DE102017215549A1

DE102017215549A1 - Brennstoffzelle mit verbesserter Robustheit

Info

Publication number: DE102017215549A1
Application number: DE102017215549.3A
Authority: DE
Inventors: Kai Weeber; Friedrich Kneule; Andreas Haeffelin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-03-07
Also published as: EP3679621A1; WO2019048340A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle (10), insbesondere Festoxidbrennstoffzelle (19), mit mindestens einem Trägersubstrat (12) und einem auf dem Trägersubstrat (12) aufgebrachten Funktionsschichtsystem (14). Es wird vorgeschlagen, dass das Trägersubstrat (12) zumindest im Wesentlichen aus einem Schaummaterial (16) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung auch einen Brennstoffzellenstack (60) welcher zumindest eine solche Brennstoffzelle (10) aufweist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennstoffzelle (10) und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Brennstoffzellenstacks (60).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, insbesondere Festoxidbrennstoffzelle, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennstoffzelle, mit mindestens einem Trägersubstrat und einem auf dem Trägersubstrat aufgebrachten Funktionsschichtsystem sowie einen Brennstoffzellenstack aufweisend zumindest eine solche Brennstoffzelle. Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstack mit einer solchen Brennstoffzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Brennstoffzellenstacks.
Stand der Technik
Das Dokument DE 10 2007 034 967 A1 offenbart eine Brennstoffzelle, welche eine pulvermetallurgisch hergestellte Platte aufweist, die einstückig einen porösen Substratbereich umfasst, auf den die elektrochemisch aktiven Zellschichten aufgetragen sind.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, dass das Trägersubstrat zumindest im Wesentlichen aus einem Schaummaterial ausgebildet ist, wodurch die Herstellungskosten der Brennstoffzelle reduziert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch möglich. So ist es von Vorteil, dass das Schaummaterial ein metallisches Schaummaterial ist, wodurch die mechanische und thermische Stabilität des Trägersubstrats erhöht wird.
Vorteilhaft ist es auch, dass das Schaummaterial eine hohe Porosität aufweist, wodurch eine hohe Gasdurchlässigkeit des Trägersubstrats erreicht werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Schaummaterial mit keinem weiteren Material versehen und besteht insbesondere ausschließlich aus dem metallischen Schaummaterial, wodurch eine besonders hohe Gasdurchlässigkeit ermöglicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Schaummaterial mit einem Füllmaterial versehen, wodurch die Eigenschaften des Schaummaterials gezielt modifiziert werden können.
Vorteilhaft ist es, wenn das Schaummaterial mit einem, insbesondere inerten, keramischen Füllmaterial, vorzugsweise aufweisend zumindest Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und/oder Forsterit (Mg₂[SiO_4]), versehen ist, wodurch die chemische Stabilität des Trägersubstrats erhöht werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Schaummaterial mit einem katalytischen Füllmaterial, insbesondere einem Reformermaterial, vorzugsweise aufweisend zumindest Nickel (Ni), Nickeloxid (NiO) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃), versehen ist, wodurch ein besonders effektiver Reformierungsprozess im Trägersubstrat durchgeführt werden kann.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das Schaummaterial mit einem entschwefelndem Füllmaterial, insbesondere einem Entschwefelungsmaterial, vorzugsweise aufweisend zumindest Kupferoxid (CuO), Zinkoxid (ZnO), Manganoxid (MnO₂), Cobalt (Co), Molybdän (Mo) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃), versehen ist, wodurch ein besonders effektiver Entschwefelungsprozess im Trägersubstrat stattfinden kann.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Schaummaterial mit einem Chrom- und/oder Silicium-reduzierenden Füllmaterial, vorzugsweise aufweisend zumindest Mangan-Cobalt-Oxid (Mn₂-_xCO_1+x0_4±0) und/oder Lanthan-Strontium-Manganoxid (LaSrMn), versehen ist, wodurch das Funktionsschichtsystem besonders effektiv vor einer Chrom- und/oder Siliciumvergiftung bewahrt werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Schaummaterial als Interconnector ausgebildet wodurch eine technisch elegante, elektrische Kontaktierung mit geringem elektrischen Widerstand ermöglicht wird.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung sind Medienführungskanäle () in das Schaummaterial eingebracht, wodurch eine gezielte Zuführung von Medien, wie Beispielsweise Brennstoff und/oder Luft, zum Funktionsschichtsystem ermöglicht wird und darüber hinaus Druckverluste reduziert werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung ist das Schaummaterial stoffschlüssig mit einem Trennelement, insbesondere einem Metallblech, verbunden, wodurch die Brennstoffzelle gegenüber der Umgebung abgedichtet werden kann und zudem der elektrische Widerstand bei einer elektrischen Kontaktierung reduziert werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Brennstoffzelle nach der vorhergehenden Beschreibung, mit mindestens einem Trägersubstrat und einem auf dem Trägersubstrat aufgebrachten Funktionsschichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat zumindest im Wesentlichen aus einem Schaummaterial ausgebildet wird, wodurch die Herstellungskosten minimiert werden können und des Trägersubstrat flexibel ausgestaltet werden kann.
Vorteilhaft ist es, wenn das Schaummaterial, insbesondere mittels Nasstechnik, vorzugsweise mittels eines Tunkverfahrens, mit einem Füllmaterial versehen wird, wodurch eine wodurch flexible Weiterentwicklungen der Brennstoffzelle ermöglicht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schaummaterial mit einem Trennelement, insbesondere einem Metallblech, vorzugsweise stoffschlüssig, gesintert wird, wodurch eine besonders gute elektrische Verbindung zwischen dem Trägersubstrat und dem Trennelement hergestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstack, welcher sich dadurch auszeichnet, dass dieser zumindest eine Brennstoffzelle nach der vorhergehenden Beschreibung aufweist, wodurch die bisher genannten Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle für den Brennstoffzellenstack effizient zur Leistungssteigerung eingesetzt werden können.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstacks, wobei zumindest eine Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstacks mittels eines Verfahrens nach der vorhergehenden Beschreibung hergestellt wird, wodurch eine kostengünstige Herstellung des Brennstoffzellenstacks ermöglicht wird.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle,
2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle,
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle,
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle,
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle,
6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle,
7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstacks,

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle 10 gezeigt. Die Brennstoffzelle 10 weist ein Trägersubstrat 12 und ein auf dem Trägersubstrat 12 aufgebrachtes Funktionsschichtsystem 16 auf. Die Brennstoffzelle 10 zeichnet sich dadurch aus, dass das Trägersubstrat 12 zumindest im Wesentlichen aus einem Schaummaterial 16 ausgebildet ist, wodurch die Herstellungskosten der Brennstoffzelle 10 reduziert werden.
Das Schaummaterial 16 ist als metallisches Schaummaterial 18 ausgeführt, wodurch die mechanische und thermische Stabilität der Brennstoffzelle 10 effizient erhöht wird. Dabei kann das metallische Schaummaterial 18 als Metallschaum 18 verstanden werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das metallische Schaummaterial 18 aus robustem Stahl. Es wäre allerdings auch denkbar, andere Metalle für das metallische Schaummaterial 18 zu verwenden.
Darüber hinaus weist das Schaummaterial 16 eine hohe Porosität auf, wodurch eine hohe Gasdurchlässigkeit des Trägersubstrats 12 erreicht wird.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schaummaterial 16 mit keinem weiteren Material versehen und besteht ausschließlich aus dem metallischen Schaummaterial 18, wodurch eine besonders hohe Gasdurchlässigkeit des Trägersubstrats 12 erreicht wird.
Bei der Brennstoffzelle 10 handelt es sich im gezeigten Fall um eine Festoxidbrennstoffzelle 19, bzw. SOFC-Brennstoffzelle 20. Durch die erhöhte mechanische und thermische Stabilität, kann die Brennstoffzelle 10, bzw. die Festoxidbrennstoffzelle 20, nun dazu vorgesehen sein, in mobilen Anwendungen zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme verwendet zu werden. So lässt sich die Brennstoffzelle 10 beispielsweise in APUs und/oder Range-Extendern verwenden. Auch ist eine Verwendung der Brennstoffzelle 10 zur Elektrolyse oder Hydrolyse denkbar.
Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Brennstoffzelle 10, bzw. die Festoxidbrennstoffzelle 20, dazu vorgesehen ist, in stationären Anwendungen zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme verwendet zu werden. So könnte die Brennstoffzelle 10 beispielsweise in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen für Gebäude verwendet werden.
Das Funktionsschichtsystem 14 weist eine erste Elektrode 20, im gezeigten Fall eine Anode 22, eine zweite Elektrode 24, im gezeigten Fall eine Kathode 26, und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 28 auf.
Die erste Elektrode 20, bzw. die Anode 22, kann beispielsweise aus NiO und/oder Ni mit Yttrium stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ) bestehen. Die zweite Elektrode 24, bzw. die Kathode 26, kann beispielsweise aus Lanthan-Strontium-Manganoxid (LSM), Lanthan-Strontium-Cobaltoxid (LSC), Lanthan-Strontium-Cobalt-Eisenoxid (LSCF) und/oder einem vergleichbaren Material bestehen. Der Elektrolyt 28 kann beispielsweise zu 5mol% bis 10mol%, im gezeigten Fall zu 8mol%, aus stabilisiertem Zirkoniumoxid (8YSZ) und/oder CGO bestehen. Durch die genannten Zusammensetzungen wird ein besonders effektiver Betrieb der Brennstoffzelle 10 ermöglicht.
Das Funktionsschichtsystem 14 ist im direkten Kontakt mit dem Trägersubstrat 12, welches aus dem Schaummaterial 16, bzw. dem metallischen Schaummaterial 18, ausgebildet ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel grenzt die erste Elektrode 20, bzw. die Anode 22, direkt an das Trägersubstrat 12.
Das Funktionsschichtsystem 14 wird während einer Herstellung als Paket in reduzierender Atmosphäre gesintert, wobei der Sauerstoffpartialdruck p_O2 auf 10^-19 bar eingestellt wird. Dies wird über ein Formiergas (N₂ mit 5% H₂) eingestellt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Metalle nicht oxidieren, oxidische Keramiken aber dennoch ohne reduziert zu werden, gesintert werden können.
In 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle 10 gezeigt. In dem gezeigten Fall ist das Schaummaterial 16 mit einem Füllmaterial 30 versehen, wodurch die Eigenschaften des Schaummaterials 30 gezielt beeinflusst und erweitert werden können.
In einem Herstellungsprozess wird das Schaummaterial mittels Nasstechnik, für das gezeigte Ausführungsbeispiel mittels eines Tunkverfahrens, mit dem Füllmaterial 30 versehen. Dabei wird das Füllmaterial 30 derart in das Schaummaterial 16 eingebracht, dass sich mit dem Füllmaterial 30 eine dünne Schicht an den Außenwände innerhalb der Poren des Schaummaterials 16 ausbildet, wobei die Poren mit dem Füllmaterial 30 weiterhin einen Raum umschließen den ein Fluid passieren kann. Entsprechend ist das Schaummaterial 16 auch mit dem Füllmaterial 30 gasdurchlässig.
Zur Herstellung der in 2 gezeigten Brennstoffzelle 10 wird das Schaummaterial 16 vorab zusammen mit dem Füllmaterial 30 gesintert. Daraufhin wird das Funktionsschichtsystem 14 auf das Trägersubstrat 12, bestehend aus dem Schaummaterial 16 und dem Füllmaterial 30, aufgebracht. Anschließend wird das Trägersubstrat 12, bestehend aus dem Schaummaterial 16 und dem Füllmaterial 30, mit dem Funktionsschichtsystem 14 co-gesintert.
In dem gezeigten Fall ist das Schaummaterial 16 mit einem keramischen Füllmaterial 32 versehen, welches Forsterit (Mg₂[SiO₄]) aufweist. Es ist aber auch möglich, dass das keramische Füllmaterial 32 Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Zirkoniumoxid (ZrO₂) aufweist. Auch wäre es denkbar, dass das keramische Füllmaterial 32 eine Materialzusammensetzung aufweist, welche sich aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und/oder Forsterit (Mg₂[SiO₄]) zusammensetzt.
Durch das keramische Füllmaterial 32 wird die Stabilität der Brennstoffzelle 10 erhöht. Zudem ist das verwendete keramische Füllmaterial 32 inert, wodurch vermieden werden kann, dass unerwünschte Reaktionen mit der Gasatmosphäre bei der Herstellung der Brennstoffzelle 10 stattfinden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches ebenfalls der Darstellung aus 2 entspricht, ist das Schaummaterial 16 mit einem katalytischen Füllmaterial 34, bzw. einem Reformermaterial 36, welches vorzugsweise zumindest Nickel (Ni), Nickeloxid (NiO) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweist, versehen. So ist das Reformermaterial 36 in das Schaummaterial 16 integriert, wodurch eine Reformierung eines zum Funktionsschichtsystem 14 zugeführten Brennstoffs, wie beispielsweise Erdgas, im Schaummaterial 16 stattfinden. So kann bei einem Brennstoffzellensystem, welches mit Brennstoffzellen 10 realisiert ist, auf eine separate Reformereinheit verzichtet werden. Entsprechend werden Kosten gespart. Darüber hinaus kann durch einen endothermen Reformierungsprozess die Brennstoffzelle 10 gekühlt werden, wodurch das Thermomanagement der Brennstoffzelle 10 verbessert wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches ebenfalls der Darstellung aus 2 entspricht, ist das Schaummaterial 16 mit einem entschwefelndem Füllmaterial 38, bzw. einem Entschwefelungsmaterial 40, welches vorzugsweise zumindest Kupferoxid (CuO), Zinkoxid (ZnO), Manganoxid (MnO₂), Cobalt (Co), Molybdän (Mo) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweist, versehen. Dadurch werden die Elektroden vor einer Vergiftung durch Schwefel im Brenngas geschützt. Auch ist das Entschwefelungsmaterial 34 in das Schaummaterial 16 integriert, was zu einer Kostenreduktion in der Herstellung führt, da keine separate Entschwefelungseinheit zwingend erforderlich ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches ebenfalls der Darstellung aus 2 entspricht, ist das Schaummaterial 16 mit einem Chrom- und/oder Silicium-reduzierenden Füllmaterial 42, welches vorzugsweise zumindest Mangan-Cobalt-Oxid (Mn_2-xCO_1+xO_4±0) und/oder Lanthan-Strontium-Manganoxid (LaSrMn) aufweist, versehen. Dadurch werden die Elektroden vor einer Vergiftung durch Chrom oder Silicium im Brenngas geschützt. Auch ist das Chrom- und/oder Silicium-reduzierenden Füllmaterial 32 in das Schaummaterial 16 integriert, was zu einer Kostenreduktion in der Herstellung führt, da keine separate Einheit zur Reduzierung von Chrom- und/oder Silicium im Brenngas zwingend erforderlich ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 10. Auch hier weist das Funktionsschichtsystem 14 eine erste Elektrode 20, im gezeigten Fall eine Anode 22, eine zweite Elektrode 24, im gezeigten Fall eine Kathode 26, und einen Elektrolyten 28 auf. Jedoch umschließt hier der Elektrolyt 28 die erste Elektrode 20, bzw. die Anode 22, in einem Randbereich 44, wodurch die poröse Anode 22 in dem Randbereich 44 abgedichtet wird.
Alternativ ist es auch denkbar, dass der Elektrolyt 28 die zweite Elektrode 24, bzw. die Kathode 26, in dem Randbereich 44 umschließt. Ebenso ist es denkbar, dass der Elektrolyt sowohl die erste Elektrode 20, bzw. die Anode 22, als auch die zweite Elektrode 24, bzw. die Kathode 26, in dem Randbereich 44 umschließt.
In 4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 10. In dem Ausführungsbeispiel sind die erste Elektrode 20, bzw. die Anode 22, und die zweite Elektrode 24, bzw. die Kathode 26, vertauscht. So grenzt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die zweite Elektrode 24, bzw. die Kathode 26, direkt an das Trägersubstrat 12.
5 zeigt einen schematischen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 10. In diesem Fall ist auf das Funktionsschichtsystem 14 ein weiteres Trägersubstrat 46 aufgebracht. Das weitere Trägersubstrat 46 ist im Wesentlichen aus einem weiteren Schaummaterial 48, bzw. einem weiteren metallischen Schaummaterial 50, ausgebildet.
In dem in 5 gezeigten Fall ist das weitere Trägersubstrat 46 baugleich zu dem Trägersubstrat 12. So besteht das weitere Schaummaterial 48 aus demselben Material wie auch das Schaummaterial 16. Es ist allerdings auch denkbar, dass das Trägersubstrat 12 und das weitere Trägersubstrat 46 aus unterschiedliche Materialien bestehen.
In allen Ausführungsbeispielen ist das Schaummaterial 16 und je nach Ausführungsbeispiel ggf. ein weiteres Schaummaterial 48 als Interconnector 52 ausgebildet. So können die Elektroden 20, 24 des Funktionsschichtsystems 14 auf technisch elegante Weise kontaktiert werden, ohne dass ein zusätzliches Anbringen eines separaten Interconnectors notwendig ist. Auch wird der Wiederstand durch die hohe Oberfläche des Schaummaterials 16 und ggf. des weiteren Schaummaterials 48 verringert, wodurch eine effiziente elektrische Kontaktierung ermöglicht wird.
Auch sind in allen Ausführungsbeispielen Medienführungskanäle 54 in das Schaummaterial 16 und je nach Ausführungsbeispiel ggf. in das weitere Schaummaterial 48 eingebracht, wodurch die Zuführung von Medien, wie beispielsweise Brennstoff, Luft oder sogar einem Kühlmittel, gezielt beeinflusst und verteilt werden kann.
In 6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelle 10 gezeigt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffzelle 10 zusätzlich ein Trennelement 56 auf. Bei dem Trennelement 56 handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um ein Metallblech 58. Dabei ist das Schaummaterial 16 und im gezeigten Fall auch das weitere Schaummaterial 48 stoffschlüssig mit dem jeweiligen Trennelement 56, bzw. mit dem jeweiligen Metallblech 58, verbunden, wodurch die Medienführungskanäle von der Umgebung der Brennstoffzelle 10 getrennt bzw. abgedichtet werden.
Während der Herstellung der Brennstoffzelle 10 wird das Schaummaterial 16, bzw. auch das weitere Schaummaterial 48, mit dem jeweiligen Trennelement 56, bzw. dem jeweiligen Metallblech 58, stoffschlüssig gesintert. So kann eine besonders beständige Verbindung zwischen dem Schaummaterial 16, bzw. dem weiteren Schaummaterial 48, und einem jeweiligen Trennelement 56 hergestellt werden.
Durch die Trennelemente 56, bzw. die Metallbleche 58 wird zudem eine weitere Möglichkeit geliefert die Brennstoffzelle 10 zu kontaktieren. So kann auch elektrischer Strom über die Trennelemente 56 abgegriffen werden. Durch die zusätzliche Erhöhung der stromleitenden Oberfläche wird der elektrische Widerstand nochmals reduziert, wodurch eine noch effizientere elektrische Kontaktierung möglich ist.
In 6 ist eine schematisch Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstacks 60 gezeigt. Der Brennstoffzellenstack 60 weist zwei Brennstoffzelle 10 auf, wie sie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5, bzw. in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 mit Trennelementen 56, beschrieben wurden.
Die Brennstoffzellen 10 sind aufeinandergestapelt, wodurch die elektrische Leistung erhöht wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus 6 sind der für eine vereinfachte Darstellung lediglich zwei Brennstoffzellen 10 aufeinandergestapelt. Es ist aber auch möglich eine deutlich höhere Anzahl an Brennstoffzellen 10 aufeinander zu stapeln. So wäre es auch möglich beispielsweise 400 Brennstoffzellen 10 dieser Bauart aufeinanderzustapeln.
Der Brennstoffzellenstack 60, bzw. die einzelnen Brennstoffzellen 10 weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel Trennelemente 56, bzw. Metallbleche 58, auf. Trennelemente 56 werden die Medienführungskanäle 54 benachbarter Brennstoffzellen 10 strömungstechnisch voneinander getrennt. Zudem wird eine Kontaktierung einzelner Brennstoffzellen 10 über die Trennelemente 58 ermöglicht. Für eine Kontaktierung des Brennstoffzellenstack 60 im gesamten, wäre es auch mögliche beispielsweise das oberste und unterste Trennelement 58 des Brennstoffzellenstacks 60 zu kontaktieren, so dass das oberste und unterste Trennelement 58 als Sammelleitungen 62 fungieren.
Die Brennstoffzellen 10 des Brennstoffzellenstacks 60 wurden wie die Brennstoffzellen 10 aus den vorhergehenden Ausführungsbeispielen hergestellt.
Es ist möglich, dass in allen Ausführungsbeispielen das Schaummaterial 16, bzw. das metallische Schaummaterial 18, und ggf. weiteres Schaummaterial 48, bzw. weiteres metallisches Schaummaterial 50, mit einem Füllmaterial 30, gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen zu 2, versehen ist, wodurch die Eigenschaften einer Brennstoffzelle 10 oder eines Brennstoffzellenstacks erweitert werden.
Auch ist es möglich, dass in allen Ausführungsbeispielen die erste Elektrode 20, die zweite Elektrode 24 oder beide Elektroden 20, 24 mit dem Elektrolyten 28 in einem Randbereich 44 überzogen sind, wodurch zumindest eine der Elektroden 20, 24 oder gar beide gegenüber der Umgebung abgedichtet werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007034967 A1 [0002]

Claims

Brennstoffzelle (10), insbesondere Festoxidbrennstoffzelle (19), mit mindestens einem Trägersubstrat (12) und einem auf dem Trägersubstrat (12) aufgebrachten Funktionsschichtsystem (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (12) zumindest im Wesentlichen aus einem Schaummaterial (16) ausgebildet ist.
Brennstoffzelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) ein metallisches Schaummaterial (18) ist
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) eine hohe Porosität aufweist.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das Schaummaterial (16) mit keinem weiteren Material versehen ist und insbesondere ausschließlich aus dem metallischen Schaummaterial (18) besteht.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) mit einem Füllmaterial (30) versehen ist.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) mit einem, insbesondere inerten, keramischen Füllmaterial (32), vorzugsweise aufweisend zumindest Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und/oder Forsterit (Mg₂[SiO₄]), versehen ist.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) mit einem katalytischen Füllmaterial (34), insbesondere einem Reformermaterial (36), vorzugsweise aufweisend zumindest Nickel (Ni), Nickeloxid (NiO) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃), versehen ist.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) mit einem entschwefelndem Füllmaterial (38), insbesondere einem Entschwefelungsmaterial (40), vorzugsweise aufweisend zumindest Kupferoxid (CuO), Zinkoxid (ZnO), Manganoxid (MnO₂), Cobalt (Co), Molybdän (Mo) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃), versehen ist.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) mit einem Chrom- und/oder Silicium-reduzierenden Füllmaterial (42), vorzugsweise aufweisend zumindest Mangan-Cobalt-Oxid (Mn_2-xCO_1+xO_4±0) und/oder Lanthan-Strontium-Manganoxid (LaSrMn), versehen ist.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) als Interconnector (52) ausgebildet ist.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medienführungskanäle (54) in das Schaummaterial (16) eingebracht sind.
Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) stoffschlüssig mit einem Trennelement (56), insbesondere einem Metallblech (58), verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle (10), insbesondere einer Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem Trägersubstrat (16) und einem auf dem Trägersubstrat (12) aufgebrachten Funktionsschichtsystem (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (12) zumindest im Wesentlichen aus einem Schaummaterial (16) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial, insbesondere mittels Nasstechnik, vorzugsweise mittels eines Tunkverfahrens, mit einem Füllmaterial (30) versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (16) mit einem Trennelement (56), insbesondere einem Metallblech (58), vorzugsweise stoffschlüssig, gesintert wird.
Brennstoffzellenstack (60), dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest eine Brennstoffzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstacks (60), insbesondere eines Brennstoffzellenstacks (60) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Brennstoffzelle (10) des Brennstoffzellenstacks (60) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 16 hergestellt wird.