DE10219096A1 - High temperature fuel cell used as a solid oxide fuel cell comprises a ceramic electrolyte and electrodes arranged as functional layers on a metallic support having perforations and/or pores - Google Patents

High temperature fuel cell used as a solid oxide fuel cell comprises a ceramic electrolyte and electrodes arranged as functional layers on a metallic support having perforations and/or pores

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Abstract

High temperature fuel cell comprises a ceramic electrolyte (20) and electrodes arranged as functional layers on a metallic support (10) having perforations (11) and/or pores with a diameter of more than 100 mum. An Independent claim is also included for a process for the production of a high temperature fuel cell.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einem keramischen Elektrolyten und zugehörigen Elektroden, die als Funktionsschichten auf einem tragenden Element aufgebracht sind. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf zugehörige Verfahren zur Herstellung einer solchen Hochtemperatur-Brennstoffzelle. The invention relates to a High temperature fuel cell with a ceramic electrolyte and associated Electrodes as functional layers on a supporting Element are applied. The invention also relates also related processes for the production of such High-temperature fuel cell.

Hochtemperatur-Brennstoffzellen sollen als einzelne Brennstoffzelleneinheit mit einer geringen Dicke realisiert werden können. Um trotz der geringen Leitfähigkeit solche Brennstoffzellen mit geringer Dicke und somit einem niedrigen flächenbezogenen Widerstand realisieren zu können, wird eine stützende Struktur benötigt. Gleichermaßen sollen dabei die Elektrodenschichten eine geringe Dicke haben, damit Transportvorgänge nicht gehemmt werden. Schließlich sollen die Funktionsschichten mit möglichst wenig Material auskommen, damit so die Kosten für den elektrochemischen Generator gesenkt werden können. High temperature fuel cells are said to be single Fuel cell unit can be realized with a small thickness can. To such despite the low conductivity Fuel cells with a small thickness and thus a low one Being able to realize area-related resistance will be a supporting structure needed. Likewise, the Electrode layers have a small thickness so Transport processes are not inhibited. After all, they should Functional layers use as little material as possible, thus the costs for the electrochemical generator can be lowered.

Hochtemperatur-Brennstoffzellen haben einen festkeramischen Elektrolyten und werden auch als SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) bezeichnet. Prinzip und Aufbau von SOFC's sind beispielsweise in VIK-Berichte, Nr. 214, November 1999 "Brennstoffzellen" auf Seite 49 ff. für ein sog. Röhrenkonzept und auf Seite 54 ff. ff. eine planare Ausführung beschrieben. In der Praxis wird kurz von der planaren SOFC einerseits und der tubularen SOFC andererseits gesprochen. High-temperature fuel cells have a solid ceramic Electrolytes and are also called SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) designated. The principle and structure of SOFCs are, for example in VIK reports, No. 214, November 1999 "Fuel cells" on page 49 ff. for a so-called tube concept and on page 54 ff. ff. described a planar design. In practice is briefly from the planar SOFC on the one hand and the tubular SOFC spoken on the other hand.

Bei der planaren SOFC ist eine metallische Platte, welche die einzelnen Brennstoffzellen gasförmig voneinander trennt, für den Stromtransport vorhanden. Diese metallische Platte kann als stützende Struktur verwendet werden und trägt dann das dünne Gebilde aus Elektrolyt- und Elektrodenschichten. Bei einer Vielzahl von zu einem sog. "Stack" gestapelten, elektrisch hintereinandergeschalteten Brennstoffzellen ist die jeweilige metallische Platte als Bipolarplatte ausgebildet und bildet auf der einen Seite den Träger für die Funktionsschichten. In the planar SOFC is a metallic plate that the separates individual fuel cells in gaseous form for electricity transport available. This metallic plate can be used as a supporting structure and then carries that thin structures of electrolyte and electrode layers. at a large number of stacked into a so-called "stack" that is electrically connected in series each metallic plate is designed as a bipolar plate and forms the support for the Functional layers.

Alternativ kann eine planare Anordnung einer SOFC als sog. anodengestützten Design ausgebildet sein, wobei dann die metallische Platte dünn sein kann und ausschließlich zur Stromabnahme dient. Dabei wird die Anode als poröse, vergleichsweise dicke mechanisch stabile Schicht ausgeführt, die dann in Folge einen den Elektrolyten und eine Kathodenschicht trägt. In entsprechender Umkehr kann man analog zum anodengestützten Design ein kathodengestütztes Design konzpieren. Alternatively, a planar arrangement of a SOFC as a so-called be designed anode-based design, then the metallic plate can be thin and used exclusively for Power consumption is used. The anode is porous, comparatively thick mechanically stable layer, which then runs in a row the electrolyte and a cathode layer wearing. In a corresponding reversal, one can analogously to anode-based design design a cathode-based design.

Bei der tubularen SOFC ist i. allg. die stützende Struktur ein eine poröse Kathodenschicht tragendes Element, auf das die weiteren Funktionsschichten, und zwar der Elektrolyt und die Anodenschicht, aufgebracht werden. In einer neueren Modifikation entsprechend der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Akt. Z. 101 36 710.4 werden sogenannte HPD- Brennstoffzellen (High Power Density) realisiert, bei denen mehrere Rohre zu einer Einheit kombiniert sind. Dabei ist es möglich, besonders kurze Reaktionswege zu realisieren, wobei man insbesondere mit vergleichsweise wenig keramischem Material auskommt. In the tubular SOFC i. generally the supporting structure a porous cathode layer supporting element on which the other functional layers, namely the electrolyte and the Anode layer. In a newer one Modification according to the not previously published German Patent application Act. Z. 101 36 710.4 so-called HPD Fuel cells (high power density) realized in which several pipes are combined into one unit. It is possible to realize particularly short reaction paths, whereby one in particular with comparatively little ceramic Material gets along.

Demgegenüber ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine andere Konzeption von SOFC-Brennstoffzellen vorzuschlagen und zugehörige Herstellungsverfahren anzugeben. In contrast, it is an object of the present invention, a propose a different conception of SOFC fuel cells and to specify associated manufacturing processes.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Hochtemperatur- Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Zugehörige Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Brennstoffzelle sind in den Ansprüchen 18, 22, 24 und 27 angegeben. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochtemperatur(HT)-Brennstoffzelle sowie der unterschiedlichen Herstellungsverfahren sind in den abhängigen Sachansprüchen und den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben. The object is achieved by a high-temperature Fuel cell with the features of claim 1 solved. Associated processes for making a High-temperature fuel cells according to the invention are in the claims 18, 22, 24 and 27. Further training of the inventive high temperature (HT) fuel cell and the different manufacturing processes are in the dependent Property claims and the dependent procedural claims specified.

Mit der Erfindung wird für eine SOFC vorgeschlagen, als tragendes Element für die Funktionsschichten entweder ein perforiertes Blech oder eine geschäumte Metallplatte, die beide eine poröse Struktur realisieren, zu verwenden. In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung können die Öffnungen im Blech oder der Platte, d. h. die Perforierungen beim Blech oder die offenen Porositäten beim geschäumten Material, beispielsweise mit Elektrolytpulver gefüllt und gesintert werden. Auf einer Seite kann dann anschließend die Kathodenschicht und auf der anderen Seite die Anodenschicht aufgebracht werden. With the invention it is proposed for an SOFC as supporting element for the functional layers either perforated sheet metal or a foamed metal plate, both realize a porous structure to use. In advantageous openings of the invention, the openings in the sheet or the plate, d. H. the perforations in the sheet or the open porosities in the foamed material, for example filled with electrolyte powder and sintered. On a Then the cathode layer and on the side the other side, the anode layer can be applied.

Bei der Erfindung können die beiden Elektrodenschichten vollflächig angeordnet sein. Sie können aber auch auf den Bereich um die Öffnung am Blech konzentriert werden. Die freien Flächen können dann den Katalysator tragen, den man bekannterweise auf der Anode für die Reformerreaktion benötigt. Speziell bei dieser Anordnung ergibt sich als Vorteil, dass die durch die Zellreaktion entstehende Wärme direkt für die Reformierung genutzt und auf kurzem Wege transportiert werden kann. In the invention, the two electrode layers be arranged over the entire surface. You can also click on the area be concentrated around the opening on the sheet. The free Surfaces can then carry the catalyst that one known to be required on the anode for the reformer reaction. This arrangement, in particular, has the advantage that the heat generated by the cell reaction directly for the Reforming used and transported quickly can.

In anderer vorzugsweiser Ausbildung der Erfindung sind die Öffnungen des Blechs oder der geschäumten Platte mit der Cermetstruktur der Anode gefüllt und gesintert. Auf diesem stabilen Gebilde können dann der Elektrolyt und die Kathode aufgebracht werden. Auch eine Ausbildung mit einer Vertauschung der Elektroden ist möglich. In another preferred embodiment of the invention Openings of the sheet or the foamed plate with the Cermet structure of the anode filled and sintered. On this The electrolyte and the cathode can then form stable structures be applied. Training with a mix-up the electrodes is possible.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausbildung der Erfindung bleiben die Öffnungen des Bleches oder der geschäumten metallischen Materials erhalten und die drei Schichten für den Elektrolyten in Elektroden werden vollflächig aufgesintert. In a further preferred embodiment of the invention the openings of the sheet or the foamed remain receive metallic material and the three layers for the Electrolytes in electrodes are sintered over the entire surface.

Die gesinterte Struktur aus Elektrolyt und den Elektroden kann auch als Laminat aufgebracht werden. The sintered structure of the electrolyte and the electrodes can also be applied as a laminate.

Die Erfindung lässt sich vorteilhaft an der planaren Ausbildung der SOFC aufzeigen. Aber auch bei der tubularen Ausbildung der SOFC kann von den gleichen erfindungsgemäßen Merkmalen Gebrauch gemacht werden. In beiden Fällen wird mit dem perforierten Blech bzw. der geschäumten porösen Platte ein tragendes Element geschaffen, das einerseits in erwünschtem Sinne dünn und porös ausgebildet werden kann, das aber andererseits so stabil ist, dass es die Funktionsschichten der Brennstoffzelle hinreichend stützt und dass die Öffnungen bzw. Porositäten im metallischen Träger den Zutritt eines Reaktionsgases erlauben. The invention can be advantageous on the planar Show training of SOFC. But also with the tubular one Training of the SOFC can be of the same invention Features are used. In both cases, the perforated sheet or the foamed porous plate load-bearing element created, on the one hand in the desired Senses can be made thin and porous, but that on the other hand is so stable that it is the functional layers of the Fuel cell is adequately supported and that the openings or porosities in the metallic carrier to admit one Allow reaction gas.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen jeweils in schematischer Schnittdarstellung die Further details and advantages of the invention emerge from the following description of the figures of Exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the Claims. They each show in schematic Sectional view of the

Fig. 1 bis 3 Ausschnitte von hinsichtlich eines perforierten Bleches als metallischer Träger unterschiedlich aufgebauter Brennstoffzellen, Fig. 1 to 3 with regard to clips of a perforated sheet as a metallic carrier differently constructed fuel cell,

Fig. 4 einen derartigen Aufbau unter Verwendung einer geschäumten Metallplatte und Fig. 4 shows such a structure using a foamed metal plate and

Fig. 5 einen Querschnitt einer tubularen Brennstoffzelle mit einem porösen Träger aus geschäumtem Metall. Fig. 5 shows a cross section of a tubular fuel cell with a porous support made of foamed metal.

Gleiche bzw. gleichwirkende Teile haben in den einzelnen Figuren gleiche Bezugszeichen. Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben:
In den Fig. 1 bis 4 ist der prinzipielle Aufbau einer flachen SOFC-Zelle gezeigt. Dabei beinhalten die Fig. 1 bis 3 ein perforiertes Blech als Träger für die Funktionsschichten, während in Fig. 4 ein geschäumtes Blech bzw. eine geschäumte Platte verwendet wird. Geschäumtes metallisches Material kann auch in geeigneter Weise röhrenförmig ausgeformt werden, so dass sich entsprechend Fig. 5 dieses Material besonders für den Aufbau einer tubularen Brennstoffzelle eignet. The same or equivalent parts have the same reference numerals in the individual figures. The figures are partly described together below:
In FIGS. 1 to 4 of the basic structure of a flat SOFC cell is shown. In this case, to 3 during a foamed sheet and a foamed sheet is used in Fig. 4, Fig. 1 includes a perforated sheet as a carrier for the functional layers. Foamed metallic material can also be suitably shaped in a tubular manner, so that, according to FIG. 5, this material is particularly suitable for the construction of a tubular fuel cell.

In den Fig. 1 bis 3 bedeuten 10 ein perforiertes Blech mit in der Blechebene in beiden Flächenrichtungen hintereinander liegenden, in etwa symmetrisch angeordneten Perforierungen 11. Das Blech 10 mit den Perforierungen 11 ist selbsttragend ausgebildet und besteht beispielsweise aus Nickel. Das Blech 10 kann als Träger von Funktionsschichten dienen. Beispielsweise ist in Fig. 1 auf der Oberseite des Bleches 10 eine Elektrolytschicht 20 mit einer darauffolgenden Elektrode 30 angeordnet, während auf der Rückseite des perforierten Bleches 10 die zweite Elektrode. 40 angeordnet ist. Beidseitig sind gewellte Abstandselemente 50 für den Anschluss einer nächsten Brennstoffzelle vorhanden, wobei in der Wellenform des Elementes 50 gleichermaßen die unterschiedlichen Prozessgase geführt werden. Aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen, die in planarer Anordnung aufeinandergestapelt, elektrisch aber hintereinander geschaltet sind, wird ein sog. "Stack" gebildet, das eine Spannung liefert, die durch die geeignete Anzahl der Brennstoffzellen vorgegeben ist. In Figs. 1 to 3 10 represent a perforated sheet having one behind the other in the sheet plane in both surface directions lying approximately symmetrically arranged perforations. 11 The sheet 10 with the perforations 11 is self-supporting and consists, for example, of nickel. The sheet 10 can serve as a carrier of functional layers. For example, in FIG. 1, an electrolyte layer 20 with a subsequent electrode 30 is arranged on the top of the sheet 10 , while the second electrode is arranged on the back of the perforated sheet 10 . 40 is arranged. Both sides corrugated spacing members 50 are provided for the connection of a next fuel cell, wherein both the different process gases are conducted in the waveform of the element 50th A so-called “stack” is formed from a multiplicity of fuel cells which are stacked one on top of the other in a planar arrangement, but are electrically connected in series, and supplies a voltage which is predetermined by the suitable number of fuel cells.

In der Fig. 1 bilden die Perforierungen 11 einen Freiraum und dienen zur Gasführung. Es ist auch möglich, entsprechend Fig. 2 in die Öffnungen des Bleches 10 Elektrolytpulver einzufüllen und dies zu sintern. Auf die Anordnung des Bleches mit darin eingesintertem Elektrolyt 20 werden dann auf der einen Seite die Kathodenschicht 30 und auf der anderen Seite die Anodenschicht 40, die insbesondere in einer Cermet- Struktur besteht, aufgebracht. Die Elektrodenschichten sind in diesem Fall vollflächig angeordnet. Das insbesondere auf der Anode notwendige Katalysatormaterial ist in Fig. 1 nicht im Einzelnen dargestellt. In FIG. 1, the perforations 11 form a free space and serve to guide the gas. It is also possible, as shown in FIG. 2, to fill electrolyte powder into the openings in the sheet 10 and to sinter it. The cathode layer 30 and on the other side the anode layer 40 , which in particular consists of a cermet structure, are then applied to the arrangement of the sheet with the electrolyte 20 sintered therein. In this case, the electrode layers are arranged over the entire surface. The catalyst material necessary in particular on the anode is not shown in detail in FIG. 1.

In einer anderen Variante lassen sich auch das Elektrodenmaterial, und zwar alternativ das Material der Kathode oder das Material der Anode in die Öffnungen des Bleches 10 einfüllen und einsintern. In another variant, the electrode material, alternatively the material of the cathode or the material of the anode, can also be filled into the openings of the sheet 10 and sintered.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei der das perforierte Blech 10 speziell das Cermet-Material der Anode 40 trägt. Insbesondere wenn das Blech 10 aus Nickel besteht, ist in dessen Perforierungen 11 das Anodenmaterial einzubringen. Auf der somit glatten Fläche sind dann die weiteren Funktionsschichten, wie der Elektrolyt 20 und die Kathode 30, als durchgehende Schichten aufgebracht. FIG. 2 shows an example in which the perforated sheet 10 specifically carries the cermet material of the anode 40 . In particular if the sheet 10 consists of nickel, the anode material must be introduced into the perforations 11 thereof. The further functional layers, such as the electrolyte 20 and the cathode 30 , are then applied to the smooth surface as continuous layers.

In einer Abwandlung gemäß Fig. 3 werden die Funktionsschichten aus Elektrolyt 20 mit beidseitigen Elektroden 30, 40 vorab durch Laminieren hergestellt und das dreischichtige Laminat auf das perforierte Blech 10 angeordnet. In diesem Fall werden Elektrolyt 20 und die beiden Elektroden 30, 40 vollflächig aufgesintert. Letzteres ist beispielhaft anhand Fig. 3 dargestellt. In a modification according to FIG. 3, the functional layers made of electrolyte 20 with electrodes 30 , 40 on both sides are produced in advance by lamination and the three-layer laminate is arranged on the perforated sheet 10 . In this case, electrolyte 20 and the two electrodes 30 , 40 are sintered over the entire surface. The latter is shown by way of example with reference to FIG. 3.

Bei allen Beispielen der Fig. 1 bis 3 ist die Dicke des perforierten Bleches 10 kleiner als der Durchmesser der Perforierung 11. Die Perforierungen 11 werden im Allgemeinen eine Größe zwischen 1/2 mm (= 500 µm) und 2 mm (= 2.000 µm) haben. Demzufolge sollte das perforierte Blech eine Stärke zwischen 300 µm und 1000 µm haben. Die Stärke des Bleches 10 sollte nicht größer als die Perforierungen 11 sein. In all examples of Figs. 1 to 3, the thickness of the perforated sheet 10 is smaller than the diameter of the perforation. 11 The perforations 11 will generally have a size between 1/2 mm (= 500 microns) and 2 mm (= 2,000 microns). Accordingly, the perforated sheet should have a thickness between 300 microns and 1000 microns. The thickness of the sheet 10 should not be greater than the perforations 11 .

In Fig. 4 liegt ein Laminataufbau der Funktionsschichten entsprechend Fig. 3 vor, der aber hier auf eine geschäumte Struktur 15 aus metallischem Material 15 mit Poren 16 aufgebracht ist. Die geschäumte Struktur 15 bildet entweder eine kompakte Platte oder aber ein dünnes Blech, ist aber in beiden Fällen durch eine offene Porosität der Poren 16 gekennzeichnet, was in Fig. 4 nur symbolhaft angedeutet ist. Die Poren 16 sind naturgemäß in ihrer Größe kleiner als die Perforierungen 11 im Blech gemäß den Fig. 1 bis 3. Insbesondere sind die Poren < 1000 µm und haben beispielsweise eine Gauß-Verteilung um 500 µm. Auch erheblich kleinere Porengrößen sind möglich. Die Stärke des geschäumten Materials 15 ist dann wegen des offenzelligen Verbundes der Poren 16 ein Mehrfaches der Porengröße und kann in geeigneter Weise gewählt werden. In FIG. 4, a laminate structure of the functional layers is shown in FIG. 3 before, but which is here applied to a foamed structure 15 of metallic material 15 having pores 16. The foamed structure 15 either forms a compact plate or a thin sheet, but is characterized in both cases by an open porosity of the pores 16 , which is only symbolically indicated in FIG. 4. The pores 16 are naturally smaller in size than the perforations 11 in the sheet according to FIGS. 1 to 3. In particular, the pores are <1000 μm and have, for example, a Gaussian distribution of 500 μm. Significantly smaller pore sizes are also possible. The thickness of the foamed material 15 is then a multiple of the pore size because of the open-cell connection of the pores 16 and can be selected in a suitable manner.

In die offenen Poren 16 können wiederum alternativ die Materialien des Elektrolyten 20 oder einer der Elektroden 30, 40 eingebracht werden. Eine solche geschäumte Struktur 15 aus metallischen Material eignet sich aber in besonderer Weise als Träger der laminierten Funktionsschichten entsprechend Fig. 3. Alternatively, the materials of the electrolyte 20 or one of the electrodes 30 , 40 can be introduced into the open pores 16 . Such a foamed structure 15 made of metallic material is particularly suitable as a carrier for the laminated functional layers according to FIG. 3.

Bei den Anordnungen entsprechend den Fig. 1 bis 4 werden eine Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen mechanisch aufeinander gestapelt, so dass sie einen sogenannten Brennstoffzellenstapel bilden. In jedem Fall müssen allerdings die einzelnen Brennstoffzellen elektronisch überbrückt werden, wozu vorteilhafterweise ein gewelltes Blech 50 verwendet wird. Die Wellen des Bleches 50 werden an beiden Seiten der Brennstoffzelle jeweils um eine halbe Periode verschoben. Dadurch kann jeweils auf einer der Seiten eines der beiden Prozessgase geführt werden. Das gewellte Blech 50 verhindert somit, dass es zu einer unerwünschten Durchmischung des Brenngases und der Luft zur Versorgung der Brennstoffzelle kommt. In the arrangements according to FIGS. 1 to 4, a plurality of individual fuel cells are stacked together mechanically, so that they form a so-called fuel cell stack. In any case, however, the individual fuel cells must be bridged electronically, for which purpose a corrugated sheet 50 is advantageously used. The waves of the sheet 50 are shifted on both sides of the fuel cell by half a period. As a result, one of the two process gases can be conducted on either side. The corrugated sheet 50 thus prevents undesired mixing of the fuel gas and the air to supply the fuel cell.

In der Fig. 5 ist eine geschäumte Struktur 15 aus metallischen Material in Röhrenform vorhanden, wobei die geschäumte Struktur 15 wiederum offene Poren 16 aufweist. Ein derartiges Trägerrohr kann direkt aus dem geschäumten metallischen Material hergestellt oder aus einer geschäumten Platte durch geeignete Formgebung gebogen werden. Alternativ ist auch ein perforiertes Blech 10 entsprechend den Fig. 1 bis 3 in Röhrenform biegbar. In FIG. 5 is a foamed structure 15 of metallic material in a tubular shape available, wherein the foamed structure has open pores 16 15 again. Such a carrier tube can be produced directly from the foamed metallic material or can be bent from a foamed plate by suitable shaping. Alternatively, a perforated plate 10 according to FIGS. 1 to 3 can also be bent into a tubular shape.

Auf der Oberfläche der geschäumten Röhrenstruktur 15 aus metallischem Material oder eines Rohres aus perforiertem Blech befindet sich eine erste Elektrode 30, ein Elektrolyt 20 und eine zweite Elektrode 40. Dieser Aufbau ist so, wie er sich aus dem Stand der Technik für tubulare Brennstoffzellen, der eingangs zitiert wurde, ergibt. Es ist weiterhin ein sogenannter Interconnector vorhanden, der in der Fig. 5 nicht im Einzelnen dargestellt ist. Mit dem Interconnector werden mehrere röhrenförmige Brennstoffzellen miteinander kontaktiert und elektrisch hintereinander geschaltet. A first electrode 30 , an electrolyte 20 and a second electrode 40 are located on the surface of the foamed tubular structure 15 made of metallic material or a tube made of perforated sheet metal. This structure is as it results from the prior art for tubular fuel cells, which was cited at the beginning. There is also a so-called interconnector, which is not shown in detail in FIG. 5. With the interconnector, several tubular fuel cells are contacted and electrically connected in series.

Das geschäumte metallische Material 15 eignet sich in idealer Weise als Träger für die Funktionsschichten einer Brennstoffzelle. Insbesondere sind die Porositäten bzw. Perforierungen in geeigneter Größe bedarfsgerecht vorwählbar. The foamed metallic material 15 is ideally suited as a carrier for the functional layers of a fuel cell. In particular, the porosities or perforations can be selected in a suitable size as required.

Mit dem anhand vorstehender Beispiele beschriebenen metallischen Träger wird jeweils ein poröses Element geschaffen, das einerseits dünn gewählt werden kann, das aber andererseits so stabil ist, dass es die Funktionsschichten hinreichend stützt. Dabei erlauben die Perforierungen im Blech bzw. die Porositäten im geschäumten Material den Zutritt des Reaktionsgases. With that described using the examples above metallic carrier is created a porous element, the can be chosen thin on the one hand, but so on the other hand is stable that the functional layers are sufficient supports. The perforations in the sheet or allow Porosities in the foamed material admit the Reaction gas.

Claims (28)

1. Hochtemperatur(HT)-Brennstoffzelle mit einem keramischen Elektrolyten und zugehörigen Elektroden, die als Funktionsschichten auf einem tragenden Element aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass das tragende Element ein metallischer Träger (10, 15) mit Perforierungen (11) bzw. Porositäten (16) ist, wobei die Perforierungen (11) bzw. die Porositäten (16) Durchmesser > 100 µm haben. 1. High-temperature (HT) fuel cell with a ceramic electrolyte and associated electrodes, which are applied as functional layers on a supporting element, characterized in that the supporting element is a metallic support ( 10 , 15 ) with perforations ( 11 ) or porosities ( 16 ), the perforations ( 11 ) or the porosities ( 16 ) having diameters> 100 μm. 2. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforierungen bzw. Porositäten des metallischen Trägers (10, 15) mit dem Material einer der Funktionsschichten (20, 30, 40) gefüllt sind. 2. HT fuel cell according to claim 1, characterized in that the perforations or porosities of the metallic carrier ( 10 , 15 ) are filled with the material of one of the functional layers ( 20 , 30 , 40 ). 3. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen des metallischen Trägers (10, 15) das Material einer der Funktionsschichten (20, 30, 40) tragen. 3. HT fuel cell according to claim 1, characterized in that the surfaces of the metallic carrier ( 10 , 15 ) carry the material of one of the functional layers ( 20 , 30 , 40 ). 4. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als metallischer Träger mit Perforierungen ausgebildete tragende Element ein perforiertes Blech (10) ist. 4. HT fuel cell according to claim 1, characterized in that the supporting element formed as a metallic support with perforations is a perforated sheet ( 10 ). 5. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforierungen (11) des Bleches (10) kleiner 5 mm sind und vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 2 mm liegen. 5. HT fuel cell according to claim 4, characterized in that the perforations ( 11 ) of the sheet ( 10 ) are less than 5 mm and are preferably in the range between 1 and 2 mm. 6. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als metallischer Träger mit Porositäten ausgebildete tragende Element eine geschäumte Struktur (15) mit offenen Porositäten (16), insbesondere eine platten- oder rohrförmige Struktur, ist. 6. HT fuel cell according to claim 1, characterized in that the supporting element designed as a metallic carrier with porosities is a foamed structure ( 15 ) with open porosities ( 16 ), in particular a plate or tubular structure. 7. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Porositäten (16) der geschäumten metallischen Struktur (15) kleiner 1 mm sind und vorzugsweise eine Gauß-Verteilung um 500 µm haben. 7. HT fuel cell according to claim 6, characterized in that the porosities ( 16 ) of the foamed metallic structure ( 15 ) are less than 1 mm and preferably have a Gaussian distribution around 500 µm. 8. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforierungen (11) bzw. die Porositäten (16) des metallischen Trägers (10, 15) mit dem Elektrolyten (20) gefüllt sind. 8. HT fuel cell according to claim 4 or 6, characterized in that the perforations ( 11 ) or the porosities ( 16 ) of the metallic carrier ( 10 , 15 ) are filled with the electrolyte ( 20 ). 9. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforierungen (11) bzw. Porositäten (16) des metallischen Trägers (10, 15) mit den Cermetstruktur der Anode gefüllt sind. 9. HT fuel cell according to claim 4 or 6, characterized in that the perforations ( 11 ) or porosities ( 16 ) of the metallic carrier ( 10 , 15 ) are filled with the cermet structure of the anode. 10. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforierungen (11) bzw. Porositäten (16) des metallischen Trägers (10, 15) mit dem Material der Kathode gefüllt sind. 10. HT fuel cell according to claim 4 or 6, characterized in that the perforations ( 11 ) or porosities ( 16 ) of the metallic carrier ( 10 , 15 ) are filled with the material of the cathode. 11. HT-Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Material gefüllten Perforierungen (11) bzw. Porositäten (16) Träger der weiteren Funktionsschichten sind. 11. HT fuel cell according to one of claims 8 to 10, characterized in that the perforations ( 11 ) or porosities ( 16 ) filled with material are carriers of the further functional layers. 12. HT-Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Träger (10, 15) eine Dicke von 0,5 bis 5 mm hat. 12. HT fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic carrier ( 10 , 15 ) has a thickness of 0.5 to 5 mm. 13. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) des Bleches (10) als metallischen Träger nicht größer als der Durchmesser der Perforierungen (11) ist. 13. HT fuel cell according to claim 12, characterized in that the thickness (d) of the sheet ( 10 ) as a metallic carrier is not greater than the diameter of the perforations ( 11 ). 14. HT-Brennstoffzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der geschäumten Struktur (15), insbesondere Platte oder Rohr, ein Mehrfaches des mittleren Durchmessers der Porositäten (16) ist. 14. HT fuel cell according to claim 12, characterized in that the thickness of the foamed structure ( 15 ), in particular plate or tube, is a multiple of the average diameter of the porosities ( 16 ). 15. HT-Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Träger (10, 15) aus Nickel besteht und das Material in den Perforierungen (11) bzw. Porositäten (16) das Anodenmaterial ist. 15. HT fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic carrier ( 10 , 15 ) consists of nickel and the material in the perforations ( 11 ) or porosities ( 16 ) is the anode material. 16. HT-Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine planare Ausbildung. (Fig. 1 bis Fig. 4) 16. HT fuel cell according to one of the preceding claims, characterized by a planar design. ( Fig. 1 to Fig. 4) 17. HT-Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine tubulare Ausbildung. (Fig. 5) 17. HT fuel cell according to one of the preceding claims, characterized by a tubular design. ( Fig. 5) 18. Verfahren zur Herstellung einer HT-Brennstoffzelle mit keramischem Elektrolyten (SOFC) nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei ein Träger mit Funktionsschichten versehen wird, die wenigstens eine Kathode, einen festkeramischen Elektrolyten und eine Anode umfassen, mit folgenden Verfahrensschritten: - als tragendes Element wird ein perforiertes Blech oder eine poröse Platte verwendet, - die Öffnungen im Blech oder der Platte werden mit Elektrolytpulver gefüllt und gesintert, - anschließend wird auf der einen Seite des Trägers mit Elektrolyt die Kathodenschicht und auf der anderen Seite des Trägers mit Elektrolyt die Anodenschicht aufgebracht. 18. A method for producing a HT fuel cell with ceramic electrolyte (SOFC) according to claim 1 or one of claims 2 to 17, wherein a carrier is provided with functional layers comprising at least a cathode, a solid ceramic electrolyte and an anode, with the following method steps : a perforated sheet or a porous plate is used as the load-bearing element, the openings in the sheet or plate are filled with electrolyte powder and sintered, - Then the cathode layer is applied on one side of the support with electrolyte and the anode layer on the other side of the support with electrolyte. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten als Flächenschicht auf den Träger mit Elektrolyten aufgebracht werden. 19. The method according to claim 18, characterized characterized that the electrode layers as Surface layer applied to the carrier with electrolytes become. 20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten nur auf den Bereich um die Öffnungen am Träger aufgebracht werden. 20. The method according to claim 16, characterized characterized that the electrode layers only applied to the area around the openings on the carrier become. 21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Flächen mit Katalysatormaterial beschichtet werden. 21. The method according to claim 19, characterized characterized that the free areas with Be coated catalyst material. 22. Verfahren zur Herstellung einer HT-Brennstoffzelle mit keramischem Elektrolyten (SOFC) nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei ein Träger mit Funktionsschichten versehen wird, die wenigstens eine Kathode, einen festkeramischen Elektrolyten und eine Anode umfassen, mit folgenden Verfahrensschritten: - als tragendes Element wird ein perforiertes Blech oder eine poröse Platte verwendet, - die Öffnungen des Bleches oder der Platte werden mit der Material einer der Elektroden, entweder der Anode oder der Kathode, gefüllt und gesintert, - anschließend werden auf dem stabilen Gebilde der Elektrolyt und die andere Elektrode, entweder die Kathode oder die Anode, aufgebracht. 22. A method for producing a HT fuel cell with ceramic electrolyte (SOFC) according to claim 1 or one of claims 2 to 17, wherein a carrier is provided with functional layers comprising at least a cathode, a solid ceramic electrolyte and an anode, with the following method steps : a perforated sheet or a porous plate is used as the load-bearing element, the openings of the sheet or plate are filled with the material of one of the electrodes, either the anode or the cathode, and sintered, - Then the electrolyte and the other electrode, either the cathode or the anode, are applied to the stable structure. 23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Anode eine Cermet- Struktur hat, dadurch gekennzeichnet dass die Öffnungen des Blechs mit der Cermet-Struktur gefüllt werden. 23. The method of claim 21, wherein the anode is a cermet Structure, characterized that the openings of the sheet are filled with the cermet structure become. 24. Verfahren zur Herstellung einer HT-Brennstoffzelle mit keramischem Elektrolyten (SOFC) nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei ein Träger mit Funktionsschichten versehen wird, die wenigstens eine Kathode, einen festkeramischen Elektrolyten und eine Anode umfassen, mit folgenden Verfahrensschritten: - es wird als tragendes Element ein perforiertes Blech oder eine poröse Platte verwendet, - die Schichten für den Elektrolyten und die beiden Elektroden werden auf die Fläche des Bleches oder Platte aufgesintert. 24. A method for producing a HT fuel cell with ceramic electrolyte (SOFC) according to claim 1 or one of claims 2 to 17, wherein a carrier is provided with functional layers comprising at least a cathode, a solid ceramic electrolyte and an anode, with the following method steps : a perforated sheet or a porous plate is used as the load-bearing element, - The layers for the electrolyte and the two electrodes are sintered onto the surface of the sheet or plate. 25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Flächen des Bleches zuerst die Kathode, anschließend der Elektrolyt und anschließend die Anode aufgebracht und aufgesintert werden. 25. The method according to claim 22, characterized characterized that on the surfaces of the sheet first the cathode, then the electrolyte and then the anode is applied and sintered on. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zellen der so gefertigten Brennstoffzellen durch ein gewelltes Blech elektronisch überbrückt werden. 26. The method according to any one of claims 23 or 24, characterized in that the individual cells of the fuel cells manufactured in this way corrugated sheet can be bridged electronically. 27. Verfahren zur Herstellung einer HT-Brennstoffzelle mit keramischem Elektrolyten (SOFC) nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei ein Träger mit Funktionsschichten versehen wird, die wenigstens eine Kathode, einen festkeramischen Elektrolyten und eine Anode enthalten, mit folgenden Verfahrensschritten: - es wird als tragendes Element ein perforiertes Blech oder eine poröse Platte verwendet, - zusammenlaminierte Schichten aus dem Elektrolyten und den beiden Elektroden werden auf die Fläche des Bleches oder Platte aufgebracht. 27. A method for producing a HT fuel cell with ceramic electrolyte (SOFC) according to claim 1 or one of claims 2 to 17, wherein a carrier is provided with functional layers which contain at least a cathode, a solid ceramic electrolyte and an anode, with the following method steps : a perforated sheet or a porous plate is used as the load-bearing element, - Laminated layers of the electrolyte and the two electrodes are applied to the surface of the sheet or plate. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, 22 bis 23, 24 bis 26 oder Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Funktionsschichten das perforierte Blech oder die plattenförmig geschäumte Struktur in Rohrform gebracht wird. 28. The method according to any one of claims 18 to 21, 22 to 23, 24 to 26 or claim 27, characterized characterized that before applying the Functional layers the perforated sheet or the plate-shaped foamed Structure is brought into pipe form.
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