ein vorteilhafter Aufbau der zumindest zwei Brennstoffzellen erreicht werden.It is further proposed that the fuel cell unit has at least one cathode layer, which is provided to form cathodes of the at least two fuel cells, at least one anode layer, which is intended to form anodes of the at least two fuel cells, and at least one electrolyte layer, which is provided for this, electrolytes the at least two fuel cells form comprises. The at least one cathode layer may in particular consist of lanthanum-strontium-manganese oxide and / or lanthanum-strontium-iron oxide and / or lanthanum-strontium-cobalt-iron oxide and / or lanthanum-nickel-iron oxide and / or a mixture of lanthanum-strontium-cobalt Iron oxide and gadolinium-doped cerium oxide. Preferably, the cathode layer is of lanthanum-strontium-manganese oxide, or lanthanum-strontium-cobalt-iron oxide. Preferably, the material of the at least one cathode layer has a perovskite structure. The at least one anode layer may in particular be formed by a cermet comprising nickel and yttrium-stabilized zirconium oxide and / or cermet and / or lanthanum strontium titanium oxide comprising a nickel and gadolinium-stabilized cerium oxide. The at least one electrolyte layer may in particular be formed from yttrium-stabilized zirconium oxide and / or scandium-stabilized zirconium oxide and / or gadolinium-doped cerium oxide. The at least one electrolyte layer is arranged in particular between the at least one anode layer and the at least one cathode layer. The at least one cathode layer in each case forms a cathode of the at least two fuel cells, wherein the cathodes of the at least two fuel cells are preferably separated from one another by an electrical and ionic insulator. The at least one anode layer in each case forms an anode of the at least two fuel cells, wherein the anodes of the at least two fuel cells are preferably separated from one another by an electrical and ionic insulator. As a result, an advantageous construction of the at least two fuel cells can be achieved.
Vorzugsweise sind die Interkonnektoreinheit und die Schutzschicht innerhalb der Elektrolytschicht der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Insbesondere weist die Interkonnektoreinheit mit aufgetragener Schutzschicht eine Gesamtdicke auf, welche zumindest im Wesentlichen einer Dicke der Elektrolytschicht entspricht. Insbesondere weist die Interkonnektoreinheit mit aufgetragener Schutzschicht eine Gesamtdicke zwischen 15 µm und 30 µm auf. Insbesondere ist die Interkonnektoreinheit dazu vorgesehen, eine Kathode einer ersten Brennstoffzelle mit einer Anode einer zweiten Brennstoffzelle in Reihe zu schalten. Die Interkonnektoreinheit ist insbesondere derart innerhalb der Elektrolytschicht der Brennstoffzelleneinheit angeordnet, dass sie ein Elektrolyt einer ersten Brennstoffzelle insbesondere ionisch isolierend von einem Elektrolyt einer zweiten Brennstoffzelle trennt. Insbesondere ist die Interkonnektoreinheit in einem Bereich der Elektrolytschicht angeordnet, in welchem sich eine Kathode einer ersten Brennstoffzelle und eine Anode einer zweiten Brennstoffzelle zumindest teilweise überlappen. Hierdurch kann eine Brennstoffzelleneinheit mit vorteilhaft großen elektrochemisch aktiven Flächen realisiert werden.Preferably, the interconnector unit and the protective layer are arranged inside the electrolyte layer of the fuel cell unit. In particular, the interconnector unit with the protective layer applied has an overall thickness which corresponds at least substantially to a thickness of the electrolyte layer. In particular, the interconnector unit with the protective layer applied has a total thickness of between 15 μm and 30 μm. In particular, the interconnector unit is provided to connect a cathode of a first fuel cell with an anode of a second fuel cell in series. The interconnector unit is arranged, in particular, within the electrolyte layer of the fuel cell unit such that it separates an electrolyte of a first fuel cell, in particular in an ionically insulating manner, from an electrolyte of a second fuel cell. In particular, the interconnector unit is arranged in a region of the electrolyte layer in which a cathode of a first fuel cell and an anode of a second fuel cell overlap at least partially. In this way, a fuel cell unit can be realized with advantageously large electrochemically active surfaces.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Interkonnektoreinheit zumindest zwei Lagen aufweist, wobei zumindest eine erste Lage zumindest im Wesentlichen von dem manganbasierten Perowskit gebildet ist. Die zumindest eine Interkonnektoreinheit ist insbesondere aus voneinander verschiedenen Materialien gebildet, welche schichtweise aneinander angeordnet sind. Die Materialien aus denen die Interkonnektoreinheit gebildet ist weisen insbesondere komplementäre und/oder ergänzende funktionelle Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich einer Leitfähigkeit und/oder eines Sinterverhaltens, auf. Vorzugsweise weisen die Materialien der Interkonnektoreinheit jeweils eine Perowskit-Struktur auf. Hierdurch können Materialeigenschaften verschiedener Materialien vorteilhaft kombiniert werden. Hierdurch kann die Interkonnektoreinheit vorteilhaft an Anforderungen einer Brennstoffzellenvorrichtung angepasst werden, wodurch insbesondere eine Funktionalität und/oder Lebensdauer der Brennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft gesteigert werden kann.Furthermore, it is proposed that the interconnector unit has at least two layers, wherein at least one first layer is formed at least substantially by the manganese-based perovskite. The at least one interconnector unit is formed, in particular, from mutually different materials which are arranged in layers against one another. The materials from which the interconnector unit is formed have, in particular, complementary and / or supplementary functional properties, in particular with regard to a conductivity and / or a sintering behavior. Preferably, the materials of the interconnector unit each have a perovskite structure. As a result, material properties of different materials can be advantageously combined. In this way, the interconnector unit can advantageously be adapted to the requirements of a fuel cell device, whereby in particular a functionality and / or lifetime of the fuel cell device can advantageously be increased.
Vorzugsweise weist die Interkonnektoreinheit zumindest eine zweite Lage auf, welche von einem nickelbasierten Perowskit gebildet ist. Das nickelbasierte Perowskit weist insbesondere die allgemeine chemische Formel La Nix Fe1-x O3 mit 0,05<x<0,6 auf. Hierdurch kann eine vorteilhaft gasdichte zweite Lage geschaffen werden, wodurch eine Gasdichtheit der Brennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft erhöht werden kann. Ferner kann eine vorteilhaft hohe Leitfähigkeit der zumindest einen zweiten Lage unter einer kathodischen Atmosphäre erreicht werden. Durch die Kombination der zumindest einen ersten Lage und der zumindest einen zweiten Lage zu einer Interkonnektoreinheit können somit ohmsche Verluste vorteilhaft reduziert werden, da sowohl in einer anodischen als auch in einer kathodischen Atmosphäre eine vorteilhaft hohe Leitfähigkeit erreicht werden kann.The interconnector unit preferably has at least one second layer, which is formed by a nickel-based perovskite. The nickel-based perovskite has in particular the general chemical formula La Ni x Fe 1-x O 3 with 0.05 <x <0.6. In this way, an advantageous gas-tight second layer can be created, whereby a gas-tightness of the fuel cell device can be advantageously increased. Furthermore, an advantageously high conductivity of the at least one second layer under a cathodic atmosphere can be achieved. Ohmic losses can thus advantageously be reduced by combining the at least one first layer and the at least one second layer to form an interconnector unit, since an advantageously high conductivity can be achieved both in an anodic and in a cathodic atmosphere.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine erste Lage der Interkonnektoreinheit in Richtung der zumindest einen Anodenschicht und die zumindest eine zweite Lage der Interkonnektoreinheit in Richtung der zumindest einen Kathodenschicht weist. Hierdurch kann eine vorteilhafte Anordnung der Lagen der Interkonnektoreinheit, insbesondere im Hinblick auf eine Orientierung der Materialien der Interkonnektoreinheit, innerhalb der Brennstoffzelleneinheit erreicht werden.It is also proposed that the at least one first location of the Interconnector unit in the direction of the at least one anode layer and the at least one second layer of the interconnector unit in the direction of the at least one cathode layer. In this way, an advantageous arrangement of the layers of the interconnector unit, in particular with regard to an orientation of the materials of the interconnector unit, can be achieved within the fuel cell unit.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest einen Trägerkörper umfasst, auf welchem die Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist. Unter einem „Trägerkörper“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit insbesondere mechanisch zu entlasten und/oder zu stabilisieren. Dies ermöglicht insbesondere eine vorteilhaft dünne Ausgestaltung der Brennstoffzelleneinheit. Insbesondere kann durch eine Verringerung einer Dicke der zumindest einen Elektrolytschicht eine Leitfähigkeit der Elektrolyten der zumindest zwei Brennstoffzellen vorteilhaft verbessert und somit eine Effizienz der Brennstoffzellen vorteilhaft gesteigert werden. Der Trägerkörper kann insbesondere rohrförmig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Trägerkörper an zumindest einem offenen Rohrende einen, insbesondere gasdichten, Befestigungsabschnitt zu einer Befestigung des Trägerkörpers an einem Trägersubstrat aufweisen. An einem anderen Rohrende kann der Trägerkörper einen weiteren derartigen Befestigungsabschnitt aufweisen oder insbesondere durch einen, insbesondere gasdichten, Kappenabschnitt verschlossen sein. Alternativ kann der Trägerkörper insbesondere planar ausgestaltet sein. Die Brennstoffzelleneinheit ist insbesondere derart an dem Trägerkörper angeordnet, dass vorzugsweise die zumindest eine Kathodenschicht an den Trägerkörper angrenzt. In Bereichen, in denen die Brennstoffzelleneinheit an den Trägerkörper angrenzt, ist der Trägerkörper vorzugsweise gasdurchlässig ausgebildet und weist beispielsweise gasdurchlässige Poren und/oder Öffnungen auf. Der Trägerkörper kann insbesondere aus einem oder mehreren keramischen und/oder glasartigen Materialien ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Trägerkörper aus Forsterit und/oder Zirkoniumdioxid und/oder Aluminiumoxid ausgebildet sein. Hierdurch kann eine vorteilhafte mechanische und/oder thermische Stabilität der Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden.It is also proposed that the fuel cell device comprises at least one carrier body on which the fuel cell unit is arranged. In this context, a "carrier body" should be understood to mean, in particular, an element which is intended to relieve and / or stabilize the at least one fuel cell unit in particular mechanically. This allows in particular an advantageously thin design of the fuel cell unit. In particular, by reducing a thickness of the at least one electrolyte layer, a conductivity of the electrolyte of the at least two fuel cells can advantageously be improved and thus an efficiency of the fuel cells advantageously increased. The carrier body may be designed in particular tubular. By way of example, the carrier body can have a, in particular gas-tight, fastening section on at least one open tube end for attachment of the carrier body to a carrier substrate. At another tube end, the carrier body may have another such attachment portion or in particular be closed by a, in particular gas-tight, cap portion. Alternatively, the carrier body can be designed in particular planar. The fuel cell unit is in particular arranged on the carrier body such that preferably the at least one cathode layer is adjacent to the carrier body. In regions in which the fuel cell unit adjoins the carrier body, the carrier body is preferably gas-permeable and has, for example, gas-permeable pores and / or openings. The carrier body may in particular be formed from one or more ceramic and / or glassy materials. For example, the support body may be formed of forsterite and / or zirconia and / or alumina. In this way, an advantageous mechanical and / or thermal stability of the fuel cell device can be achieved.
Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung vorgeschlagen. Insbesondere kann in zumindest einem Verfahrensschritt zumindest die Interkonnektoreinheit und die Schutzschicht und vorzugsweise die gesamte Brennstoffzelleneinheit mittels Siebdrucks hergestellt werden. Insbesondere können in zumindest einem weiteren Verfahrensschritt die Materialien der Interkonnektoreinheit, der Schutzschicht und/oder der Brennstoffzelleneinheit und/oder des Trägerkörpers co-gesintert werden. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden.In addition, a method for producing a fuel cell device according to the invention is proposed. In particular, in at least one method step, at least the interconnector unit and the protective layer and preferably the entire fuel cell unit can be produced by means of screen printing. In particular, in at least one further method step, the materials of the interconnector unit, the protective layer and / or the fuel cell unit and / or the carrier body can be co-sintered. In this way, an advantageously simple and / or cost-effective production of the fuel cell device according to the invention can be achieved.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.The fuel cell device according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the fuel cell device according to the invention may have a different number from a number of individual elements, components and units mentioned herein for fulfilling a mode of operation described herein.
Figurenlistelist of figures
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, two embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination.
Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigt:
-
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit, welche zumindest zwei Brennstoffzellen umfasst, welche mittels einer Interkonnektoreinheit seriell miteinander verschalten sind, und -
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit, welche zumindest zwei Brennstoffzellen umfasst, welche mittels einer zweilagig ausgebildeten Interkonnektoreinheit seriell miteinander verschalten sind.
-
1 a schematic cross section through a fuel cell device with a fuel cell unit, which comprises at least two fuel cells, which are connected in series by means of an interconnector unit, and -
2 a schematic cross section through a fuel cell device with a fuel cell unit, which comprises at least two fuel cells, which are connected in series with each other by means of a two-layer interconnector unit.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die Brennstoffzelleneinheit
Die Interkonnektoreinheit
Die Kathoden
Die Brennstoffzellenvorrichtung
In
Die Interkonnektoreinheit
Ferner weist die die Brennstoffzelleneinheit
Claims (10)
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