DE10317388B4 - Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur sowie Verfahren zu deren/dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur mit einer Elektrolytschicht (3), welche einseitig mit einer Kathodenschicht (5) und anderseitig mit einer Anodenschicht (4) in Verbindung steht, und die Anodenschicht (4) elektrisch und mechanisch mit einem ersten Interkonnektor (7) in Verbindung steht, wobei im Bereich der freien Seite (20) der Kathodenschicht (5) eine Kontaktierungseinrichtung (21) angeordnet ist, welche sowohl mit einem zweiten Interkonnektor (30) als auch mit der Kathodenschicht (5) elektrisch leitend und mechanisch stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) mit metallischen Partikeln (50), welche formschlüssig verzahnt in die Kathodenschicht (5) eingebettet sind und aus der Kathodenoberfläche herausragen, verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle und/oder einen Elektrolyseur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren/dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass aufgrund der geringen Spannung, die eine einzelne Brennstoffzelle in der Lage ist zu liefern, für technische Anwendungen mehrere Zellen zu einem Brennstoffzellenblock bzw. Brennstoffzellenstapel in Reihenschaltung zusammengeschaltet werden müssen. Die elektrische Verbindung der Einzel brennstoffzellen erfolgt über so genannte Interkonnektoren oder Bipolarplatten. Im Falle eines planaren Stapelaufbaus übernehmen die Bipolarplatten neben der elektrischen Verbindung der einzelnen Brennstoffzellen zusätzlich die Aufgabe der Brenn- und Oxidationsgaszuführung zu den Elektroden der Brennstoffzellen sowie die Separierung der Brenn- und Oxidationsgase benachbarter Einzelbrennstoffzellen.
  • Die Bipolarplatten sind mit einem metallischen Substrat vakuumplasmagespritzter Festelektrolytbrennstoffzellen (SOFC) stoffschlüssig verbunden (beispielsweise durch Hartlöten, Kondensator-Entladungsschweißen, Rollnahtschweißen). Dadurch ist eine niederohmige Verbindung zwischen jeweils einer Bipolarplatte und der keramischen Anode der Festelektrolytbrennstoffzellen gewährleistet. Die keramische Kathode der Festelektrolytbrennstoffzellen wird üblicherweise durch eine kraftschlüssige Verbindung mit den jeweiligen zugehörigen Bipolarplatten verbunden. Diese Verbindungsart weist einen deutlich höheren Kontaktierungswiderstand auf als die anodenseitige, materialschlüssige Verbindung. Hinzu kommt, dass aufgrund der geringen Flexibilität der Bipolarplatte und der Festelektrolytbrennstoffzellen Oberflächenunebenheiten durch Fertigungstoleranzen nur durch sehr hohe Anpresskräfte ausgeglichen werden können, welche wiederum zu einer mechanischen Beschädigung der empfindlichen Keramikschichten der Festelektrolytbrennstoffzellen führen kann.
  • Um die elektrische Kontaktierung der Kathode zu verbessern und gleichzeitig Fertigungstoleranzen (wie z. B. Oberflächenrauhigkeiten und Oberflächenwelligkeiten) auszugleichen, ist es bekannt, eine verformbare, keramische Suspension für den Zusammenbau des Festelektrolytbrennstoffzellen-Stapels zwischen Kathode und Bipolarplatte aufzutragen. Dies geschieht beispielsweise mittels Siebdruck oder Nasspulverspritzverfahren. Diese Suspension trocknet und verfestigt sich während der ersten Inbetriebnahme des Brennstoffzellenstapels und bildet eine poröse Funktionsschicht. Eine vollständige Versinterung von Funktionsschicht und Kathode erfolgt dabei allerdings nicht, da die üblichen Betriebstemperaturen der Festelektrolytbrennstoffzellen von 750–900°C unterhalb der Sintertemperatur der verwendeten Materialien von ca. 1400°C liegen. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Bipolarplatte und Festelektrolytbrennstoffzellen-Kathode gemäß dem Stand der Technik hat im Wesentlichen folgende Nachteile:
    • 1. Es besteht ein Zielkonflikt bei der Optimierung und Auslegung der Dicke der Funktionsschicht. Zum einen muss die Funktionsschicht relativ dick ausgeführt werden, um möglichst hohe Fertigungstoleranzen der Festelektrolytbrennstoffzellen und der Bipolarplatten zulassen zu können. Zum anderen bestimmt jedoch die Dicke der Funktionsschicht den elektrischen Durchgangswiderstand, der durch die Querleitung des Stromes in der Funktionsschicht zum nächstgelegenen Stromabnehmer der Bipolarplatte (welche beispielsweise Stege einer Kanalstruktur sein können) verursacht wird, derart, dass der elektrische Widerstand mit zunehmender Dicke der Funktionsschicht zunimmt. Dies ist unerwünscht. Eine dicke Funktionsschicht stellt darüber hinaus trotz ihrer Porosität einen hohen Sauerstofftransportwiderstand zur Kathode dar und vermindert dadurch die elektrische Leistung der Einzelbrennstoffzelle.
    • 2. Da die keramische Funktionsschicht nicht in der Lage ist, an eine metallische Oberfläche, z. B. die Oberfläche der Bipolarplatte, anzusintern, erreicht diese Verbindung nur geringe Haftfestigkeit und ist nicht in der Lage, Zugspannungen aufzunehmen. Darüber hinaus weist die Funktionsschicht kaum mechanische Flexibilität auf. Besonders im zyklischen Einsatz bei vielen und schnellen Temperaturwechseln – wie sie besonders im mobilen Einsatz einer Festelektrolytbrennstoffzelle als Hilfsenergieversorgungseinheit in einem Kraftfahrzeug auftreten – kann dies zu einem Versagen der Funktionsschicht in Form von hohen elektrischen Kontaktwiderständen an den Verbindungsflächen zwischen der metallischen Bipolarplatte und der keramischen Funktionsschicht führen.
  • Aus der DE 19836351 A1 ist eine Hochtemperaturbrennstoffzelle bekannt, bei der zwischen der Anode und der zur Anode nächstliegenden Bipolarplatte ein Nickelnetz angeordnet ist, wobei das Nickelnetz mittels einer metallischen Lötung an der Bipolarplatte elektrisch leitend befestigt ist. Eine Brennstoffzelle gemäß der DE 19836351 A1 weist ebenfalls die oben genannten Nachteile auf, da die Kontaktierung der Anode lediglich kraftschlüssig erfolgt.
  • Aus der DE 4237602 A1 ist eine Hochtemperaturbrennstoffzelle bzw. ein Hochtemperaturbrennstoffzellenstapel und ein Verfahren zu deren/dessen Herstellung bekannt, wobei zwischen den Elektroden und den jeweils angrenzenden Bipolarplatten jeweils eine Funktionsschicht vorgesehen ist und wobei die Funktionsschicht bei Betriebstemperatur des Stapels elektronisch leitend und leicht verformbar ist. Eine in der DE 4237602 A1 beschriebene Hochtemperaturbrennstoffzelle entspricht im Wesentlichen dem eingangs beschriebenen Stand der Technik.
  • Aus der DE 4340153 C1 ist eine Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtemperaturbrennstoffzellen bekannt. Diese Vorrichtung ist im Wesentlichen als elektrisch leitendes, elastisches und gasdurchlässiges Kontaktkissen mit einer verformbaren Oberflächenstruktur ausgebildet. Diese Vorrichtung liegt im Betrieb der Brennstoffzelle jeweils an der benachbarten Separatorplatte und an der zu kontaktierenden Elektrode lediglich kraftschlüssig an, sodass auch diese Vorrichtung die oben genannten Nachteile nicht verhindern kann.
  • Aus der DE 19841919 A1 ist ein Brennstoffzellenmodul und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt, bei dem die Anode mit Hilfe eines Lotes an ihrer zugehörigen Interkonnektorplatte befestigt ist und die Kathode mittels einer keramischen Funktionsschicht elektrisch mit ihrer zugehörigen Interkonnektorplatte verbunden ist. Auch eine solche Brennstoffzelle weist als Nachteil eine mangelnde mechanische Zugfestigkeit zwischen Kathode und deren zugewandter Interkonnektorplatte auf, da die Kontaktierung der Kathode lediglich kraftschlüssig erfolgt und somit Zugkräfte nur unzureichend übertragbar sind.
  • Aus der DE 19932194 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktschicht auf der Kathodenseite einer Brennstoffzelle bekannt, wobei die Kontaktschicht zwischen der Kathode und einer Interkonnektorplatte bzw. einer dazwischenliegenden Schutzschicht vorgesehen ist und das Verfahren im Wesentlichen folgende Schritte aufweist:
    • 1. Aufbringen von mindestens einer Art von Einzelkarbonaten des Endproduktes Lanthan-Perovskit auf die Interkonnektorplatte oder die Kathode in Form von Pulver, Verlöten der einzelnen Bauelement der Brennstoffzelle unter Last und Wärmeentwicklung, wobei die Einzelkarbonate der Kontaktschicht zunächst kalziniert werden und gleichzeitig die aus den Einzelkarbonaten entstandene Oxidphase der Lanthan-Perovskite zur Kontaktschicht versintert. Anschließend wird die Brennstoffzelle abgekühlt. Somit ist die gemäß dieser Druckschrift herzustellende Kontaktschicht zumindest einseitig mit einer angrenzenden Schicht versintert. Hierdurch entsteht wiederum der in Zugrichtung mangelhaft belastbare Verbund zur Bipolarplatte, sodass eine derart hergestellte Brennstoffzelle nach einiger Betriebszeit nachteiligerweise einen erhöhten Übergangswiderstand zwischen Kathode und der zugehörigen Interkonnektorplatte aufweist. Als Verbindungsmedium, welches in der DE 19932194 A1 fälschlicherweise als Lot bezeichnet wird, wird eine Mischung aus Einzeloxiden und Einzelkarbonaten (Ausgangsmaterial) angegeben, welche durch Erhitzen und Pressen zu einem Lanthan-Perovskit reagieren. Somit entsteht als verbindende Schicht eine keramische Schicht aus dem gleichen Material, wie es für die Herstellung einer Kathode verwendet wird. Beim Fügen eines Brennstoffzellenstapels wird durch einen chemischen Kalzinierungs- bzw. durch einen Sinterprozess eine Verbindungsschicht zwischen der Kathode und einer Schutzschicht erzeugt, wobei während der chemischen Reaktion Zwischenprodukte entstehen, welche gegenüber Endprodukten ein unterschiedliches Volumen aufweisen. Dieser Vorgang wird zwar in der DE 19932194 A1 als Lötung bezeichnet. Dies stimmt jedoch mit der allgemein gängigen Definition einer Lötverbindung nicht überein. Eine Lötverbindung ist nach Dubbel, 16. Auflage, Seite G20; 1.2.1 durch das Verbinden erwärmter, in festem Zustand verbleibender Metalle durch schmelzende metallische Zusatzwerkstoffe (Lote) definiert. Eine chemische Reaktion des Lots erfolgt hierbei nicht. Insofern hat das "Löten" gemäß der DE 19932194 A1 mit dem definitionsgemäßen Lötungsbegriff nur das Erwärmen der zu verbindenden Bauteile gemeinsam.
  • Bei einer Brennstoffzelle gemäß der DE 19932194 A1 ist weiterhin von Nachteil, dass die entstehende Kontaktschicht eine keramische Kontaktschicht ist, welche auf mechanische Spannungen empfindlich reagiert. Die mechanischen Spannungen können in einer Feststoffelektrolytbrennstoffzelle, welche als Hochtemperaturbrennstoffzelle arbeitet, beispielsweise durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen der im Brennstoffzellenstapel vorhandenen Schichten entstehen. Die keramische Kontaktschicht gemäß der DE 19932194 A1 ist durch Sprödbruch-Empfindlichkeit gekennzeichnet, sodass auch bei nur geringer mechanischer Verformung bereits eine Beschädigung der Kontaktschicht und somit eine Verschlechterung des elektrischen Übergangswiderstandes zwischen einer Kathode und einer zugehörigen Interkonnektorplatte auftreten kann.
  • Aus der DE 42 27 603 C1 ist eine Hochtemperaturbrennstoffzelle bekannt, bei der zur Kontaktierung der Elektroden auf freien Oberflächen der Elektroden je eine dünne, poröse Schicht aus einem Edelstahl eingebrannt wird, wobei Maßnahmen vorgeschlagen werden, dass eine auf der Oberfläche dieses Metalls unvermeidlicher Weise entstehende Oxidschicht minimiert wird. Hierzu wird vorgeschlagen, dies in einer kontrollierten Atmosphäre vorzunehmen.
  • Aus der DE 196 27 504 C1 ist eine Verbundleiterplatte und deren Verwendung für einen Hochtemperaturbrennstoffzellenstapel bekannt geworden, wobei die Verbundleiterplatte aus einer Chrombasislegierung besteht und zumindest ein Teil der Oberfläche mit einer Kontaktschicht beschichtet ist, die eine untere oxidische Lage, eine mittlere keramische Lage und eine obere keramische Lage umfasst, wobei die mittlere keramische Lage eine kleinere Porosität als die obere keramische Lage aufweist.
  • Aus der DE 197 05 874 C2 ist ein Stromkollektor für einen SOFC-Brennstoffzellenstapel bekannt, der ein Kontaktelement aus einer anderen Legierung als der Grundkörper besitzt. Es wird vorgeschlagen, dass die erste Legierung einen Aluminiumgehalt von mehr als 2,0 Masse und die zweite Legierung einen Aluminiumgehalt von weniger als 2,0 Masse besitzt.
  • Aus der DE 197 49 004 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer temperaturstabilen, elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem dünnen keramischen und einem metallischen Bauteil einer Brennstoffzelle bekannt, wobei die Basis dieser elektrisch leitfähigen Verbindung eine Paste ist und das keramische Bauteil zusammen mit der Paste gesintert wird. Nach einem Schleifen der Oberfläche der gesinterten Paste wird auf die glattgeschliffene Oberfläche das mechanische Bauteil gesetzt oder gedrückt.
  • Aus der EP 424 732 A1 sind Stromübertragungselemente für stapelförmig angeordnete Hochtemperatur-Brennstoffzellen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die Stromübertragungselemente besitzen einen, die geometrische Form bestimmenden Träger, welcher mittels elektrisch leitfähiger Beschichtung eine Kontaktierung zwischen benachbarten Hochtemperatur-Brennstoffzellen herstellt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffzelle und/oder einen Elektrolyseur anzugeben, welcher widerstandsfähig gegen hohe mechanische und thermische Wechselbelastung ist und zudem eine hohe elektrische Leistungsdichte aufweist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyseurs angegeben werden, welches einfach und kostengünstig durchführbar ist. Insbesondere soll das Verfahren für eine Großserienproduktion geeignet sein.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Brennstoffzelle und/oder einem Elektrolyseur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zu deren/dessen Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den jeweils von den unabhängigen Hauptansprüchen abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird auf eine Flachseite einer Bipolarplatte, welche die elektrische Verbindung zur Kathode einer Festelektrolytbrennstoffzelle herstellt, ein luftdurchlässiges, flexibles, metallisches Kontaktelementmaterial stoffschlüssig aufgebracht (z. B. mittels Hartlöten, Kondensator-Entladungsschweißen oder Laser- Lötens. Bei dem metallischen. Kontaktelement kann es sich z. B. um ein Gestrick, Gewirk, Netz oder ein perforiertes Blech handeln. Das metallische Kontaktelement hat die Aufgabe, die Kathode elektrisch zu kontaktieren und Fertigungstoleranzen, d. h. Oberflächenrauhigkeiten und/oder -welligkeiten, auszugleichen. Erfindungsgemäß ist die Kathode der Festelektrolytbrennstoffzelle keine rein keramische Schicht sondern ebenso wie eine Anode als Keramik-Metall-Verbundwerkstoff (englisch: "Cermet" = Keramik und Metall) ausgebildet. Eine Anode einer Festelektrolytbrennstoffzelle besteht üblicherweise z. B. aus Nickel und Zirkoniumdioxid. Bekanntermaßen werden derartige Cermet-Elektroden durch eine gemischte Applikation der beiden Materialien (Keramik und Metall) erreicht. Die gemischte Applikation der beiden Materialien erfolgt beispielsweise durch das so genannte Vakuum-Plasmaspritz-Fertigungsverfahren, wobei durch zeitgleiches Einblasen der beiden Materialien in den Plasmastrahl eine Vermischung der beiden Materialien erreicht wird. Als zweites Verfahren eignet sich das so genannte sinterkeramische Fertigungsverfahren, wobei durch Mischen einer metallisch-keramischen Suspension und anschließendem Sinterprozess die Vermischung der beiden Materialien Metall und Keramik erfolgt. Bei den beiden genannten Fertigungsverfahren hat das Plasmaspritzen den Vorteil, dass sich die metallischen und keramischen Komponenten mechanisch miteinander verzahnen (formschlüssige Verbindung), während die Haftkräfte bei gesinterten Cermet-Kathoden geringer sind, da beide Materialgruppen nur schwer Sinterverbindungen eingehen und die formschlüssige Verzahnung aufgrund der fehlenden kinetischen Energie des Fertigungsverfahrens geringer ist.
  • Die materialschlüssige Verbindung des Kontaktelements und der Cermet-Kathode erfolgt erfindungsgemäß z. B. mittels Hartlöten der beiden Komponenten. Um die empfindlichen Kathodenmaterialien, z. B. Perovskite, vor dem Zerfall und die metallischen Komponenten einer Kathode vor Oxidation zu schützen, sollte die Lötung in einer wasserstofffreien Schutzgasatmosphäre erfolgen. Um die Anzahl der Verbindungsgruppen zwischen den in der Kathode enthaltenen metallischen Partikeln und dem metallischen Kontaktelement zu erhöhen, ist es eventuell ratsam, die Oberfläche der Kathode so zu behandeln (beispielsweise durch Bürsten und Partikelstrahlen), dass möglichst viele metallische Partikel aus der Kathodenoberfläche herausragen.
  • Das Hartlot kann entweder in Form einer Folie zwischen die Zellen eingelegt werden oder in Form einer Paste/Suspension mittels "nasser" Applikationstechniken (z. B. Siebdruck, Nasspulversprühen) vor dem Fügeprozess des Stapels aufgetragen werden.
  • Als Lot-Materialien kommen vor allem Nickelbasis-Lote (z. B. MBF80) mit Schmelzpunkten oberhalb der Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels und unterhalb der Schmelztemperaturen der im Stapel verwendeten Materialien in Frage. Sie müssen in der Lage ein, in der stark oxidierenden Atmosphäre an der Sauerstoffelektrode der Festelektrolytbrennstoffzelle eine dauerhafte materialschlüssige Verbindung herzustellen. Darüber hinaus sollte es sich während des Lötprozesses stark diffusiv verhalten und sich an die umgebenden metallische Bestandteile anheften oder eindiffundieren, damit die Grenzfläche zwischen Kathode und Luftraum nicht durch eine durchgehende, undurchlässige Lötschicht belegt ist. Eine notwendige Anforderung an die Metalle der Kontaktelemente und Kathodenzuschlagsstoffe ist die Übereinstimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des eingesetzten Metalls mit denjenigen der Kathode und der Bipolarplatte.
  • Da das metallische Kontaktelement und das Kathoden-Cermet-Material bei hoher Temperatur einem hoch reaktiven Oxidanten ausgesetzt sind, ist es wichtig, dass das verwendete Metall eine stabile, passivierende Oberfläche ausbildet. Um zu verhindern, dass die Oxidhaut den elektrischen Stromfluss an den Berührungspunkten der metallischen Komponenten untereinander und an der Grenzfläche zu einer ggf. zusätzlich vorhandenen Funktionsschicht bzw. an der Grenzfläche zur Interkonnektorplatte herabsetzt, muss die Oxidhaut des verwendeten Materials eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit bei Betriebstemperatur der Festelektrolytbrennstoffzelle aufweisen. Die Oxidhaut des verwendeten Materials soll somit vorteilhafterweise ein so genannter Hochtemperatur-Halbleiter sein.
  • Diese genannten Anforderungen erfüllen z. B. ferritische, Stähle mit hohem Chrom- und niedrigem Aluminiumgehalt. Ein geringer Anteil von Seltenerdelementen, wie z. B. Yttrium oder Lanthan verbessert die Haftfestigkeit der passivierenden Oxidhaut auf der Oberfläche der Drähte. Vorteilhaft hierbei ist besonders die Tatsache, dass bei einer erfindungsgemäßen Verbindung des Kontaktelements mit der Interkonnektorplatte einerseits und der Kathode andererseits eine zusätzliche Funktionsschicht entfallen kann.
  • Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle weist eine schichtartig aufgebaute Kathode auf, bei der die in die Kathode eingelagerten Metallpartikel nur in der obersten Schicht vorhanden sind, welche nach der Applikation der Kathode eine freie Oberfläche zur Verbindung mit dem Kontaktelement bildet. Dies könnte z. B. dadurch hergestellt werden, dass beim Vakuum-Plasmaspritz-Fertigungsverfahren erst am Ende des Spritzprozesses die metallische Komponente dem Strahl beigemengt wird.
  • Eine Brennstoffzelle bzw. deren Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung, insbesondere der Schichtaufbau "Bipolarplatte mit materialschlüssig verbundenem, luftdurchlässigem, metallischem Kontaktelement/Hartlot/Cermet-Kathode" gegenüber der im Stand der Technik bisher angewendeten Kombination (Schichtaufbau) "Bipolarplatte-Funktionsschicht-Kathode" hat im Wesentlichen folgende Vorteile:
    • 1. Die Fertigungstoleranzen der Bipolarplatte und der Festelektrolytbrennstoffzelle werden während des Fügens des Stapels durch die elastischen Eigenschaften des kathodenseitigen metallischen Kontaktelements ausgeglichen.
    • 2. Auch bei nachlassender Federsteifigkeit, beispielsweise durch zeit-, temperatur- und lastabhängige Kriechvorgänge im Kontaktelement nach langer Betriebszeit bzw. vielen thermischen Betriebszyklen der Festelektrolytbrennstoffzelle und dem damit verbundenen Nachlassen der Anpresskräfte bis hin zum Übergang in den Bereich der flächigen Zugbelastung der Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der Kathode bleibt der elektrische Kontakt zwischen Bipolarplatte und Kathode erhalten, da sowohl die materialschlüssigen Verbindungen zwischen Bipolarplatte und metallischem Kontaktelement sowie zwischen Kontaktelement und metallischen Bestandteilen der Kathode als auch die formschlüssigen Verbindungen zwischen metallischen und keramischen Bestandteilen der Cermet-Kathode bei Betriebstemperatur noch mechanisch auf Zug belastbar sind.
    • 3. Das die Funktionsschicht ersetzende Hartlot befindet sich nur noch an den Berührungspunkten zwischen dem metallischen Kontaktelement und metallischen Bestandteilen der Kathode und wird nicht mehr vollflächig aufgetragen. Dies bedeutet eine deutliche Verringerung des Sauerstoffdiffusionswiderstands durch die entfallene Funktionsschicht und damit ein niedriges Sauerstoffaktivierungspotenzial an der Kathode, welches wiederum zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit der Zelle führt. Das metallische Kontaktelement selbst stellt aufgrund seiner hohen Porosität keinen nennenswerten Transportwiderstand für den Sauerstoff dar.
    • 4. Das Vakuum-Plasmaspritz-Fertigungsverfahren eignet sich prinzipiell zum Beschichten unebener Oberflächen, welche z. B. durch Fertigungstoleranzen entstehen, und ist z. B. im Gegensatz zum Siebdruckverfahren, welches hohe Ansprüche an die Oberflächenwelligkeit des zu bedrückenden Substrats stellt, zu bevorzugen.
  • Die Aufgabe wird mit einer Brennstoffzelle und/oder einem Elektrolyseur gelöst, welche eine Elektrolytschicht, die einseitig mit einer Kathodenschicht und anderseitig mit einer Anodenschicht in Verbindung steht, aufweist und die Anodenschicht elektrisch und mechanisch mit einem ersten Interkonnektor in Verbindung steht, wobei im Bereich einer freien Seite der Kathode eine Kontaktierungseinrichtung angeordnet ist, welche sowohl mit einem zweiten Interkonnektor als auch mit der Kathodenschicht elektrisch leitend und mechanisch stoffschlüssig, insbesondere metallisch stoffschlüssig verbunden ist, wobei die Kontaktierungseinrichtung mit metallischen Partikeln, welche formschlüssig verzahnt in die Kathodenschicht eingebettet sind und aus der Kathodenoberfläche herausragen, verbunden ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mechanisch stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kathodenschicht und der Kontaktierungseinrichtung als Hartlötung ausgebildet. Weiterhin kann die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kontaktierungseinrichtung und dem zweiten Interkonnektor als Kondensatorentladungsschweißung, Rollnahtschweißung oder Hartlötung ausgeführt sein.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und/oder einem erfindungsgemäßen Elektrolyseur ist dabei von Vorteil, dass die elektrische Verbindung zwischen der Kathodenschicht und dem zweiten Interkonnektor mechanisch zugbelastbar ist und somit über die Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle bzw. eines erfindungsgemäßen Elektrolyseurs die Kontaktierung zwischen der Kathode und dem zweiten Interkonnektor wesentlich verbessert ist, was zu einer erheblichen Verbesserung der elektrischen Leistung der Brennstoffzelle im Betrieb führt.
  • Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyseurs mit einer Elektrolytschicht, einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht gelöst, wobei die Anodenschicht mit einem ersten Interkonnektor elektrisch leitend und mechanisch verbunden wird, wobei eine Kontaktierungseinrichtung sowohl mit der Kathodenschicht als auch mit einem zweiten Interkonnektor elektrisch leitend und der mechanisch stoffschlüssig, insbesondere metallisch stoffschlüssig, verbunden wird, wobei die Kontaktierungseinrichtung (21) mit metallischen Partikeln (50), welche formschlüssig verzahnt in die Kathodenschicht (5) eingebettet sind und aus der Kathodenoberfläche herausragen, verbunden wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematisch einen Querschnitt durch einen Brennstoffzellenstapel mit Einzelbrennstoffzellen gemäß der Erfindung;
  • 2 eine vergrößerte Detailansicht X aus 1 einer erfindungsgemäßen Kontaktierung einer Kathode mit einer benachbarten Bipolarplatte;
  • 3 eine weiter vergrößerte Detailansicht Y aus 2 betreffend die Lötverbindung zwischen einem Kontaktelement und einer Cermet-Kathode gemäß der Erfindung.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung einer Brennstoffzelle erläutert. Alle Angaben gelten selbstverständlich entsprechend für den Betrieb der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle als Elektrolyseur.
  • Ein Brennstoffzellenstapel 1 (1) weist mehrere Einzelbrennstoffzellen 2 auf. Die Einzelbrennstoffzellen 2 besitzen eine Elektrolytschicht 3, eine Anodenschicht 4 und eine Kathodenschicht 5, welche in bekannter Art und Weise nach Art einer Festelektrolyt-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet sind. Die Anodenschicht 4 ist als ein Keramik-Metall-Verbundwerkstoff (englisch: Cermet = Keramik und Metal) aufgebaut und besteht z. B. aus Nickel und Zirkoniumdioxid. Die Elektrolytschicht 3 besteht üblicherweise aus Yttrium- stabilisiertem Zirkoniumoxid. Die Kathodenschicht 5 besteht üblicherweise z. B. aus keramischem Lanthan-Strontium-Manganoxid (LSM), welches oftmals zusätzlich mit Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ) vermischt ist. Die Anodenschicht 4 ist in den Figuren dicker dargestellt als die Elektrolytschicht 3 und die Kathodenschicht 5. Die Anodenschicht 4 ist ggfs. auf einer mechanisch-tragenden Substratschicht (nicht gezeigt) angeordnet. Mit einer der Elektrolytschicht 3 abgewandten freien Seite 6 der Anodenschicht 4 bzw. der Substratschicht steht diese mit einem ersten Interkonnektor 7 in Verbindung. Der erste Interkonnektor 7 ist im Wesentlichen plattenförmig aus einem Metall aufgebaut und weist eine erste Flachseite 8 und eine zweite Flachseite 9 auf. Beide Flachseiten 8, 9 weisen im Bereich der elektrisch aktiven Schichten 3, 4, 5 Gaskanäle 10 und 11 auf, wobei die Gaskanäle 10, welche im Bereich der ersten Flachseite 8 angeordnet sind, der Anodenschicht 4 zugewandte Brenngaskanäle sind. Die Gaskanäle 11, welche im Bereich der zweiten Flachseite 9 einer Kathodenschicht 5 zugewandt sind, führen im Betrieb der Brennstoffzelle ein zur Oxidation des Brenngases erforderliches Oxidationsgas, z. B. Luftsauerstoff. Die Gaskanäle 10 sind jeweils durch Stege 12, die Gaskanäle 11 durch Stege 13 voneinander getrennt.
  • Die Anodenschicht 4 steht mit ihrer freien Seite 6 elektrisch leitend und bevorzugt mechanisch stoffschlüssig mit freien Enden der Stege 12 des ersten Interkonnektors 7 in Verbindung. Die Anodenschicht 4 bzw. die Substratschicht ist beispielsweise durch eine Hartlötung, durch eine Kondensatorentladungsschweißung oder durch Laserlöten oder Rollnahtschweißen mit dem ersten Interkonnektor 7 verbunden.
  • Auf einer der Elektrolytschicht 3 abgewandten freien Seite 20 der Kathodenschicht 5 ist eine Kontaktierungseinrichtung 21 angeordnet. Die Kontaktierungseinrichtung 21 ist im Wesentlichen schichtförmig ausgebildet und ist beispielsweise ein Gestrick, Gewirk, Netz oder ein perforiertes Blech. Die Kontaktierungseinrichtung 21 ist ebenfalls aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, welches zudem in einer Richtung 22 senkrecht zu den Schichtebenen der Elektrolytschicht 3, der Anodenschicht 4, der Kathodenschicht 5 und der Kontaktierungseinrichtung 21 elastisch ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Kontaktierungseinrichtung 21 somit als insbesondere federnd kompressibles Metalldrahtgestrick, Metalldrahtgewirk, Metalldrahtnetz, Metalldrahtgewölle oder perforierte Metallfolie ausgebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Kanäle 10, 11 im Interkonnektor 7 entfallen. In diesem Falle übernimmt die gasdurchlässige Kontaktierungseinrichtung 21 die Gaszufuhr bzw. Reaktionsproduktabfuhr.
  • Die Kontaktierungseinrichtung ist als ein luftdurchlässiges, poröses, flexibles, metallisches Gebilde ausgebildet und ist aus einem Metall ausgebildet, welches eine stabile, passivierende Oberfläche ausbildet, deren Oxidhaut den elektrischen Stromfluss an den Berührungspunkten der metallischen Kontaktierungseinrichtung 21 mit der Kathodenschicht 5 und einem zweiten Interkonnektor 30 so wenig wie möglich herabsetzt wird. Zu diesem Zweck muss die Oxidhaut des verwendeten Metalls eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit bei Betriebstemperatur der Festelektrolytbrennstoffzelle, welche üblicherweise im Bereich oberhalb von 700°C liegt, aufweisen, also ein so genannter Hochtemperatur-Halbleiter sein. Diese Anforderungen erfüllen z. B. ferritische, warmfeste Stähle mit hohem Chrom- und niedrigem Aluminium-Gehalt. Ein geringer Anteil von Seltenerdelementen, wie z. B. Yttrium oder Lanthan verbessert die Haftfestigkeit der passivierenden Oxidhaut auf der Oberfläche des die Kontaktierungseinrichtung 21 ausbildenden Materials.
  • Die Kontaktierungseinrichtung 21, welche als Schicht ausgebildet ist, steht mit einer freien Flachseite mit dem zweiten Interkonnektor 30 einer benachbarten Einzelbrennstoffzelle 2 elektrisch leitend und mechanisch stoffschlüssig in Verbindung. Eine mechanisch stoffschlüssige Verbindung 31 zwischen der Kontaktierungseinrichtung 21 und dem zweiten Interkonnektor 30 ist beispielsweise als Hartlötung, Kondensatorentladungsschweißung oder Laserlötung ausgebildet.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform des stoffschlüssigen Verbunds zwischen der Kathodenschicht 5 und dem zweiten Interkonnektor 30 über die Kontaktierungseinrichtung 21 beispielhaft anhand des Details X aus 1, welches in 2 dargestellt ist, näher erläutert.
  • Beispielhaft ist in der 2 die Kontaktierungseinrichtung 21 als Drahtgewölle aus einem dünnen Metalldraht 32 ausgebildet, wobei Metalldrahtbogenabschnitte 33 dem zweiten Interkonnektor 30 zugewandt sind und Metalldrahtbogenabschnitte 34 der Kontaktierungseinrichtung 21 der Kathodenschicht 5 zugewandt sind. Die Metalldrahtbogenabschnitte 33 sind mittels der stoffschlüssigen Verbindung 31 mit dem zweiten Interkonnektor 30 verbunden, wobei z. B. die Metalldrahtbogenabschnitte 33 in einer Schicht der stoffschlüssigen Verbindung 31 eingebettet sind und somit mit dem zweiten Interkonnektor 30 fest, insbesondere zugfest, in einer Richtung 22 verbunden sind.
  • Die Metalldrahtbogenabschnitte 34, welche der Kathodenschicht 5 zugewandt sind, sind mittels einer stoffschlüssigen Verbindungsschicht 40, welche zum einen stoffschlüssig mit der Kathodenschicht 5 und zum anderen stoffschlüssig mit der Kontaktierungseinrichtung 21 in Verbindung steht, verbunden. Die stoffschlüssige Verbindungsschicht 40 ist beispielsweise als Hartlotschicht, als Kondensatorentladungsschweißung oder als Laserlötung ausgebildet. Als Lotmaterialien insbesondere für den Fall, dass die stoffschlüssige Verbindungsschicht 40 als Lötung ausgebildet ist, haben sich insbesondere Nickelbasislote (z. B. MBF80) mit Schmelzpunkten oberhalb der Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels 1 und unterhalb der Schmelztemperaturen der im Stapel 1 verwendeten Materialien bewährt. Weiterhin sind jedoch alle Lotmaterialien geeignet, welche in der Lage sind, in der stark oxidierenden Atmosphäre an der Sauerstoffelektrode der SOFC eine dauerhafte, materialschlüssige, d. h. stoffschlüssige Verbindung, herzustellen. Darüber hinaus soll das Lotmaterial sich während des Lötprozesses stark diffusiv verhalten und sich an die umgebenden metallischen Bestandteile sowohl der Kontaktierungseinrichtung 21 als auch der – wie weiter unten erläutert – Kathodenschicht 5 anheften oder eindiffundieren, damit die Grenzfläche zwischen der Kathodenschicht 5 und den Lufträumen in der Kontaktierungseinrichtung 21 nicht durch eine durchgehende, undurchlässige Lotschicht versperrt ist.
  • Im Folgenden wird die stoffschlüssige Verbindung 40 anhand des Details Z aus der 2 (vergleiche 3) beschrieben.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass zur Ausbildung einer mechanisch in der Richtung 22 zugfesten Verbindung zwischen der Kontaktierungseinrichtung 21 und der Kathodenschicht 5 stoffschlüssige Verbindungen zwischen Metallen geeignet sind. Hierzu wird die Kathodenschicht 5, insbesondere bei einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, aus einem metallisch-keramischen Verbundmaterial, einem so genannten Cermet-Material, ausgebildet, wobei hierbei in der Kathodenschicht 5 metallische Partikel 50 formschlüssig verzahnt eingebettet sind.
  • Bei der Herstellung der Kathodenschicht 5 beispielsweise durch Vakuum-Plasmaspritzen oder durch ein sinterkeramisches Fertigungsverfahren werden die metallischen Partikel 50 in keramischem Umgebungsmaterial 60 der Kathodenschicht 5 formschlüssig verzahnt eingebettet. Erfindungsgemäß wird der Umstand ausgenutzt, dass im Bereich einer freien Oberfläche 70 der Kathodenschicht 5 metallische Partikel 50 aus der freien Oberfläche 70 hervorragen und somit die freie Oberfläche 70 zumindest teilbereichsweise eine metallische Oberfläche 70, resultierend aus den im Bereich der Oberfläche 70 angeordneten Metallpartikeln 50, besitzt. Diese im Bereich der freien Oberfläche 70 angeordneten Metallpartikel 50 sind wegen ihrer formschlüssigen Einbettung in das keramische Umgebungsmaterial 60 somit durch eine Zugbelastung in einer Richtung 22 nicht von der Kathodenschicht 5 zu trennen.
  • Erfindungsgemäß sind die Metalldrahtbogenabschnitte 34, welche mit einem die freie Oberfläche 70 überragenden Metallpartikel 50 berühren mittels einer stoffschlüssigen Verbindungsschicht 40, welche insbesondere als Härtlötung ausgebildet ist, verbunden. Dies stellt zum einen eine hohe elektrische Leitfähigkeit zwischen der Kathodenschicht 5 und der Kontaktierungseinrichtung 21 sicher und gewährt außerdem eine hohe Zugbelastbarkeit der Verbindung zwischen der Kontaktierungseinrichtung 21 und der Kathodenschicht 5. Somit wird also der mechanische Verbund zwischen dem zweiten Interkonnektor 30 und einer benachbarten Kathodenschicht 5 über die Kontaktierungseinrichtung 21 sichergestellt, welche auf der Seite des zweiten Interkonnektors 30 mittels einer stoffschlüssigen Verbindung 31 verbunden ist und auf der Seite der Kathodenschicht 5 mittels einer stoffschlüssigen Verbindung 40 mit formschlüssig im keramischen Umgebungsmaterial 60 der Kathodenschicht 5 eingebetteten Metallpartikeln 50 der Kathodenschicht 5 in Verbindung steht. Es handelt sich somit also um eine Kombination aus stoffschlüssiger Befestigung der Kontaktierungseinrichtung 21 zwischen ihren benachbarten Brennstoffzellenelementen, dem Interkonnektor und der Kathodenschicht und einer formschlüssigen Verbindung der metallischen Partikel 50 einer Cermet-Kathodenschicht 5 einer Brennstoffzelle 2.
  • Um die Anzahl der die freie Oberfläche 70 überragenden Metallpartikel 50 und somit die Anzahl der möglichen Befestigungspunkte zwischen Metalldrahtbögen 34 der Kontaktierungseinrichtung 21 und der Kathodenschicht 5 zu erhöhen, ist es vorteilhaft, nach der Herstellung der Cermet-Kathode die Oberfläche der Kathodenschicht 5 derart zu behandeln, dass möglichst viele metallische Partikel 50 aus der Kathodenschicht 5 herausragen. Dies kann beispielsweise durch Bürsten und Partikelstrahlen geschehen.
  • Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle näher erläutert: Die im Folgenden gewählte Reihenfolge der Verfahrensschritte ist für den zeitlichen Ablauf des Herstellverfahrens nicht bindend. Sie dient lediglich zur veranschaulichten Beschreibung des Verfahrens und stellt eine mögliche, insbesondere bevorzugte Abfolge der Herstellungsschritte dar.
  • Zunächst wird in im Wesentlichen bekannter Art und Weise der elektrochemisch aktive Schichtaufbau, bestehend aus Anodenschicht 4, Elektrolytschicht 3 und Kathodenschicht 5, für eine Hochtemperatur-Festelektrolytbrennstoffzelle hergestellt. Dies kann üblicherweise mittels des Vakuum-Plasmaspritz-Fertigungsverfahrens oder mittels eines sinterkeramischen Fertigungsverfahrens durch Mischen einer metallisch-keramischen Suspension und einem anschließenden Sinterprozess für die jeweilige Schicht erfolgen. Bei dem Vakuum-Plasmaspritz-Fertigungsverfahren wird der Schichtaufbau der einzelnen Schichten 3, 4, 5 durch Einblasen der die Schichten jeweils ausbildenden Materialien in einem Plasmastrahl eines Plasmabrenners hergestellt, wobei der Plasmabrenner beispielsweise mäanderförmig über eine Substratschicht geführt wird, sodass durch das mäanderförmige Verfahren des Plasmabrenners ein schichtweiser Aufbau erreicht wird. Weiterhin wird die Kathode 5 als keramisch-metallische Kathode (sog. Cermet-Kathode) ausgebildet, wobei metallische Partikel 50 in die Kathodenschicht eingebettet werden.
  • Der Verbund aus Anodenschicht 4, Elektrolytschicht 3 und Kathodenschicht 5 wird anodenseitig mit einer freien Flachseite 8 eines ersten Interkonnektors 7 verbunden, wobei die Verbindung elektrisch leitend und bevorzugt mechanisch stoffschlüssig ausgebildet wird. Hierfür eignen sich insbesondere die Befestigungsarten des Hartlötens, des Kondensatorentladungsschweißens oder des Laserlötens.
  • In bevorzugt gleicher Art und Weise wie die Befestigung der Anodenschicht 14 auf dem ersten Interkonnektor 7 erfolgt eine Befestigung der Kontaktierungseinrichtung 21 mit einer zweiten Flachseite 9 eines zweiten Interkonnektors 30, sodass eine elektrisch leitende, mechanisch zugfeste Verbindung zwischen der Kontaktierungseinrichtung 21 und dem zugehörigen zweiten Interkonnektor 30 hergestellt wird.
  • Auf die freie Oberfläche 70 der Kathodenschicht 5 wird ein geeignetes Hartlot, z. B. ein Nickelbasislot, insbesondere ein MBF80, in Form einer Folie aufgelegt oder in Form einer Paste/Suspension mittels so genannter nasser Applikationstechniken, z. B. Siebdruck, Nasspulversprühen, Eintauchen des Kontaktelements 21, vor dem Fügeprozess des Brennstoffzellenstapels 1 aufgetragen.
  • Beim Fügeprozess des Brennstoffzellenstapels 1 wird dann der zweite Interkonnektor 30 mit der daran gebundenen Kontaktierungseinrichtung 21 auf die freie Seite 20 der Kathodenschicht 5 aufgesetzt, sodass die Kontaktierungseinrichtung 21 die Kathodenschicht 5 berührt. Zwischen den die freie Oberfläche 70 überragenden Metallpartikeln 50 und den diese berührenden Metalldrahtbögen 34 der Kontaktierungseinrichtung 21 befindet sich das vorher aufgetragene Hartlot. Z. B. durch eine erste Inbetriebnahme der Brennstoffzelle, bei der die Brennstoffzelle auf eine Temperatur oberhalb ihrer Betriebstemperatur, d. h. oberhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Hartlots, erhitzt wird, erfolgt ein Aufschmelzen der Hartlotschicht und die Verlötung der sich berührenden metallischen Bestandteile der Kontaktierungseinrichtung 21 und der der Kathodenschicht 5.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Cermet-Kathode derart hergestellt, dass im Bereich der freien Oberfläche 70 eine höhere Konzentration der Metallpartikel 50 vorliegt, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Metallpartikel 50 über die freie Oberfläche 70 hervorragt und eine mögliche Verbindungsstelle mit der Kontaktierungseinrichtung 21 ausbildet, erhöht ist.
  • Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle bzw. dem erfindungsgemäßen Elektrolyseur sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren zu deren bzw. dessen Herstellung ist, dass jede Einzelbrennstoffzelle mit einer benachbarten Einzelbrennstoffzelle einen Verbund eingeht, welcher Zugkräfte in einer Richtung entgegen der Fügerichtung des Brennstoffzellenstapels aufnehmen kann. Hierdurch ist eine auch langfristig hochwertige elektrische Kontaktierung der Kathode mit dem benachbarten Interkonnektor sichergestellt. Zudem ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine in einfacher Art und Weise durchführbare und insbesondere im Bereich der Großserienherstellung anwendbare Herstellmethode angegeben. Gleichzeitig weist eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle eine erhöhte elektrische Leistungsdichte auf, da durch die erfindungsgemäße Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Kontaktierungseinrichtung 21 und der Kathodenschicht 5 freie Oberflächenabschnitte 70a der freien Oberfläche 70 ausgebildet werden, die nicht von Hartlot oder den aus dem Stand der Technik bekannten keramischen Kontaktierungsschichten bedeckt sind und somit die Diffusion der Sauerstoff-Ionen durch die Kathode in keiner Weise behindern.

Claims (30)

  1. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur mit einer Elektrolytschicht (3), welche einseitig mit einer Kathodenschicht (5) und anderseitig mit einer Anodenschicht (4) in Verbindung steht, und die Anodenschicht (4) elektrisch und mechanisch mit einem ersten Interkonnektor (7) in Verbindung steht, wobei im Bereich der freien Seite (20) der Kathodenschicht (5) eine Kontaktierungseinrichtung (21) angeordnet ist, welche sowohl mit einem zweiten Interkonnektor (30) als auch mit der Kathodenschicht (5) elektrisch leitend und mechanisch stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) mit metallischen Partikeln (50), welche formschlüssig verzahnt in die Kathodenschicht (5) eingebettet sind und aus der Kathodenoberfläche herausragen, verbunden ist.
  2. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kathodenschicht (5) und der Kontaktierungseinrichtung (21) eine metallisch stoffschlüssige Verbindung ist und insbesondere als Hartlötung ausgebildet ist.
  3. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch stoffschlüssige Verbindung (31) zwischen der Kontaktierungseinrichtung (21) und dem zweiten Interkonnektor (30) stoffschlüssig, z. B. als Kondensatorentladungsschweißung, Hartlötung oder Rollnahtschweißung ausgebildet ist.
  4. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Hartlot ein Nickelbasislot, insbesondere MBF80 ist.
  5. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenschicht (4) aus einem Keramik-Metall-Verbundwerkstoff aufgebaut ist und z. B. aus Nickel und Zirkoniumdioxid besteht.
  6. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytschicht (3) aus einem Keramikwerkstoff besteht, z. B. aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumoxid.
  7. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenschicht (5) aus keramischem Lanthan-Strontium-Manganoxid (LSM) mit eingebetteten metallischen Partikeln (50) besteht, welches ggf. zusätzlich mit Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ) vermischt ist.
  8. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenschicht (4) auf eine mechanisch tragende metallische oder keramische Substratschicht aufgetragen ist.
  9. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenschicht (4) mit ihrer der Elektrolytschicht (3) abgewandten freien Seite (6) mit dem ersten Interkonnektor (7) in Verbindung steht.
  10. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Interkonnektor (7) gaskanalfrei ausgebildet ist.
  11. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) gasdurchlässig ist.
  12. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenschicht (4) mittels einer Hartlötung, einer Kondensatorentladungsschweißung oder durch Laserlöten oder Rollnahtschweißen mit dem ersten Interkonnektor (7) verbunden ist.
  13. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Elektrolytschicht (3) abgewandten freien Seite (20) der Kathodenschicht (5) die Kontaktierungseinrichtung (21) angeordnet ist, wobei die Kontaktierungseinrichtung (21) im Wesentlichen schichtförmig ausgebildet ist und beispielsweise ein Gestrick, Gewirk, Netz oder ein perforiertes Blech ist.
  14. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist, wobei die Kontaktierungseinrichtung (21) in einer Richtung (22) senkrecht zu den Schichtebenen der Elektrolytschicht (3), der Anodenschicht (4), der Kathodenschicht (5) und der Kontaktierungseinrichtung (21) elastisch ausgebildet ist.
  15. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) als federnd kompressibles Metalldrahtgestrick, Metalldrahtgewirk, Metalldrahtnetz, Metalldrahtgewölle, oder perforierte Folie ausgebildet ist.
  16. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) aus einem Metall ausgebildet ist, welches eine stabile passivierende Oberfläche ausbildet.
  17. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidhaut des Metalls ein Hochtemperatur-Halbleiter ist.
  18. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) aus einem ferritischen Stahl mit hohem Chrom- und niedrigem Aluminiumgehalt sowie ggf. mit einem geringen Anteil von Seltenerdelementen, wie z. B. Yttrium oder Lanthan besteht.
  19. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) aus einem dünnen Metalldraht (32) ausgebildet ist, wobei Metalldrahtbogenabschnitte (33) und Metalldrahtbogenabschnitte (34) stoffschlüssig, insbesondere metallisch stoffschlüssig und zugfest in einer Richtung (22) senkrecht zu den Schichtebenen der Elektrolytschicht (3), der Anodenschicht (4), der Kathodenschicht (5) und der Kontaktierungseinrichtung (21) mit den benachbarten Schichten (30, 5) verbunden sind.
  20. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) nur bereichsweise mit der Kathodenschicht (5), insbesondere in Bereichen, in denen die metallischen Partikel (50) aus der Kathodenoberfläche herausragen, verbunden ist.
  21. Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der metallischen Partikel (50) in der Kathodenschicht (5) zu einer freien Oberfläche (70) der freien Seite (20) der Kathodenschicht (5) hin zunimmt.
  22. Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyseurs mit einer Elektrolytschicht (3), einer Anodenschicht (4) und einer Kathodenschicht (5), wobei die Anodenschicht (4) mit einem ersten Interkonnektor (7) elektrisch leitend und mechanisch verbunden wird, wobei eine Kontaktierungseinrichtung (21) sowohl mit der Kathodenschicht (5) als auch mit einem zweiten Interkonnektor (30) elektrisch leitend und mechanisch stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) mit metallischen Partikeln (50), welche formschlüssig verzahnt in die Kathodenschicht (5) eingebettet sind und aus der Kathodenoberfläche herausragen, verbunden wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenschicht (5) aus einem keramisch metallischem Material (Cermet) mit eingebetteten Metallpartikeln (50) ausgebildet wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine freie Oberfläche (70) der freien Seite (20) der Kathodenschicht (5) durch Bürsten und/oder Partikelstrahlen derart behandelt wird, dass die Anzahl von metallischen Partikeln (50), welche aus der freien Oberfläche (70) der Kathodenschicht (5) hervorragen, erhöht wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbund aus Anodenschicht (4), Elektrolytschicht (3) und Kathodenschicht (5) anodenseitig mit einer freien Flachseite eines ersten Interkonnektors (7) verbunden wird, wobei die Verbindung elektrisch leitend und mechanisch stoffschlüssig ausgebildet wird.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Anodenschicht (4) und dem ersten Interkonnektor (7) mittels Hartlötens oder mittels Kondensatorentladungsschweißens oder mittels Laserlötens hergestellt wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) mit dem zweiten Interkonnektor (30) mittels Hartlötens oder Kondensatorentladungsschweißens oder Laserlötens verbunden wird.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kathodenschicht (5) ein Hartlot in Form einer Folie aufgelegt oder in Form einer Paste und/oder Suspension mittels nasser Applikationstechniken vor dem Fügeprozess des Brennstoffzellenstapels (1) auf die Kathodenoberfläche oder die Kontaktierungseinrichtung (21) aufgetragen wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Interkonnektor (30) zusammen mit der Kontaktierungseinrichtung (21) auf die Kathodenschicht (5) berührend aufgesetzt wird und mittels einer Erhitzung der Brennstoffzelle auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des verwendeten Hartlots erhitzt wird, sodass die Hartlötung ausgebildet wird.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinrichtung (21) sowohl mit der Kathodenschicht (5) als auch mit dem zweiten Interkonnektor (30) metallisch stoffschlüssig verbunden wird.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005017727B4 (de) * 2004-04-15 2015-09-17 Peter Volkmer Verfahren und Einrichtung zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse
DE102005014077B4 (de) 2005-03-23 2012-05-24 Forschungszentrum Jülich GmbH Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen und Verfahren zu dessen Herstellung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle
DE102005022894A1 (de) * 2005-05-18 2006-11-23 Staxera Gmbh SOFC-Stapel
WO2006137585A2 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell and separator
DE102008036847A1 (de) * 2008-08-07 2010-02-11 Elringklinger Ag Brennstoffzelleneinheit und Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Elektrode und einer Bipolarplatte
DE102013206590A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-16 Elringklinger Ag Interkonnektorelement und Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektorelements
CA3017288C (en) 2016-03-11 2020-05-26 Nissan Motor Co., Ltd. Solid oxide fuel cell
WO2019106765A1 (ja) 2017-11-29 2019-06-06 日産自動車株式会社 燃料電池スタック
DE102020112665A1 (de) 2020-05-11 2021-11-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zum Verbinden zweier Bleche durch Rollnahtschweißen und Vorrich-tung zur Herstellung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle
DE102020117742B4 (de) 2020-07-06 2023-11-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Schweißvorrichtung und Verfahren zum Verschweißen von Blechen

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0424732A1 (de) * 1989-10-27 1991-05-02 Asea Brown Boveri Ag Stromübertragungselemente für stapelförmig angeordnete Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zu deren Herstellung
EP0432381A1 (de) * 1989-10-12 1991-06-19 Asea Brown Boveri Ag Bauteilanordnung zur Stromführung für keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen
DE4237602A1 (de) * 1992-11-06 1994-05-11 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung
DE4227603C1 (de) * 1992-08-20 1994-05-11 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit verbesserter Kontaktierung der Elektroden und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE4340153C1 (de) * 1993-11-25 1995-03-09 Solentec Ges Fuer Solare Und E Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtemperatur-Brennstoffzellen
DE4334438C2 (de) * 1993-10-08 1996-12-19 Siemens Ag Composit-Glaslot sowie Verwendung des Composit-Glaslotes
DE19627504C1 (de) * 1996-07-08 1997-10-23 Siemens Ag Verbundleiterplatte und Verwendung einer Verbundleiterplatte für einen Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel
DE19705874C2 (de) * 1997-02-15 2000-01-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Stromkollektor für SOFC-Brennstoffzellenstapel
DE19836351A1 (de) * 1998-08-11 2000-02-17 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit Nickelnetz auf der Anodenseite und Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel mit einer solchen Zelle
DE19841919A1 (de) * 1998-09-12 2000-03-23 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzellen-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19932194A1 (de) * 1999-07-09 2001-01-18 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Kontaktschicht auf der Kathodenseite einer Brennstoffzelle
DE10040499A1 (de) * 2000-08-18 2002-03-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Kontaktschicht sowie eine solche Kontaktschicht umfassende Brennstoffzelle
DE19749004C2 (de) * 1997-11-06 2002-04-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Herstellungsverfahren für eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem keramischen und einem metallischen Bauteil
WO2002101859A2 (de) * 2001-06-13 2002-12-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzelle und verfahren zur herstellung einer solchen brennstoffzelle

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0432381A1 (de) * 1989-10-12 1991-06-19 Asea Brown Boveri Ag Bauteilanordnung zur Stromführung für keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen
EP0424732A1 (de) * 1989-10-27 1991-05-02 Asea Brown Boveri Ag Stromübertragungselemente für stapelförmig angeordnete Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zu deren Herstellung
DE4227603C1 (de) * 1992-08-20 1994-05-11 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit verbesserter Kontaktierung der Elektroden und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE4237602A1 (de) * 1992-11-06 1994-05-11 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung
DE4334438C2 (de) * 1993-10-08 1996-12-19 Siemens Ag Composit-Glaslot sowie Verwendung des Composit-Glaslotes
DE4340153C1 (de) * 1993-11-25 1995-03-09 Solentec Ges Fuer Solare Und E Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtemperatur-Brennstoffzellen
DE19627504C1 (de) * 1996-07-08 1997-10-23 Siemens Ag Verbundleiterplatte und Verwendung einer Verbundleiterplatte für einen Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel
DE19705874C2 (de) * 1997-02-15 2000-01-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Stromkollektor für SOFC-Brennstoffzellenstapel
DE19749004C2 (de) * 1997-11-06 2002-04-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Herstellungsverfahren für eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem keramischen und einem metallischen Bauteil
DE19836351A1 (de) * 1998-08-11 2000-02-17 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit Nickelnetz auf der Anodenseite und Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel mit einer solchen Zelle
DE19841919A1 (de) * 1998-09-12 2000-03-23 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzellen-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19932194A1 (de) * 1999-07-09 2001-01-18 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Kontaktschicht auf der Kathodenseite einer Brennstoffzelle
DE10040499A1 (de) * 2000-08-18 2002-03-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Kontaktschicht sowie eine solche Kontaktschicht umfassende Brennstoffzelle
WO2002101859A2 (de) * 2001-06-13 2002-12-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzelle und verfahren zur herstellung einer solchen brennstoffzelle

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