DE10330478B9 - Fuel cell unit and method for manufacturing a fuel cell unit - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzelleneinheit, umfassend eine Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) mit einer Kathode (144) aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material, mit einem sauerstoffionenleitenden Feststoffelektrolyten (142) und mit einer Anode (140) aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material und ein Substrat (136), auf dem die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) angeordnet ist, wobei die Brennstoffzelleneinheit (100) mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) aufweist, durch welche ein Fluid durch die Brennstoffzelleneinheit (100) hindurchtreten kann, wobei das Substrat (136) einen Sinterkörper (148) umfasst, der sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) herum erstreckt, und wobei der Sinterkörper (148) in einem sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) herum erstreckenden Bereich mit einer Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material versehen ist.A fuel cell unit comprising a cathode-anode electrolyte unit (138) having a cathode (144) of an electrically conductive ceramic material, an oxygen ion conductive solid electrolyte (142), and an anode (140) of an electrically conductive ceramic material and a substrate (136) on which the cathode-anode-electrolyte unit (138) is arranged, the fuel-cell unit (100) having at least one fluid passage opening (114, 116, 122, 124) through which a fluid passes through the fuel cell unit (100). wherein the substrate (136) comprises a sintered body (148) extending around the at least one fluid passage opening (114, 116, 122, 124), and wherein the sintered body (148) is disposed around the at least one fluid passage opening (114, 116, 122, 124) extending around area provided with an insulating layer of an electrically insulating material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit, die eine Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit und ein Substrat, auf dem die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit angeordnet ist, umfasst, wobei die Brennstoffzelleneinheit mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung aufweist, durch welche eine Fluid durch die Brennstoffzelleneinheit hindurchtreten kann.The present invention relates to a fuel cell unit comprising a cathode-anode-electrolyte unit and a substrate on which the cathode-anode-electrolyte unit is disposed, the fuel-cell unit having at least one fluid passage opening through which a fluid passes through the fuel cell unit can pass through.

Solche Brennstoffzelleneinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt.Such fuel cell units are known from the prior art.

Bei bekannten Brennstoffzelleneinheiten der eingangs genannten Art ist das Substrat in einem zentralen Bereich der Brennstoffzelleneinheit angeordnet, welcher nicht von den Fluiddurchgangsöffnungen durchsetzt wird, durch welche die für den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit erforderlichen Fluide in die Brennstoffzelleneinheit eintreten oder aus derselben austreten können. Daher ist es erforderlich, dass die diese Fluiddurchgangsöffnungen umgebenden Bereiche der Brennstoffzelleneinheit mit separaten Dichtungselementen zum Abdichten des Brenngasraums der Brennstoffzelleneinheit gegenüber dem Oxidationsmittelraum der Brennstoffzelleneinheit und/oder mit separaten Abstützelementen zum Herstellen der erforderlichen mechanischen Stabilität der Fluiddurchgangsbereiche der Brennstoffzelleneinheit versehen sind.In known fuel cell units of the aforementioned type, the substrate is arranged in a central region of the fuel cell unit, which is not penetrated by the fluid passage openings through which the fluids required for the operation of the fuel cell unit can enter or exit the fuel cell unit. Therefore, it is necessary that the portions of the fuel cell unit surrounding these fluid passage openings are provided with separate sealing members for sealing the fuel gas space of the fuel cell unit from the oxidant space of the fuel cell unit and / or separate support members for establishing the required mechanical stability of the fluid passage areas of the fuel cell unit.

Die US 6 051 330 A offenbart eine SOFC-Brennstoffzelleneinheit, die dadurch hergestellt wird, dass eine Anode aus ungesintertem keramischem Material, ein Elektrolyt aus ungesintertem keramischem Material, eine Kathode aus ungesintertem keramischem Material und ein Interkonnektor aus ungesintertem keramischem Material jeweils mit Fluiddurchgangsöffnungen versehen und anschließend aufeinandergestapelt, laminiert und zusammengesintert werden.The US 6 051 330 A discloses an SOFC fuel cell unit fabricated by providing an unsintered ceramic anode, an unsintered ceramic electrolyte, a non-sintered ceramic cathode, and an unsintered ceramic interconnector each having fluid passage holes, and then stacked, laminated, and sintered together become.

Die DE 41 04 839 A1 offenbart einen Träger für eine Brennstoffzelle, der durch Extrusion einer Masse aus keramischem Pulver und Extrusionszusätzen hergestellt, im grünen Zustand mit Kanälen versehen und anschließend gesintert wird.The DE 41 04 839 A1 discloses a support for a fuel cell made by extruding a mass of ceramic powder and extrusion additives, ducted in the green state and then sintered.

Die DE 102 07 743 A1 offenbart eine Trennwand für eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle mit mindestens einem Kanal für Gas und Wasser, wobei die Trennwand aus einem Material besteht, das durch Druckgießen eines Gemischs erhalten wurde, das Kohlenstoffpulver, wie natürlichen Graphit, künstlichen Graphit, Blähgraphit und/oder amorphen Kohlenstoff, und ein Phenolharz enthält, oder eines Gemischs, das durch Sintern des so erhaltenen Gusses bei einer Temperatur von 300–1200°C erhalten wurde. Die Trennwand ist mit elektrisch isolierenden Abdichtelementen aus Elastomer versehen.The DE 102 07 743 A1 discloses a dividing wall for a polymer electrolyte fuel cell having at least one channel for gas and water, wherein the dividing wall is made of a material obtained by die-casting a mixture, the carbon powder, such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite and / or amorphous carbon, and a phenol resin, or a mixture obtained by sintering the thus-obtained casting at a temperature of 300-1200 ° C. The partition wall is provided with electrically insulating sealing elements made of elastomer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzelleneinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einfach aufgebaut und leicht herstellbar ist.The present invention has for its object to provide a fuel cell unit of the type mentioned, which is simple and easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a fuel cell unit according to claim 1.

Dadurch, dass der Sinterkörper sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung herum erstreckt, ist es möglich, den Sinterkörper als abstützendes Element zur Herstellung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit der Brennstoffzelleneinheit zu nutzen. Insbesondere kann ein solcher Sinterkörper verhindern, dass die Brennstoffzelleneinheit im Bereich der Fluiddurchgangsöffnung längs der Stapelrichtung eines Brennstoffzellenstapels, in dem die Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist, zusammengedrückt wird.By extending the sintered body around the at least one fluid passage opening, it is possible to use the sintered body as a supporting member for producing sufficient mechanical strength of the fuel cell unit. In particular, such a sintered body can prevent the fuel cell unit from being compressed in the area of the fluid passage opening along the stacking direction of a fuel cell stack in which the fuel cell unit is arranged.

Ferner kann der Sinterkörper selbst als Dichtelement zum Abdichten der Fluiddurchgangsöffnung oder als Träger für ein solches Dichtelement dienen. Es ist daher nicht mehr erforderlich, ein von dem Sinterkörper separates Dichtelement vorzusehen und bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit separat von dem Sinterkörper an der Fluiddurchgangsöffnung zu installieren.Furthermore, the sintered body itself can serve as a sealing element for sealing the fluid passage opening or as a carrier for such a sealing element. It is therefore no longer necessary to provide a sealing element separate from the sintered body and to be installed separately from the sintered body at the fluid passage opening in the production of the fuel cell unit according to the invention.

Insbesondere kann der Sinterkörper mindestens eine Durchtrittsöffnung für den Durchtritt eines Fluids durch den Sinterkörper hindurch aufweisen.In particular, the sintered body may have at least one passage opening for the passage of a fluid through the sintered body.

Vorzugsweise weist auch die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit mindestens eine Durchtrittsöffnung für den Durchtritt eines Fluids durch die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit auf.Preferably, the cathode-anode-electrolyte unit also has at least one passage opening for the passage of a fluid through the cathode-anode-electrolyte unit.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist vorgesehen, dass die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit unmittelbar an dem Sinterkörper angeordnet ist.In a particular embodiment of the fuel cell unit according to the invention it is provided that the cathode-anode-electrolyte unit is arranged directly on the sintered body.

Das durch die Brennstoffzelleneinheit hindurchtretende Fluid kann beispielsweise ein Brenngas, ein Abgas oder ein Oxidationsmittel sein.The fluid passing through the fuel cell unit may be, for example, a fuel gas, an exhaust gas, or an oxidizer.

So kann insbesondere vorgesehen sein, daß die Brennstoffzelleneinheit mindestens eine Brenngasdurchgangsöffnung aufweist, durch welche ein Brenngas durch die Brennstoffzelleneinheit hindurchtreten kann, und daß der Sinterkörper sich um die mindestens eine Brenngasdurchgangsöffnung herum erstreckt.Thus, in particular, it may be provided that the fuel cell unit has at least one fuel gas passage opening through which a fuel gas can pass through the fuel cell unit, and that the sintered body extends around the at least one fuel gas passage opening.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, daß die Brennstoffzelleneinheit mindestens eine Abgasdurchgangsöffnung aufweist, durch welche ein Abgas durch die Brennstoffzelleneinheit hindurchtreten kann, und daß der Sinterkörper sich um die mindestens eine Abgasdurchgangsöffnung herum erstreckt.Alternatively or additionally, it can be provided that the fuel cell unit has at least one exhaust gas passage opening through which an exhaust gas can pass through the fuel cell unit, and that the sintered body extends around the at least one exhaust gas passage opening around.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann ferner vorgesehen sein, daß die Brennstoffzelleneinheit mindestens eine Oxidationsmitteldurchgangsöffnung aufweist, durch welche ein Oxidationsmittel durch die Brennstoffzelleneinheit hindurchtreten kann, und daß der Sinterkörper sich um die mindestens eine Oxidationsmitteldurchgangsöffnung herum erstreckt.Alternatively or additionally, it can further be provided that the fuel cell unit has at least one oxidant through-opening, through which an oxidizing agent can pass through the fuel cell unit, and that the sintered body extends around the at least one oxidant through-opening.

Der Sinterkörper kann mindestens eine Brenngasdurchtrittsöffnung zum Durchtritt von Brenngas durch den Sinterkörper, mindestens eine Abgasdurchtrittsöffnung zum Durchtritt von Abgas durch den Sinterkörper und/oder mindestens eine Oxidationsmitteldurchtrittsöffnung zum Durchtritt von Oxidationsmittel durch den Sinterkörper aufweisen.The sintered body may have at least one fuel gas passage opening for passing fuel gas through the sintered body, at least one exhaust gas passage opening for passing exhaust gas through the sintered body, and / or at least one oxidant passage opening for passing oxidizing agent through the sintered body.

Die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit kann mindestens eine Brenngasdurchtrittsöffnung zum Durchtritt von Brenngas durch die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit, mindestens eine Abgasdurchtrittsöffnung zum Durchtritt von Abgas durch die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit und/oder mindestens eine Oxidationsmitteldurchtrittsöffnung zum Durchtritt von Oxidationsmittel durch die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit aufweisen.The cathode-anode-electrolyte unit can at least one fuel gas passage opening for the passage of fuel gas through the cathode-anode-electrolyte unit, at least one exhaust gas passage opening for passage of exhaust gas through the cathode-anode-electrolyte unit and / or at least one oxidant passage opening for passage of oxidant through the cathode-anode-electrolyte unit.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist vorgesehen, daß die Fluiddurchgangsöffnung der Brennstoffzelleneinheit als ein Abschnitt eines sich im wesentlichen senkrecht zu den Hauptflächen der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit durch die Brennstoffzelleneinheit erstreckenden Fluidkanals, also insbesondere eines Brenngaskanals, eines Abgaskanals oder eines Oxidationsmittelkanals, ausgebildet ist.In a preferred embodiment of the fuel cell unit according to the invention, it is provided that the fluid passage opening of the fuel cell unit as a portion of a substantially perpendicular to the main surfaces of the cathode-anode-electrolyte unit through the fuel cell unit extending fluid channel, ie in particular a fuel gas channel, an exhaust passage or an oxidant channel , is trained.

Der Sinterkörper kann sich bis unmittelbar an die jeweilige Fluiddurchgangsöffnung heran erstrecken, so daß der Sinterkörper in diesem Falle eine seitliche Begrenzung mindestens einer Fluiddurchgangsöffnung der Brennstoffzelleneinheit bildet.The sintered body may extend to immediately adjacent to the respective fluid passage opening, so that the sintered body in this case forms a lateral boundary of at least one fluid passage opening of the fuel cell unit.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, daß der Sinterkörper in einem sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung herum erstreckenden Bereich mit einer Abdichtungsschicht aus einem im wesentlichen gasundurchlässigen Material versehen ist. In diesem Fall erstreckt sich der Sinterkörper also nicht bis unmittelbar an die Fluiddurchgangsöffnung heran, sondern ist durch die Abdichtungsschicht aus dem im wesentlichen gasundurchlässigen Material von der Fluiddurchgangsöffnung getrennt.Alternatively, it may be provided that the sintered body is provided in a region extending around the at least one fluid passage opening with a sealing layer of a substantially gas-impermeable material. In this case, the sintered body thus does not extend as far as directly to the fluid passage opening, but is separated from the fluid passage opening by the sealing layer of the essentially gas-impermeable material.

Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist vorgesehen, dass der Sinterkörper in einem sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung herum erstreckenden Bereich mit einer Isolationsschicht aus einem im wesentlichen elektrisch isolierenden Material versehen ist.In the fuel cell unit according to the invention, it is provided that the sintered body is provided with an insulating layer of a substantially electrically insulating material in a region extending around the at least one fluid passage opening.

Diese elektrisch isolierende Isolationsschicht kann insbesondere durch den Elektrolyten der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit gebildet sein, welcher sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung herum erstreckt.This electrically insulating insulating layer may in particular be formed by the electrolyte of the cathode-anode-electrolyte unit, which extends around the at least one fluid passage opening.

Hierdurch kann auf zusätzliche Dichtungselemente aus elektrisch isolierendem Material im Bereich der Fluiddurchgangsöffnung verzichtet werden.This makes it possible to dispense with additional sealing elements of electrically insulating material in the region of the fluid passage opening.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist vorgesehen, dass an der mindestens einen Fluiddurchgangsöffnung ein von dem Sinterkörper verschiedenes Abstützelement angeordnet ist, um die mechanische Festigkeit der Brennstoffzelleneinheit im Bereich der Fluiddurchgangsöffnung weiter zu erhöhen.In a particular embodiment of the fuel cell unit according to the invention, it is provided that a support element which is different from the sintered body is arranged on the at least one fluid passage opening in order to further increase the mechanical strength of the fuel cell unit in the area of the fluid passage opening.

Ein solches Abstützelement kann insbesondere dazu dienen, die Dichtflächenpressung, mit welcher die Brennstoffzelleneinheit beim Einbau in einen Brennstoffzellenstapel beaufschlagt wird, aufzunehmen und als Distanzhalter zu dienen, welcher ein Zusammendrücken der Brennstoffzelleneinheit beim Zusammenbau und/oder im Betrieb des Brennstoffzellenstapels verhindert.Such a support element can serve, in particular, to receive the sealing surface pressure applied to the fuel cell unit during installation in a fuel cell stack and to serve as a spacer, which prevents compression of the fuel cell unit during assembly and / or during operation of the fuel cell stack.

Ein solches Abstützelement kann insbesondere im wesentlichen ringförmig ausgebildet sein.Such a support element may be formed in particular substantially annular.

Ferner kann vorgesehen sein, daß das Abstützelement aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem Stahlblech, gebildet ist.Furthermore, it can be provided that the support element is formed from a metallic material, in particular from a steel sheet.

Besonders einfach und zeitsparend herstellbar ist ein Abstützelement, das als ein Blechformteil ausgebildet ist. In diesem Fall kann eine Abstützelement-Vorform aus einem geeigneten Blech, insbesondere einem Stahlblech, herausgetrennt, insbesondere ausgestanzt oder ausgeschnitten, werden und durch Umformvorgänge in die endgültige Form des Abstützelements gebracht werden.It is particularly easy and time-saving to produce a support element, which is designed as a sheet metal part. In this case, a support element preform from a suitable sheet, in particular a steel sheet, cut out, in particular punched or cut, and be brought by forming operations in the final shape of the support element.

Das Abstützelement kann mit dem Sinterkörper nach dessen Herstellung, beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten, verbunden werden.The support element can be connected to the sintered body after its production, for example by welding or soldering.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, daß das Abstützelement an den Sinterkörper angesintert ist.Alternatively or additionally, it can also be provided that the support element is sintered to the sintered body.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Abstützelement während der Bildung des Sinterkörpers aus einem Sinterkörper-Vormaterial an den Sinterkörper angesintert worden ist. In diesem Fall kann das Abstützelement insbesondere als Teil einer Form dienen, in welche das Sinterkörper-Vormaterial vor dem Sintervorgang eingefüllt wird, um durch einen anschließenden Sintervorgang den Sinterkörper zu bilden.In particular, it can be provided that the support element during the formation of the Sintered body has been sintered from a sintered body precursor to the sintered body. In this case, in particular, the support member may serve as part of a mold into which the sintered body precursor is filled prior to the sintering operation to form the sintered body by a subsequent sintering process.

Ferner ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit vorgesehen, daß das Abstützelement in einem sich um die Fluiddurchgangsöffnung herum erstreckenden Bereich mit einer Abdichtungsschicht aus einem im wesentlichen gasundurchlässigen Material versehen ist.Furthermore, it is provided in a preferred embodiment of the fuel cell unit according to the invention that the support element is provided in a region extending around the fluid passage opening around area with a sealing layer of a substantially gas-impermeable material.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, daß das Abstützelement in einem sich um die Fluiddurchgangsöffnung herum erstreckenden Bereich mit einer Isolationsschicht aus einem im wesentlichen elektrisch isolierenden Material versehen ist.Alternatively or additionally, it can also be provided that the support element is provided in an area extending around the fluid passage opening around an area with an insulating layer of a substantially electrically insulating material.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Elektrolyt der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit das Abstützelement zumindest teilweise überdeckt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der an den Sinterkörper angrenzende Bereich des Abstützelements und der an das Abstützelement angrenzende Bereich des Sinterkörpers mit einer elektrisch isolierenden und im wesentlichen gasundurchlässigen Schicht versehen sind, so daß an dieser Stelle der Brennstoffzelleneinheit keine zusätzliche Dichtung aus einem elektrisch isolierenden und gasundurchlässigen Material vorgesehen werden muß.In particular, it can be provided that the electrolyte of the cathode-anode-electrolyte unit at least partially covers the support element. In this way, it is ensured that the region of the support element adjoining the sintered body and the region of the sintered body adjoining the support element are provided with an electrically insulating and substantially gas-impermeable layer, so that at this point the fuel cell unit does not provide an additional seal made of an electrically insulating material and gas impermeable material must be provided.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist ferner vorgesehen, daß der Sinterkörper durch Sintern aus einem Vormaterial, welches Partikel enthält, gebildet ist und daß die mittlere Korngröße in einer ersten Schicht des Sinterkörpers, welche der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit zugewandt ist, kleiner ist als in einer zweiten Schicht des Sinterkörpers, welche einen größeren Abstand von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit aufweist als die erste Schicht des Sinterkörpers.In a preferred embodiment of the fuel cell unit according to the invention it is further provided that the sintered body is formed by sintering from a starting material containing particles, and that the mean grain size in a first layer of the sintered body, which faces the cathode-anode-electrolyte unit, is smaller than in a second layer of the sintered body, which has a greater distance from the cathode-anode-electrolyte unit than the first layer of the sintered body.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird als Substrat für die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit also ein Sinterkörper verwendet, welcher Bereiche aufweist, die sich hinsichtlich der mittleren Korngröße in diesen Bereichen unterscheiden. Eine der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit zugewandte erste Schicht des Substrats weist eine kleinere mittlere Korngröße auf, um eine der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit zugewandte geschlossene Oberfläche des Sinterkörpers zu erzeugen, welche sich besonders gut für die Aufbringung der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit eignet. Eine weiter von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit entfernte zweite Schicht des Substrats weist eine größere mittlere Korngröße auf und gewährleistet somit eine ausreichende poröse Beschaffenheit des Substrates, um die erforderliche Gasdurchlässigkeit des Substrats bereitzustellen und eine ausreichende Gaszufuhr zu der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit durch das Substrat hindurch zu ermöglichen.In this embodiment of the invention, a sintered body is thus used as the substrate for the cathode-anode-electrolyte unit, which has areas which differ in terms of the mean grain size in these areas. A first layer of the substrate facing the cathode-anode-electrolyte unit has a smaller average grain size to create a closed surface of the sintered body facing the cathode-anode-electrolyte unit, which is particularly well suited for the deposition of the cathode anodes -Electrolyte unit is suitable. A second layer of the substrate farther from the cathode-anode-electrolyte unit has a larger average grain size and thus provides sufficient porous nature of the substrate to provide the required gas permeability of the substrate and sufficient gas supply to the cathode-anode electrolyte Unit through the substrate to allow.

Dabei können die erste Schicht und die zweite Schicht des Substrats längs einer scharfen Grenzfläche aneinandergrenzen; es ist aber auch möglich, dass sich die Eigenschaften des Sinterkörpers mit wachsender Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit im wesentlichen kontinuierlich verändern, so dass die erste Schicht und die zweite Schicht ohne scharfe Trennfläche ineinander übergehen.In this case, the first layer and the second layer of the substrate can adjoin one another along a sharp boundary surface; but it is also possible that the properties of the sintered body with increasing distance from the cathode-anode-electrolyte unit change substantially continuously, so that the first layer and the second layer without sharp separation surface merge into each other.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mittlere Korngröße in dem Sinterkörper mit wachsender Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit im wesentlichen monoton zunimmt, das heißt mit wachsender Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit in jedem Bereich des Sinterkörpers zunimmt oder zumindest gleichbleibt, wobei die monotone Zunahme stufenförmig oder im wesentlichen kontinuierlich erfolgen kann.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the mean grain size in the sintered body increases substantially monotonically with increasing distance from the cathode-anode-electrolyte unit, that is with increasing distance from the cathode-anode-electrolyte unit in each area of the sintered body increases or at least remains the same, wherein the monotonous increase can be stepped or substantially continuous.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die mittlere Korngröße in dem Sinterköper in Abhängigkeit von der Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit im wesentlichen kontinuierlich variiert, insbesondere mit wachsender Entfernung im wesentlichen kontinuierlich zunimmt.In particular, it may be provided that the mean grain size in the sintered body varies substantially continuously as a function of the distance from the cathode-anode-electrolyte unit, in particular increases continuously with increasing distance.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, daß die mittlere Korngröße in dem Sinterkörper in Abhängigkeit von der Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit stufenförmig, mit einer oder mehreren Stufen, variiert, insbesondere mit wachsender Entfernung stufenförmig zunimmt.Alternatively or additionally, it may be provided that the mean grain size in the sintered body in dependence on the distance from the cathode-anode-electrolyte unit step-like, with one or more stages varies, in particular gradually increases with increasing distance.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn der Sinterkörper mindestens eine der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit zugewandte erste Schicht umfaßt, in welcher die mittlere Korngröße höchstens ungefähr 160 μm, vorzugsweise höchstens ungefähr 80 μm, insbesondere höchstens ungefähr 50 μm, beträgt.It has proved to be particularly favorable when the sintered body comprises at least one first layer facing the cathode / anode / electrolyte unit, in which the average grain size is at most approximately 160 μm, preferably at most approximately 80 μm, in particular at most approximately 50 μm.

Besonders günstig ist es, wenn die erste Schicht im wesentlichen keine Körner enthält, welche größer sind als ungefähr 160 μm, vorzugsweise im wesentlichen keine Körner, die größer sind als ungefähr 80 μm, insbesondere im wesentlichen keine Körner, die größer sind als ungefähr 50 μm.It is particularly advantageous if the first layer contains substantially no grains which are larger than about 160 μm, preferably substantially no grains which are larger than about 80 μm, in particular substantially no grains which are larger than about 50 μm ,

Ferner ist es von Vorteil, wenn die erste Schicht des Sinterkörpers eine über die Dicke der Schicht hinweg im wesentlichen gleichförmige Korngrößenverteilung aufweist. Furthermore, it is advantageous if the first layer of the sintered body has an essentially uniform particle size distribution over the thickness of the layer.

Um eine ausreichende Gasdurchlässigkeit des Substrats zu gewährleisten, ist es ferner von Vorteil, wenn die erste Schicht des Sinterkörpers eine Dicke von höchstens ungefähr 300 μm aufweist.In order to ensure sufficient gas permeability of the substrate, it is also advantageous if the first layer of the sintered body has a thickness of at most approximately 300 μm.

Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die erste Schicht des Sinterkörpers unmittelbar an die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit angrenzt, so daß diese erste Schicht des Sinterkörpers als Unterlage für die Herstellung der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit dienen kann.Further, it is advantageously provided that the first layer of the sintered body is immediately adjacent to the cathode-anode-electrolyte unit, so that this first layer of the sintered body can serve as a base for the production of the cathode-anode-electrolyte unit.

Um eine ausreichende poröse Beschaffenheit und damit Gasdurchlässigkeit der zweiten Schicht des Sinterkörpers zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn in der zweiten Schicht des Sinterkörpers die mittlere Korngröße mindestens ungefähr 50 μm, vorzugsweise mindestens ungefähr 80 μm, insbesondere mindestens ungefähr 160 μm, beträgt.In order to ensure a sufficient porous nature and thus gas permeability of the second layer of the sintered body, it is advantageous if in the second layer of the sintered body, the mean grain size is at least about 50 .mu.m, preferably at least about 80 .mu.m, in particular at least about 160 .mu.m.

Besonders günstig ist es, wenn die zweite Schicht des Sinterkörpers im wesentlichen keine Körner enthält, welche kleiner sind als ungefähr 50 μm, vorzugsweise im wesentlichen keine Körner, die kleiner sind als ungefähr 80 μm, insbesondere im wesentlichen keine Körner, die kleiner sind als ungefähr 160 μm.It is particularly favorable if the second layer of the sintered body contains substantially no grains which are smaller than approximately 50 μm, preferably substantially no grains which are smaller than approximately 80 μm, in particular essentially no grains which are smaller than approximately 160 μm.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die zweite Schicht des Sinterkörpers eine über die Dicke der Schicht hinweg im wesentlichen gleichförmige Korngrößenverteilung aufweist.Furthermore, it is advantageous if the second layer of the sintered body has an essentially uniform particle size distribution over the thickness of the layer.

Um eine ausreichende mechanische Stabilität des Sinterkörpers zu gewährleisten, ist es günstig, wenn die zweite Schicht eine Dicke von mindestens ungefähr 150 μm aufweist.In order to ensure sufficient mechanical stability of the sintered body, it is favorable if the second layer has a thickness of at least approximately 150 μm.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Schicht des Sinterkörpers eine kleinere Dicke aufweist als die zweite Schicht des Sinterkörpers.Furthermore, it has proved to be advantageous if the first layer of the sintered body has a smaller thickness than the second layer of the sintered body.

Um eine ausreichende Gaszufuhr zu der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn der Sinterkörper eine Dicke von höchstens ungefähr 5000 μm, vorzugsweise von höchstens ungefähr 1600 μm, insbesondere von höchstens ungefähr 400 μm, aufweist.In order to ensure sufficient gas supply to the cathode-anode-electrolyte unit, it is advantageous if the sintered body has a thickness of at most about 5000 μm, preferably at most about 1600 μm, in particular at most about 400 μm.

Um andererseits eine ausreichende mechanische Stabilität des Sinterkörpers zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn der Sinterkörper eine Dicke von mindestens ungefähr 100 μm, vorzugsweise von mindestens ungefähr 200 μm, aufweist.On the other hand, in order to ensure sufficient mechanical stability of the sintered body, it is advantageous if the sintered body has a thickness of at least approximately 100 μm, preferably of at least approximately 200 μm.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist vorgesehen, daß der Sinterkörper ein metallisches Material, insbesondere Eisen, Chrom, Aluminium, Yttrium und/oder Nickel in metallischer Form, enthält.In a preferred embodiment of the fuel cell unit according to the invention it is provided that the sintered body contains a metallic material, in particular iron, chromium, aluminum, yttrium and / or nickel in metallic form.

Durch das Vorhandensein des metallischen Materials in dem Sinterkörper ist gewährleistet, daß der Sinterkörper eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist, welche erforderlich ist, da die dem Sinterkörper zugewandte Elektrode der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit über den Sinterkörper elektrisch kontaktiert wird, um während der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffzelleneinheit für den erforderlichen Ladungsausgleich zu sorgen.By the presence of the metallic material in the sintered body, it is ensured that the sintered body has sufficient electric conductivity required because the electrode of the cathode-anode-electrolyte unit facing the sintered body is electrically contacted via the sintered body to be conductive during the electrochemical Reaction in the fuel cell unit to provide the necessary charge compensation.

Der Sinterkörper des Substrats kann nach seiner Herstellung in ein Gehäuse der Brennstoffzelleneinheit eingebracht und anschließend mit dem Gehäuse, beispielsweise durch Einschweißen oder Einlöten, verbunden werden.After its manufacture, the sintered body of the substrate can be introduced into a housing of the fuel cell unit and subsequently connected to the housing, for example by welding or soldering.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist jedoch vorgesehen, daß die Brennstoffzelleneinheit ein Gehäuse umfaßt, welches mindestens ein Gehäuseteil umfaßt, das durch Ansintern mit dem Sinterkörper des Substrats verbunden ist.In a preferred embodiment of the fuel cell unit according to the invention, however, it is provided that the fuel cell unit comprises a housing which comprises at least one housing part which is connected by sintering with the sintered body of the substrate.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Gehäuseteil während der Bildung des Sinterkörpers aus einem Sinterkörper-Vormaterial mit dem Sinterkörper verbunden worden ist.It is preferably provided that the housing part has been connected to the sintered body during the formation of the sintered body from a sintered body starting material.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der Sinterkörper in situ, das heißt, an der Stelle des Gehäuses der Brennstoffzelleneinheit, wo er während des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist, gesintert, so daß die sonst erforderlichen Arbeitsschritte des Einbringens des Sinterkörpers in das Gehäuseteil und des Verbindens von Sinterkörper und Gehäuseteil entfallen.In this embodiment of the invention, the sintered body is sintered in situ, that is, at the location of the housing of the fuel cell unit where it is disposed during operation of the fuel cell unit, so that the otherwise required operations of introducing the sintered body in the housing part and the connecting omitted sintered body and housing part.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ist vorgesehen, daß das Gehäuseteil an eine der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit abgewandte Oberfläche des Sinterkörpers angesintert ist.In a preferred embodiment of the fuel cell unit according to the invention it is provided that the housing part is sintered to a surface of the sintered body remote from the cathode-anode-electrolyte unit.

Um einen ausreichenden elektrischen Kontakt zu der jeweils benachbarten Brennstoffzelleneinheit in einem Brennstoffzellenstapel herzustellen, kann vorgesehen sein, daß das Gehäuseteil mit mindestens einem Kontaktelement zum Kontaktieren der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit versehen ist.In order to produce a sufficient electrical contact with the respectively adjacent fuel cell unit in a fuel cell stack, it can be provided that the housing part is provided with at least one contact element for contacting the cathode-anode-electrolyte unit of an adjacent fuel cell unit.

Um den Sinterkörper in einfacher und sicherer Weise in dem Gehäuse der Brennstoffzelleneinheit anordnen zu können, kann vorgesehen sein, daß das Gehäuseteil eine Wanne zur Aufnahme des Sinterkörpers bildet.In order to arrange the sintered body in a simple and safe manner in the housing of the fuel cell unit, it can be provided that the housing part forms a trough for receiving the sintered body.

Das Gehäuseteil der Brennstoffzelleneinheit ist in besonders einfacher und zeitsparender Weise herstellbar, wenn das Gehäuseteil als ein Blechformteil ausgebildet ist.The housing part of the fuel cell unit can be produced in a particularly simple and time-saving manner if the housing part is designed as a sheet metal shaped part.

Insbesondere kann das Gehäuseteil aus einem Stahlblech gebildet sein, aus welchem eine Gehäuseteil-Vorform, beispielsweise durch Ausstanzen oder Ausschneiden, herausgetrennt wird, welche anschließend durch Umform- und/oder Prägevorgänge in die endgültige Form des Gehäuseteils gebracht wird.In particular, the housing part may be formed from a steel sheet, from which a housing part preform, for example by punching or cutting, is separated out, which is then brought by forming and / or embossing operations in the final shape of the housing part.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelleneinheit, die eine Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit und ein Substrat, auf dem die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit angeordnet ist, umfasst, zu schaffen, welches einfach und rasch durchzuführen ist.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell unit comprising a cathode-anode-electrolyte unit and a substrate on which the cathode-anode-electrolyte unit is disposed be carried out quickly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 42 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 42.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Gehäuseteil einer Brennstoffzelleneinheit mit Brenngasdurchgangsöffnungen, einer Abgasdurchgangsöffnung, Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen und Kontaktelementen; 1 a schematic plan view of a housing part of a fuel cell unit with fuel gas passage openings, an exhaust gas passage opening, oxidant through-holes and contact elements;

2 einen schematischen Schnitt durch eine Brennstoffzelleneinheit mit dem Gehäuseteil aus 1 und einem darin aufgenommenen Substrat für eine Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit, längs der Linie 2-2 in 1; 2 a schematic section through a fuel cell unit with the housing part 1 and a substrate for a cathode-anode-electrolyte unit accommodated therein taken along the line 2-2 in FIG 1 ;

3 einen der 2 entsprechenden schematischen Schnitt durch mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinandergestapelte Brennstoffzelleneinheiten; 3 one of the 2 corresponding schematic section through a plurality along a stacking direction stacked fuel cell units;

4 einen schematischen Schnitt durch eine Brennstoffzelleneinheit mit dem Gehäuseteil aus 1 und einem darin aufgenommenen Substrat, längs der Linie 4-4 in 1; 4 a schematic section through a fuel cell unit with the housing part 1 and a substrate received therein along the line 4-4 in FIG 1 ;

5 einen der 4 entsprechenden schematischen Schnitt durch mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinandergestapelte Brennstoffzelleneinheiten; 5 one of the 4 corresponding schematic section through a plurality along a stacking direction stacked fuel cell units;

6 einen schematischen Schnitt durch eine Brennstoffzelleneinheit mit dem Gehäuseteil aus 1 und einem darin aufgenommenen Substrat, längs der Linie 6-6 in 1; 6 a schematic section through a fuel cell unit with the housing part 1 and a substrate received therein along the line 6-6 in FIG 1 ;

7 einen der 6 entsprechenden schematischen Schnitt durch mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinandergestapelte Brennstoffzelleneinheiten; 7 one of the 6 corresponding schematic section through a plurality along a stacking direction stacked fuel cell units;

8 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 6; 8th an enlarged view of the area I from 6 ;

9 einen schematischen Schnitt durch eine Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit an der Oberseite des Substrats der Brennstoffzelleneinheit aus den 1 bis 8; 9 a schematic section through a cathode-anode-electrolyte unit at the top of the substrate of the fuel cell unit from the 1 to 8th ;

10 einen der rechten Seite der 2 entsprechenden schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit, deren Gehäuseteil horizontal ausgerichtete Randflansche aufweist; 10 one of the right side of the 2 corresponding schematic section through a second embodiment of a fuel cell unit whose housing part has horizontally oriented edge flanges;

11 einen der rechten Seite der 4 entsprechenden schematischen Schnitt durch die zweite Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit, deren Gehäuseteil horizontal ausgerichtete Randflansche aufweist; 11 one of the right side of the 4 corresponding schematic section through the second embodiment of a fuel cell unit, the housing part has horizontally oriented edge flanges;

12 einen der 6 entsprechenden schematischen Schnitt durch die zweite Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit, deren Gehäuseteil horizontal ausgerichtete Randflansche aufweist; 12 one of the 6 corresponding schematic section through the second embodiment of a fuel cell unit, the housing part has horizontally oriented edge flanges;

13 eine schematische Draufsicht auf ein Gehäuseteil einer dritten Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit, welches Brenngasdurchgangsöffnungen, eine Abgasdurchgangsöffnung, Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen und Kontaktelemente aufweist; 13 a schematic plan view of a housing part of a third embodiment of a fuel cell unit having fuel gas passage openings, an exhaust gas passage opening, oxidant through holes and contact elements;

14 einen schematischen Schnitt durch die dritte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit mit dem Gehäuseteil aus 13 und einem darin aufgenommenen Substrat für die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit, längs der Linie 14-14 in 13; 14 a schematic section through the third embodiment of a fuel cell unit with the housing part 13 and a substrate for the cathode-anode-electrolyte unit received therein, taken along the line 14-14 in FIG 13 ;

15 einen der 14 entsprechenden schematischen Schnitt durch mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinandergestapelte Brennstoffzelleneinheiten; 15 one of the 14 corresponding schematic section through a plurality along a stacking direction stacked fuel cell units;

16 einen schematischen Schnitt durch die dritte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit mit dem Gehäuseteil aus 13 und einem darin aufgenommenen Substrat, längs der Linie 16-16 in 13; 16 a schematic section through the third embodiment of a fuel cell unit with the housing part 13 and a substrate received therein along the line 16-16 in FIG 13 ;

17 einen der 16 entsprechenden Schnitt durch mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinandergestapelte Brennstoffzelleneinheiten; 17 one of the 16 corresponding section through a plurality along a stacking direction stacked fuel cell units;

18 einen schematischen Schnitt durch die dritte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit mit dem Gehäuseteil aus 13 und einem darin aufgenommenen Substrat, längs der Linie 18-18 in 13; 18 a schematic section through the third embodiment of a fuel cell unit with the housing part 13 and a substrate received therein along the line 18-18 in FIG 13 ;

19 einen der 18 entsprechenden schematischen Schnitt durch mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinandergestapelte Brennstoffzelleneinheiten; 19 one of the 18 corresponding schematic section through a plurality along a stacking direction stacked fuel cell units;

20 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus 18; 20 an enlarged view of the area II from 18 ;

21 einen der 16 entsprechenden schematischen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit mit dem Gehäuseteil aus 13 und mit die Brenngas- und Abgasdurchgangsöffnungen der Brennstoffzelleneinheit umgebenden ringförmigen Abstützelementen; 21 one of the 16 corresponding schematic section through a fourth embodiment of a fuel cell unit with the housing part 13 and annular support members surrounding the fuel gas and exhaust gas passages of the fuel cell unit;

22 eine schematische Draufsicht von oben auf das ringförmige Abstützelement aus 21; und 22 a schematic plan view from above on the annular support element 21 ; and

23 eine schematische Draufsicht auf eine Abstützelement-Vorform, aus welcher das in den 21 und 22 dargestellte Abstützelement durch Faltvorgänge gebildet wird. 23 a schematic plan view of a support element preform from which in the 21 and 22 shown supporting element is formed by folding operations.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference numerals in all figures.

Eine in den 1 bis 9 dargestellte erste Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Brennstoffzelleneinheit umfaßt ein Gehäuse 102, das aus dem in 1 dargestellten Gehäuseteil 104 gebildet ist.One in the 1 to 9 illustrated first embodiment of a whole as 100 designated fuel cell unit comprises a housing 102 that from the in 1 shown housing part 104 is formed.

Das Gehäuseteil 104 weist die Form einer im wesentlichen ebenen, im wesentlichen rechteckigen Platte auf, die in ihrer Mitte mit einem im wesentlichen rechteckigen Kontaktfeld 106 versehen ist, welches, wie am besten aus 6 zu ersehen ist, durch eine wellblechförmige Kontaktstruktur gebildet ist, deren nach unten weisende und sich in der Längsrichtung 108 des Kontaktfeldes erstreckende Kuppen jeweils ein Kontaktelement 110 des Kontaktfeldes 106 bilden.The housing part 104 has the shape of a substantially flat, substantially rectangular plate, which in its center with a substantially rectangular contact field 106 which is how best 6 can be seen, is formed by a corrugated contact structure, the downwardly facing and in the longitudinal direction 108 the contact field extending crests each have a contact element 110 of the contact field 106 form.

In einem links von dem Kontaktfeld 106 angeordneten ersten Endbereich 112 des Gehäuseteils 104 sind zwei im wesentlichen kreisförmige Brenngasdurchgangsöffnungen 114 und eine zwischen den beiden Brenngasdurchgangsöffnungen 114 liegende Oxidationsmitteldurchgangsöffnung 116 angeordnet.In a left of the contact field 106 arranged first end portion 112 of the housing part 104 are two substantially circular fuel gas passage openings 114 and one between the two fuel gas passage openings 114 lying oxidant passage opening 116 arranged.

Die Zahl der Brenngasdurchgangsöffnungen 114 und der Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen in dem Endbereich 112 kann auch jeden beliebigen anderen Wert annehmen.The number of fuel gas passage openings 114 and the oxidant passage holes in the end portion 112 can also take any other value.

Vorzugsweise folgen in der Querrichtung 118 des Gehäuseteils 104 jeweils eine Brenngasdurchgangsöffnung 114 und eine Oxidationsmitteldurchgangsöffnung 116 abwechselnd aufeinander.Preferably follow in the transverse direction 118 of the housing part 104 each a fuel gas passage opening 114 and an oxidant passage opening 116 alternately on each other.

In dem rechts von dem Kontaktfeld 106 liegenden rechten Endbereich 120 des Gehäuseteils 104 sind zwei im wesentlichen kreisförmige Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 122 und eine zwischen den beiden Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 122 liegende, ebenfalls im wesentlichen kreisförmige Abgasdurchgangsöffnung 124 angeordnet.In the right of the contact field 106 lying right end 120 of the housing part 104 are two substantially circular oxidant ports 122 and one between the two oxidant passageways 122 lying, also substantially circular exhaust passage opening 124 arranged.

Die Anzahl der Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 122 und der Abgasdurchgangsöffnungen 124 in dem rechten Endbereich 120 des Gehäuseteils 104 kann auch jeden anderen Wert annehmen.The number of oxidant ports 122 and the exhaust passage openings 124 in the right end area 120 of the housing part 104 can also accept any other value.

Vorzugsweise folgen in der Querrichtung 118 des Gehäuseteils 104 abwechselnd jeweils eine Oxidationsmitteldurchgangsöffnung 122 und eine Abgasdurchgangsöffnung 124 aufeinander.Preferably follow in the transverse direction 118 of the housing part 104 alternately one oxidant through-opening 122 and an exhaust passage opening 124 each other.

Wie am besten aus 2 zu ersehen ist, sind die Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 116, 122 mit jeweils einer umgebogenen und im wesentlichen parallel zu einer zu den Hauptflächen des Gehäuseteils 104 senkrechten Stapelrichtung 126 ausgerichteten vertikalen, die jeweilige Oxidationsmitteldurchgangsöffnung 116, 122 ringförmig umschließenden Ringwand 128 umgeben.How best 2 As can be seen, the oxidant ports are 116 . 122 each with a bent and substantially parallel to one of the main surfaces of the housing part 104 vertical stacking direction 126 aligned vertical, the respective oxidant passage opening 116 . 122 ring-shaped enclosing ring wall 128 surround.

Ferner ist das Gehäuseteil 104 mit einer ebenfalls parallel zur Stapelrichtung 126 umgebogenen, längs des äußeren Randes des Gehäuseteils 104 ringförmig umlaufenden Randwand 130 versehen.Furthermore, the housing part 104 with a likewise parallel to the stacking direction 126 bent over, along the outer edge of the housing part 104 ring-shaped peripheral edge wall 130 Mistake.

An seiner Unterseite ist das Gehäuseteil 104 mit einer im wesentlichen parallel zur Randwand 130 umlaufenden, ringförmig geschlossenen Randdichtung 132 versehen.On its underside is the housing part 104 with a substantially parallel to the edge wall 130 circumferential, annularly closed edge seal 132 Mistake.

Die Randdichtung 132 ist aus einem im wesentlichen gasundurchlässigen Material gebildet.The edge seal 132 is formed of a substantially gas impermeable material.

Die Randdichtung 132 kann elektrisch isolierend sein, muß es aber nicht.The edge seal 132 can be electrically insulating, but it does not have to be.

Die Randdichtung 132 kann beispielsweise eine Flachdichtung aus Glimmer oder eine gasdichte Beschichtung, die als Paste im Siebdruckverfahren oder mittels Walzenbeschichtung auf die Unterseite des Gehäuseteils 104 aufgebracht worden ist, umfassen.The edge seal 132 For example, a flat gasket made of mica or a gas-tight coating, which can be applied as a paste by screen printing or by roller coating on the underside of the housing part 104 has been applied.

Ferner ist das Gehäuseteil 104 an seiner Unterseite im Bereich der Abgasdurchgangsöffnung 124 (siehe 4) und im Bereich der Brenngasdurchgangsöffnungen 114 mit jeweils einer Gaskanaldichtung 134 versehen, welche die jeweilige Abgasdurchgangsöffnung 124 bzw. Brenngasdurchgangsöffnung 114 ringförmig umgibt.Furthermore, the housing part 104 on its underside in the region of the exhaust gas passage opening 124 (please refer 4 ) and in the area of the fuel gas passage openings 114 each with a gas channel seal 134 provided, which the respective exhaust gas passage opening 124 or fuel gas passage opening 114 surrounds annularly.

Die Gaskanaldichtung 134 ist aus einem im wesentlichen gasundurchlässigen Material ausgebildet.The gas can seal 134 is formed of a substantially gas impermeable material.

Die Gaskanaldichtung 134 kann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, muß es aber nicht.The gas can seal 134 may consist of an electrically insulating material, but it does not have to.

Als Material für die Gaskanaldichtung 134 kommen dieselben Materialien wie für die bereits vorstehend beschriebene Randdichtung 132 des Gehäuseteils 104 in Frage.As material for the gas channel sealing 134 come the same materials as for the edge seal already described above 132 of the housing part 104 in question.

Die Oberseite des Gehäuseteils 104 mit den Ringwänden 128 und der umlaufenden Randwand 130 bildet eine Wanne, in welcher ein als Ganzes mit 136 bezeichnetes Substrat für die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit 138 (im folgenden: KAE-Einheit) der Brennstoffzelleneinheit, welche im einzelnen in 9 dargestellt ist, angeordnet ist.The top of the housing part 104 with the ring walls 128 and the peripheral edge wall 130 forms a tub, in which one as a whole with 136 designated substrate for the cathode-anode-electrolyte unit 138 (in the following: KAE unit) of the fuel cell unit, which in detail in 9 is shown, is arranged.

Wie aus 9 zu ersehen ist, umfasst die KAE-Einheit 138 eine direkt auf dem Substrat angeordnete plattenförmige Anode 140 aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material, beispielsweise Ni-ZrO2-Cermet (Keramik-Metall-Gemisch), welches porös ist, um dem durch das Substrat 136 gelangten Brenngas den Durchtritt durch die Anode 140 angrenzenden, im wesentlichen plattenförmigen Elektrolyten 142 zu ermöglichen.How out 9 can be seen, includes the KAE unit 138 a directly on the substrate arranged plate-shaped anode 140 of an electrically conductive ceramic material, for example Ni-ZrO 2 cermet (ceramic-metal mixture), which is porous to which through the substrate 136 fuel gas passed through the anode 140 adjacent, substantially plate-shaped electrolyte 142 to enable.

Als Brenngas kann beispielsweise ein kohlenwasserstoffhaltiges Gasgemisch oder reiner Wasserstoff verwendet werden.As fuel gas, for example, a hydrocarbon-containing gas mixture or pure hydrogen can be used.

Der Elektrolyt 142 ist vorzugsweise als Feststoffelektrolyt ausgebildet und beispielsweise aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumdioxid gebildet.The electrolyte 142 is preferably formed as a solid electrolyte and formed for example of yttrium-stabilized zirconia.

Auf der der Anode 140 gegenüberliegenden Seite des Elektrolyten 142 grenzt an denselben eine plattenförmige Kathode 144 an, die aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material, beispielsweise aus LaMnO3, gebildet ist und eine poröse Beschaffenheit aufweist, um einem Oxidationsmittel, beispielsweise Luft oder reinem Sauerstoff, aus einem an die Kathode 144 angrenzenden Oxidationsmittelraum 146 den Durchtritt zu dem Elektrolyten 142 zu ermöglichen.On the anode 140 opposite side of the electrolyte 142 adjacent to the same a plate-shaped cathode 144 which is formed of an electrically conductive ceramic material such as LaMnO 3 and has a porous nature, to an oxidizing agent, such as air or pure oxygen, from a to the cathode 144 adjacent oxidant space 146 the passage to the electrolyte 142 to enable.

Der Elektrolyt 142 ist im wesentlichen gasdicht, so daß kein Oxidationsmittel aus dem Oxidationsmittelraum 146 durch den Elektrolyten 142 in das Substrat 136 und kein Brenngas aus dem Substrat 136 durch den Elektrolyten 142 in den Oxidationsmittelraum 146 gelangen kann.The electrolyte 142 is substantially gas-tight, so that no oxidant from the oxidant space 146 through the electrolyte 142 in the substrate 136 and no fuel gas from the substrate 136 through the electrolyte 142 into the oxidant room 146 can get.

Ferner wirkt der Elektrolyt 142 elektrisch isolierend.Furthermore, the electrolyte acts 142 electrically insulating.

Die KAE-Einheit 138 erstreckt sich über die gesamte Oberseite des Substrats 136 und die Oberseiten der Randwand 130 sowie der Ringwände 128 des Gehäuseteils 104, so daß der Elektrolyt 142 das in dem Gehäuseteil 104 aufgenommene Substrat 136 gasdicht von dem über der KAE-Einheit 138 liegenden Oxidationsmittelraum 146 trennt.The KAE unit 138 extends over the entire top of the substrate 136 and the tops of the edge wall 130 as well as the ring walls 128 of the housing part 104 so that the electrolyte 142 that in the housing part 104 absorbed substrate 136 gastight from that above the KAE unit 138 lying oxidant space 146 separates.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, daß sich nur der Elektrolyt 142 über die gesamte Oberseite des Substrats 136 erstreckt und daß sich die Anode 140 und/oder die Kathode 144 lediglich über den dem Kontaktfeld 106 des Gehäuseteils 104 entsprechenden Bereich der Oberseite des Substrats 136 erstrecken, da die Anode 140 und die Kathode 144 nur für die Durchführung der elektrochemischen Reaktionen in der Brennstoffzelleneinheit 100, nicht aber als Gasabdichtung und elektrische Isolation benötigt werden.Alternatively, it can also be provided that only the electrolyte 142 over the entire top of the substrate 136 extends and that the anode 140 and / or the cathode 144 just over the contact field 106 of the housing part 104 corresponding area of the top of the substrate 136 extend as the anode 140 and the cathode 144 only for carrying out the electrochemical reactions in the fuel cell unit 100 but not needed as a gas seal and electrical insulation.

Das Substrat 136 hat zwei Hauptaufgaben: Zum einen muß es eine geschlossene, möglichst glatte und ebene Deckschicht bereitstellen, auf welcher die KAE-Einheit 138, beispielsweise durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren, erzeugt werden kann. Zum anderen muß das Substrat 136 eine ausreichende poröse Beschaffenheit aufweisen, um dem Brenngas den Zutritt zu der Anode 140 zu ermöglichen.The substrate 136 It has two main tasks: First, it must provide a closed, smooth as possible and even top layer on which the KAE unit 138 For example, by a vacuum plasma spraying method, can be generated. On the other hand, the substrate must 136 have a sufficient porous nature to the fuel gas to access the anode 140 to enable.

Um diese beiden Funktionen jeweils möglichst optimal erfüllen zu können, ist das Substrat 136 als ein Sinterkörper 148 mit einem Aufbau aus mindestens zwei Schichten gebildet, der am besten aus der schematischen Darstellung der 8 zu ersehen ist. Der Sinterkörper 148 umfasst eine obere, der KAE-Einheit 138 (die in 8 aufgrund ihrer geringen Dicke nicht zu erkennen ist) zugewandte Deckschicht 150 mit einer geringeren mittleren Korngröße und eine sich auf der der KAE-Einheit 138 abgewandten Unterseite der Deckschicht 150 an dieselbe anschließende Trägerschicht 152, die eine größere mittlere Korngröße aufweist als die Deckschicht 150.In order to fulfill these two functions as optimally as possible, is the substrate 136 as a sintered body 148 formed with a construction of at least two layers, the best from the schematic representation of 8th can be seen. The sintered body 148 includes an upper, the KAE unit 138 (in the 8th due to their small thickness is not visible) facing cover layer 150 with a smaller average grain size and one on the KAE unit 138 opposite underside of the cover layer 150 to the same subsequent carrier layer 152 having a larger average grain size than the cover layer 150 ,

Die Deckschicht 150 und die Trägerschicht 152 sind beide aus einem metallhaltigen Pulver gebildet, wobei die chemische Zusammensetzung des Pulvers für die Deckschicht 150 dieselbe wie die des Pulvers für die Trägerschicht 152 oder von der Zusammensetzung des Pulvers für die Trägerschicht 152 verschieden sein kann.The cover layer 150 and the carrier layer 152 are both formed from a metal-containing powder, the chemical composition of the Powder for the topcoat 150 the same as the powder for the carrier layer 152 or the composition of the powder for the carrier layer 152 can be different.

Insbesondere können die Deckschicht 150 und die Trägerschicht 152 beide aus einem FeCrAlY-Pulver gebildet sein, welches unter der Bezeichnung FE-151 von der Firma PRAXAIR in Indianapolis, Illinois, USA, vertrieben wird. Die ungefähre Zusammensetzung dieses FeCrAlY-Pulvers ist die folgende: 30 Gewichts-% Cr, 5 Gewichts-% Al, 0,5 Gewichts-% Y, Rest Fe.In particular, the cover layer 150 and the carrier layer 152 both are formed from a FeCrAlY powder sold under the designation FE-151 by the company PRAXAIR in Indianapolis, Illinois, USA. The approximate composition of this FeCrAlY powder is as follows: 30% by weight Cr, 5% by weight Al, 0.5% by weight Y, balance Fe.

Die mittlere Korngröße in der Deckschicht 150 beträgt vorzugsweise ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm.The mean grain size in the topcoat 150 is preferably about 20 μm to about 50 μm.

Die mittlere Korngröße in der Trägerschicht 152 beträgt vorzugsweise ungefähr 160 μm bis ungefähr 250 μm.The mean grain size in the carrier layer 152 is preferably about 160 μm to about 250 μm.

Die Dicke der Deckschicht beträgt vorzugsweise ungefähr 30 μm bis ungefähr 300 μm.The thickness of the cover layer is preferably about 30 μm to about 300 μm.

Die Dicke der Trägerschicht 152 beträgt vorzugsweise ungefähr 150 μm bis ungefähr 1500 μm.The thickness of the carrier layer 152 is preferably about 150 μm to about 1500 μm.

Die Gesamtdicke des Sinterkörpers 148 (senkrecht zu den Hauptflächen der KAE-Einheit 138 gemessen) beträgt vorzugsweise ungefähr 180 μm bis ungefähr 1800 μm.The total thickness of the sintered body 148 (perpendicular to the main surfaces of the KAE unit 138 measured) is preferably about 180 μm to about 1800 μm.

Wie am besten aus den Darstellungen der 2 bis 5 zu ersehen ist, bildet der Sinterkörper 148 eine einstückig ausgebildete Einheit, welche sich um die Fluiddurchgangsöffnungen der Brennstoffzelleneinheit 100, d. h. um die Brenngasdurchgangsöffnungen 114, die Abgasdurchgangsöffnung 124 und die Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 116, 122 herum erstreckt und die von dem Gehäuseteil 104 gebildete Wanne in wesentlichen vollständig ausfüllt.As best of the representations of 2 to 5 can be seen forms the sintered body 148 an integrally formed unit, which surrounds the fluid passage openings of the fuel cell unit 100 ie, around the fuel gas passage openings 114 , the exhaust passage opening 124 and the oxidant passages 116 . 122 extends around and that of the housing part 104 essentially completes the formed pan.

Im Bereich der Brenngasdurchgangsöffnungen 114, der Abgasdurchgangsöffnung 124 und der Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 116, 122 weist der Sinterkörper 148 jeweils eine Brenngasdurchtrittsöffnung, Abgasdurchtrittsöffnung bzw. Oxidationsmitteldurchtrittsöffnung auf, welche sich im wesentlichen senkrecht zu dessen Hauptflächen durch den Sinterkörper 148 hindurch erstreckt.In the area of the fuel gas passage openings 114 , the exhaust passage opening 124 and the oxidant passages 116 . 122 has the sintered body 148 in each case a fuel gas passage opening, exhaust gas passage opening or oxidant passage opening, which is substantially perpendicular to its main surfaces through the sintered body 148 extends through.

Ebenso weist die KAE-Einheit 138 im Bereich der Brenngasdurchgangsöffnungen 114, der Abgasdurchgangsöffnung 124 und der Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 116, 122 jeweils eine Brenngasdurchtrittsöffnung, Abgasdurchtrittsöffnung bzw. Oxidationsmitteldurchtrittsöffnung auf, welche sich im wesentlichen senkrecht zu deren Hauptflächen durch die KAE-Einheit hindurch erstreckt.Likewise, the KAE unit points 138 in the area of the fuel gas passage openings 114 , the exhaust passage opening 124 and the oxidant passages 116 . 122 in each case one fuel gas passage opening, exhaust gas passage opening or oxidant passage opening, which extends through the KAE unit essentially perpendicular to its main surfaces.

Wie aus den 2 und 3 zu ersehen ist, ist der seitliche Rand 154 des Sinterkörpers 148 im Bereich der Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 116, 122 durch die Ringwände 128 des Gehäuseteils 104 von den Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 116, 122 getrennt, so daß kein Oxidationsmittel durch den seitlichen Rand 154 in das Substrat 136 gelangen kann.Like from the 2 and 3 can be seen, is the side edge 154 of the sintered body 148 in the area of the oxidant through openings 116 . 122 through the ring walls 128 of the housing part 104 from the oxidant passages 116 . 122 separated, so that no oxidizing agent through the lateral edge 154 in the substrate 136 can get.

Wie aus den 4 und 5 zu ersehen ist, ist der seitliche Rand 154 des Sinterkörpers 148 im Bereich der Abgasdurchgangsöffnung 124 und der Brenngasdurchgangsöffnungen 114 jedoch zu der Abgasdurchgangsöffnung 124 bzw. zu den Brenngasdurchgangsöffnungen 114 hin offen und bildet eine seitliche Begrenzung dieser Durchgangsöffnungen, so dass Brenngas aus den Brenngasdurchgangsöffnungen 114 durch den seitlichen Rand 154 in das Substrat 136 gelangen kann bzw. Abgas aus dem Substrat 136 durch den seitlichen Rand 154 in die Abgasdurchgangsöffnung 124 gelangen kann.Like from the 4 and 5 can be seen, is the side edge 154 of the sintered body 148 in the area of the exhaust gas passage opening 124 and the fuel gas passage openings 114 however, to the exhaust passage opening 124 or to the fuel gas passage openings 114 open and forms a lateral boundary of these passage openings, so that fuel gas from the fuel gas passage openings 114 through the side edge 154 in the substrate 136 can pass or exhaust gas from the substrate 136 through the side edge 154 in the exhaust passage opening 124 can get.

Die vorstehend beschriebene Brennstoffzelleneinheit 100 wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird das Gehäuseteil 104 hergestellt, indem aus einem geeignetem metallischen Flachmaterial, beispielsweise aus einem Stahlblech, eine Gehäuseteil-Vorform, beispielsweise durch Ausstanzen und/oder Ausschneiden, herausgetrennt wird, deren Außenkonturen den Außenkonturen des Gehäuseteils 104 entsprechen. Anschließend wird aus der Gehäuseteil-Vorform durch geeignete Umformvorgänge, insbesondere Umbiege- und Prägevorgänge, das Gehäuseteil 104 mit der vorstehend beschriebenen Gestalt erzeugt.
The fuel cell unit described above 100 is made as follows:
First, the housing part 104 made by a housing part preform, for example by punching and / or cutting, is separated from a suitable metallic sheet, for example from a steel sheet, whose outer contours the outer contours of the housing part 104 correspond. Subsequently, from the housing part preform by suitable forming operations, in particular Umbiege- and embossing operations, the housing part 104 produced with the shape described above.

Anschließend wird die von der Oberseite des Gehäuseteils 104, von den Ringwänden 128 und der Randwand 130 gebildete Wanne mit einem Sinterkörper-Vormaterial befüllt.Subsequently, the from the top of the housing part 104 , from the ring walls 128 and the border wall 130 formed tub filled with a sintered body material.

Das Sinterkörper-Vormaterial umfaßt ein erstes Sinterkörper-Vormaterial mit einer größeren mittleren Korngröße, welches zur Bildung der Trägerschicht 152 vorgesehen ist. Dieses erste Sinterkörper-Vormaterial wird als erstes, in der gewünschten Schichtdicke, in die Wanne eingefüllt. Dieses erste Sinterkörper-Vormaterial kann insbesondere ein Metallpulver, beispielsweise das vorstehend erwähnte FeCrAlY-Metallpulver, in einem Anteil von beispielsweise ungefähr 200 Gewichtsteilen und ein Bindemittel in einem geeigneten Lösemittel, beispielsweise ein in einem Ester gelöstes Acrylatpolymer, in einem Gewichtsanteil von beispielsweise ungefähr 50 Gewichtsteilen umfassen. Insbesondere kann eine 20%ige Lösung eines Acrylatharzes, beispielsweise Methacrylat, in Butoxyl verwendet werden. Anstelle des Acrylatharzes kann auch ein Acrylatkautschuk verwendet werden.The sintered body precursor comprises a first sintered body precursor having a larger average grain size, which is used to form the carrier layer 152 is provided. This first sintered body precursor is first filled into the trough in the desired layer thickness. In particular, this first sintered body precursor may be a metal powder, for example, the above-mentioned FeCrAlY metal powder in a proportion of, for example, about 200 parts by weight and a binder in a suitable solvent, for example, an acrylate polymer dissolved in an ester, in a weight ratio of, for example, about 50 parts by weight include. In particular, a 20% solution of an acrylate resin, for example methacrylate, in butoxyl can be used. Instead of the acrylate resin, an acrylate rubber may also be used.

Die mittlere Korngröße des für das erste Sinterkörper-Vormaterial verwendeten Metallpulvers beträgt vorzugsweise ungefähr 160 μm bis ungefähr 250 μm. Durch Sieben mit Siebelementen, die Durchgangsöffnungen in entsprechender Größe aufweisen, werden vor der Herstellung des Sinterkörper-Vormaterials aus dem verwendeten Metallpulver die Partikel mit einer Größe unterhalb von 160 μm und oberhalb von 250 μm im wesentlichen vollständig entfernt. The mean grain size of the metal powder used for the first sintered body precursor is preferably about 160 μm to about 250 μm. By sieving with sieve elements having through holes of appropriate size, the particles having a size below 160 microns and above 250 microns are substantially completely removed before the production of the sintered body starting material from the metal powder used.

Das gesiebte Metallpulver wird anschließend mit dem Lösemittel und dem Bindemittel zu einer Dispersion verarbeitet, und die Dispersion wird als erstes Sinterkörper-Vormaterial, beispielsweise durch Rakeln, Spritzen oder Gießen, in das Gehäuseteil 104 eingebracht.The sieved metal powder is then processed into a dispersion with the solvent and the binder, and the dispersion is introduced into the housing part as a first sintered body starting material, for example by knife coating, spraying or pouring 104 brought in.

Anschließend wird auf das erste Sinterkörper-Vormaterial das zweite Sinterkörper-Vormaterial in der gewünschten Schichtdicke aufgebracht.Subsequently, the second sintered body precursor material is applied to the first sintered body precursor in the desired layer thickness.

Das zweite Sinterkörper-Vormaterial umfaßt ebenso wie das erste Sinterkörper-Vormaterial ein Metallpulver, das mit einem Lösemittel und einem Bindemittel zu einer Dispersion verarbeitet worden ist.The second sintered body precursor, like the first sintered body precursor, comprises a metal powder which has been made into a dispersion with a solvent and a binder.

Als Metallpulver kann ein Metallpulver mit derselben chemischen Zusammensetzung wie das für das erste Sinterkörper-Vormaterial verwendete Metallpulver, jedoch mit einer anderen Korngrößenverteilung, verwendet werden.As the metal powder, a metal powder having the same chemical composition as the metal powder used for the first sintered body precursor but having a different grain size distribution may be used.

Insbesondere kann das vorstehend genannte FeCrAlY-Metallpulver mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm verwendet werden.In particular, the above-mentioned FeCrAlY metal powder having an average grain size of about 20 μm to about 50 μm can be used.

Diese mittlere Korngröße wird durch Sieben des Metallpulvers eingestellt. Ferner werden Partikel mit einer Größe unterhalb von ungefähr 20 μm oder einer Größe oberhalb von 50 μm im wesentlichen durch das Sieben aus dem Metallpulver entfernt.This mean grain size is adjusted by sieving the metal powder. Further, particles having a size below about 20 microns or a size above 50 microns are substantially removed by sieving from the metal powder.

Als Lösemittel und Bindemittel für das zweite Sinterkörper-Vormaterial kann ebenso wie bei dem ersten Sinterkörper-Vormaterial eine 20%ige Lösung eines Acrylatpolymers in einem Ester, beispielsweise eines Acrylatharzes (wie z. B. Methacrylat) in Butoxyl, verwendet werden. Anstelle des Acrylatharzes kann auch ein Acrylatkautschuk verwendet werden.As the solvent and binder for the second sintered body precursor, as with the first sintered body precursor, a 20% solution of an acrylate polymer in an ester, for example, an acrylate resin (such as methacrylate) in butoxyl may be used. Instead of the acrylate resin, an acrylate rubber may also be used.

Beispielsweise 200 Gewichtsteile des Metallpulvers werden mit beispielsweise 50 Gewichtsteilen des in dem Lösemittel gelösten Bindemittels zu einer Dispersion verarbeitet, welche anschließend in geeigneter Weise, beispielsweise durch Rakeln, Spritzen oder Gießen, auf das bereits eingebrachte erste Sinterkörper-Vormaterial in dem Gehäuseteil 104 aufgebracht wird.For example, 200 parts by weight of the metal powder are processed with, for example, 50 parts by weight of the binder dissolved in the solvent to a dispersion, which then in a suitable manner, for example by knife coating, spraying or casting, on the already introduced first sintered body starting material in the housing part 104 is applied.

Nach dem Einbringen der Sinterkörper-Vormaterialien wird das Lösemittel aus den Sinterkörper-Vormaterialien durch einen Trocknungsvorgang entfernt.After incorporation of the sintered body materials, the solvent is removed from the sintered body materials by a drying process.

Der Trocknungsvorgang kann beispielsweise eine Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 80° Celsius bis ungefähr 140° Celsius während eines Zeitraums von beispielsweise ungefähr 20 Minuten bis ungefähr 60 Minuten umfassen.The drying process may include, for example, heating to a temperature in the range of about 80 ° Celsius to about 140 ° Celsius for a period of, for example, about 20 minutes to about 60 minutes.

Nach dem Trocknungsvorgang wird der Sinterkörper 148 aus den Sinterkörper-Vormaterialien durch einen Sintervorgang gebildet.After the drying process, the sintered body becomes 148 formed from the sintered body materials by a sintering process.

Der Sintervorgang kann insbesondere ein Aufheizen des Gehäuseteils 104 mit den darin enthaltenen Sinterkörper-Vormaterialien auf eine Temperatur von ungefähr 1150° Celsius während eines Aufheizzeitraums von beispielsweise ungefähr 5 Stunden, ein anschließendes Halten der Endtemperatur von ungefähr 1150° Celsius über einen Zeitraum von beispielsweise ungefähr 3 Stunden und ein anschließendes Abkühlen auf Umgebungstemperatur umfassen.The sintering process can in particular be a heating of the housing part 104 with the sintered body materials contained therein at a temperature of about 1150 ° Celsius during a heating period of, for example, about 5 hours, then maintaining the final temperature of about 1150 ° Celsius over a period of, for example, about 3 hours followed by cooling to ambient temperature.

Dieser Sintervorgang erfolgt vorzugsweise in einer Inertgas-Atmosphäre, beispielsweise in einer Stickstoff- und/oder Edelgas-Atmosphäre.This sintering process is preferably carried out in an inert gas atmosphere, for example in a nitrogen and / or noble gas atmosphere.

Ferner wird das Sinterkörper-Vormaterial während des Sintervorgangs vorzugsweise mit einer Preßkraft, die mittels eines geeigneten Preßstempels erzeugt wird, beaufschlagt.Further, the sintered body precursor is preferably applied during the sintering operation with a pressing force which is generated by means of a suitable press ram.

In den Brenngasdurchgangsöffnungen 114 und der Abgasdurchgangsöffnung 124 der Brennstoffzelleneinheit 100 sind während des Befüllens des Gehäuseteils 104 mit den Sinterkörper-Vormaterialien und während des Sintervorgangs Formteile, die insbesondere aus einem Oxidkeramik-Material gebildet sein können, angeordnet, um ein Eindringen des Sinterkörper-Vormaterials in die betreffenden Durchgangsöffnungen zu verhindern.In the fuel gas passage openings 114 and the exhaust passage opening 124 the fuel cell unit 100 are during filling of the housing part 104 with the sintered body materials and during the sintering process, moldings, which may be formed in particular of an oxide ceramic material, arranged to prevent penetration of the sintered body Vormaterials in the respective through holes.

Auf die vorstehend beschriebene Weise wird der Sinterkörper 148 durch Sintern in situ, d. h. innerhalb des Gehäuseteils 104, in welchem der Sinterkörper 148 im Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 100 angeordnet ist, erzeugt.In the manner described above, the sintered body 148 by sintering in situ, ie within the housing part 104 , in which the sintered body 148 during operation of the fuel cell unit 100 is arranged generates.

Dabei wird das Gehäuseteil 104 während des Sintervorgangs mit seiner Oberseite sowie mit den Innenseiten der Ringwände 128 und der Randwand 130 an den Sinterkörper 148 angesintert und auf diese Weise stoffschlüssig mit dem Sinterkörper 148 verbunden.In this case, the housing part 104 during the sintering process with its upper side and with the inner sides of the ring walls 128 and the border wall 130 to the sintered body 148 sintered and in this way cohesively with the sintered body 148 connected.

Nachträgliche Verbindungsvorgänge, beispielsweise ein Verschweißen oder Verlöten des Gehäuseteils 104 mit dem Sinterkörper 148, können daher entfallen. Subsequent connection processes, for example a welding or soldering of the housing part 104 with the sintered body 148 , can therefore be omitted.

Nach der Herstellung des Sinterkörpers 148 wird das Gehäuseteil 104 an seiner Unterseite mit den Gaskanaldichtungen 134 und der Randdichtung 132 versehen.After the production of the sintered body 148 becomes the housing part 104 at its bottom with the gas duct seals 134 and the edge seal 132 Mistake.

Dann wird an der Oberseite des Sinterkörpers 148 die KAE-Einheit 138 in geeigneter Weise, beispielsweise durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren, erzeugt.Then it is at the top of the sintered body 148 the KAE unit 138 in a suitable manner, for example by a vacuum plasma spraying process.

Damit ist die Herstellung der Brennstoffzelleneinheit 100 abgeschlossen.This is the production of the fuel cell unit 100 completed.

Zur Bildung eines funktionsfähigen Brennstoffzellenstapels werden mehrere der Brennstoffzelleneinheiten 100 längs der Stapelrichtung 126 aufeinandergestapelt und mittels einer geeigneten Spannvorrichtung gegeneinander verspannt. Der auf diese Weise hergestellte Brennstoffzellenstapel wird mit einer Brenngaszufuhr, einer Oxidationsmittelzufuhr, einer Abgasabführung und einer Oxidationsmittelabführung verbunden.To form a functional fuel cell stack are more of the fuel cell units 100 along the stacking direction 126 stacked and braced against each other by means of a suitable clamping device. The fuel cell stack produced in this way is connected to a fuel gas supply, an oxidant supply, an exhaust gas removal and an oxidant removal.

Der auf diese Weise hergestellte Brennstoffzellenstapel funktioniert wie folgt:
Die Brenngasdurchgangsöffnungen 114 der übereinandergestapelten Brennstoffzelleneinheiten 100 bilden einen Brenngaszuführkanal 156, durch welchen Brenngas den einzelnen Brennstoffzelleneinheiten 100 zugeführt wird. Dabei gelangt das Brenngas jeweils durch seitliche Ränder 154 des Sinterkörpers 148 in das Substrat 136 einer Brennstoffzelleneinheit 100 und strömt dort längs der Längsrichtung 108 des Kontaktfeldes 106. Aus dem Substrat 136 gelangt das Brenngas an die Anode 140 der betreffenden Brennstoffzelleneinheit 100, wo es zumindest teilweise oxidiert wird.
The fuel cell stack produced in this way works as follows:
The fuel gas passage openings 114 the stacked fuel cell units 100 form a fuel gas supply channel 156 by which fuel gas the individual fuel cell units 100 is supplied. The fuel gas passes through lateral edges 154 of the sintered body 148 in the substrate 136 a fuel cell unit 100 and flows along the longitudinal direction 108 of the contact field 106 , From the substrate 136 the fuel gas reaches the anode 140 the fuel cell unit concerned 100 where it is at least partially oxidized.

Das Oxidationsprodukt (Wasser) gelangt zusammen mit überschüssigem Brenngas aus dem Substrat 136 durch den seitlichen Rand 154 des Sinterkörpers 148 in die Abgasdurchgangsöffnung 124 der betreffenden Brennstoffzelleneinheit 100.The oxidation product (water) comes out of the substrate together with excess fuel gas 136 through the side edge 154 of the sintered body 148 in the exhaust passage opening 124 the fuel cell unit concerned 100 ,

Die Abgasdurchgangsöffnung 124 der übereinandergestapelten Brennstoffzelleneinheiten bilden zusammen einen Abgasabführkanal 158, durch welchen das Abgas der Brennstoffzelleneinheiten 100 zu einer (nicht dargestellten) Abgasbehandlungseinheit abgeführt wird.The exhaust passage opening 124 the stacked fuel cell units together form a Abgasabführkanal 158 through which the exhaust gas of the fuel cell units 100 is discharged to a (not shown) exhaust treatment unit.

Die Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 116 in den linken Endbereichen 112 der Gehäuseteile 104 der Brennstoffzelleneinheiten 100 bilden zusammen einen Oxidationsmittelzuführkanal 160, durch welchen das Oxidationsmittel den Brennstoffzelleneinheiten 100 zugeführt wird. Dabei gelangt das Oxidationsmittel aus dem Oxidationsmittelzuführkanal 160 durch die Zwischenräume zwischen den Ringwänden 128 aufeinandergestapelter Brennstoffzelleneinheiten 100 in die jeweils zwischen einer KAE-Einheit 138 und dem Gehäuseteil 104 einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit 100 angeordneten Oxidationsmittelräume 146, in denen das Oxidationsmittel längs der Längsrichtung 108 des Kontaktfeldes 106 entlangströmt. Aus dem Oxidationsmittel werden an den Kathoden 144 jeder KAE-Einheit 138 Sauerstoff-Ionen gebildet, welche durch den Elektrolyten 142 zu der Anode 140 der jeweiligen KAE-Einheit 138 wandern. Überschüssiges Oxidationsmittel gelangt aus den Oxidationsmittelräumen 146 in die Oxidationsmitteldurchgangsöffnungen 122 in den rechten Endbereichen 120 der Gehäuseteile 104 der Brennstoffzelleneinheiten 100, welche zusammen mehrere Oxidationsmittelabführkanäle 162 bilden. Durch diese Oxidationsmittelabführkanäle 162 wird das überschüssige Oxidationsmittel aus dem Brennstoffzellenstapel abgeführt.The oxidant passages 116 in the left end areas 112 the housing parts 104 the fuel cell units 100 together form an oxidant feed channel 160 by which the oxidizing agent is the fuel cell units 100 is supplied. In this case, the oxidizing agent passes out of the Oxidationsmittelzuführkanal 160 through the spaces between the ring walls 128 stacked fuel cell units 100 in each case between a KAE unit 138 and the housing part 104 an adjacent fuel cell unit 100 arranged oxidant rooms 146 , in which the oxidizing agent along the longitudinal direction 108 of the contact field 106 flows along. From the oxidant are at the cathodes 144 every KAE unit 138 Oxygen ions are formed by the electrolyte 142 to the anode 140 the respective KAE unit 138 hike. Excess oxidant passes out of the oxidant spaces 146 into the oxidant passageway 122 in the right end areas 120 the housing parts 104 the fuel cell units 100 which together multiple Oxidationsmittelabführkanäle 162 form. Through these Oxidationsmittelabführkanäle 162 the excess oxidant is removed from the fuel cell stack.

Die Strömungsrichung des Brenngases und des Abgases durch den Brennstoffzellenstapel ist in den Zeichnungen mit einfachen Pfeilen 164, die Strömungsrichtung des Oxidationsmittels mittels Doppelpfeilen 166 angegeben.The flow direction of the fuel gas and the exhaust gas through the fuel cell stack is shown in the drawings with simple arrows 164 , the flow direction of the oxidant by means of double arrows 166 specified.

Eine in den 10 bis 12 dargestellte zweite Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass die Ringwände 128 und die Randwand 130 nicht lediglich einen vertikal ausgerichteten Abschnitt umfassen, sondern zusätzlich mit einem im wesentlichen horizontal (d. h. im wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung 126) ausgerichteten Randflansch 168 bzw. 170 versehen sind.One in the 10 to 12 illustrated second embodiment of a fuel cell unit 100 differs from the first embodiment described above in that the ring walls 128 and the border wall 130 not only comprise a vertically oriented portion, but in addition with a substantially horizontal (ie, substantially perpendicular to the stacking direction 126 ) aligned edge flange 168 respectively. 170 are provided.

Die Randflansche 168, 170 sind an ihrer Oberseite im wesentlichen bündig mit der Oberseite des Substrats 136.The edge flanges 168 . 170 are at their top substantially flush with the top of the substrate 136 ,

Die Randflansche 168, 170 sind an ihrer Oberseite mit der KAE-Einheit 138, zumindest jedoch mit dem Elektrolyten 142 der KAE-Einheit 138, versehen und somit nach oben sowohl gasdicht als auch elektrisch isolierend abgeschlossen.The edge flanges 168 . 170 are at their top with the KAE unit 138 but at least with the electrolyte 142 the KAE unit 138 , provided and thus completed upwards both gas-tight and electrically insulating.

Durch die Randflansche 168, 170 ist gewährleistet, daß sich die KAE-Einheit 138 bzw. der Elektrolyt 142 von der Oberseite des Sinterkörpers 148 aus über eine weitere Strecke hinweg auf Bereiche des Gehäuseteils 104 erstrecken kann, so daß eine zuverlässigere Abdichtung des Übergangs zwischen dem Sinterkörper 148 und dem Gehäuseteil 104 erzielt werden kann, als dies bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Fall ist.By the edge flanges 168 . 170 is guaranteed that the KAE unit 138 or the electrolyte 142 from the top of the sintered body 148 from over a further distance away on areas of the housing part 104 can extend, so that a more reliable sealing of the transition between the sintered body 148 and the housing part 104 can be achieved, as is the case in the first embodiment described above.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird somit besonders zuverlässig verhindert, daß Brenngas aus dem Substrat 136 in den Oxidationsmittelraum 146 gelangen kann. In this second embodiment is thus particularly reliably prevents fuel gas from the substrate 136 into the oxidant room 146 can get.

Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Otherwise, the second embodiment of a fuel cell unit is correct 100 in terms of structure and function with the first embodiment, to the above description, reference is made in this regard.

Eine in den 13 bis 20 dargestellte dritte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass der Sinterkörper 148 des Substrats 136 nicht in situ in dem Gehäuseteil 104 gesintert worden ist, sondern vielmehr außerhalb des Gehäuseteils 104 hergestellt und erst danach in das Gehäuseteil 104 eingesetzt und mit demselben verbunden worden ist.One in the 13 to 20 illustrated third embodiment of a fuel cell unit 100 differs from the first embodiment described above in that the sintered body 148 of the substrate 136 not in situ in the housing part 104 has been sintered, but rather outside of the housing part 104 manufactured and only then in the housing part 104 has been used and connected to the same.

Bei der Herstellung dieser Ausführungsform werden die Sinterkörper-Vormaterialien zur Herstellung des Sinterkörpers 148 nicht in das Gehäuseteil 104, sondern auf einen geeigneten externen Träger aufgebracht, insbesondere durch Spritzen, Gießen oder Rakeln.In the production of this embodiment, the sintered body materials for producing the sintered body become 148 not in the housing part 104 but applied to a suitable external carrier, in particular by spraying, pouring or knife coating.

Dieser Träger kann beispielsweise aus einem Oxidkeramik-Material, insbesondere aus einem Aluminiumoxidkeramik-Material, gebildet sein.This carrier can be formed, for example, from an oxide ceramic material, in particular from an aluminum oxide ceramic material.

Das Sinterkeramik-Vormaterial kann dabei ebenso wie bei der ersten Ausführungsform mindestens zwei Schichten mit unterschiedlicher Korngrößenverteilung umfassen.The sintered ceramic precursor material can, as in the first embodiment, comprise at least two layers with different particle size distribution.

Nach dem Aufbringen der Sinterkörperkeramik-Vormaterialien wird das Lösemittel durch einen Trocknungsvorgang entfernt.After application of the sintered body ceramics, the solvent is removed by a drying process.

Der Trocknungsvorgang kann beispielsweise eine Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 80° Celsius bis ungefähr 140° Celsius während eines Trocknungszeitraums von beispielsweise ungefähr 20 Minuten bis ungefähr 60 Minuten umfassen.For example, the drying process may include heating to a temperature in the range of about 80 ° Celsius to about 140 ° Celsius for a drying period of, for example, about 20 minutes to about 60 minutes.

Nach dem Trocknen erfolgt das Sintern des Sinterkörpers 148 durch einen Sintervorgang, der ein Aufheizen des Sinterkörper-Vormaterials und des Trägers von Raumtemperatur auf eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 1150° Celsius während eines Aufheizzeitraums von beispielsweise ungefähr 5 Stunden, ein Halten der erreichten Endtemperatur während eines Haltezeitraums von beispielsweise ungefähr 3 Stunden und ein anschließendes Abkühlen auf Raumtemperatur umfaßt.After drying, the sintering of the sintered body takes place 148 by a sintering process comprising heating the sintered body precursor and the support from room temperature to a temperature of, for example, about 1150 ° Celsius during a heating period of, for example, about 5 hours, maintaining the achieved final temperature during a holding period of, for example, about 3 hours, and a subsequent Cool to room temperature.

Der Sintervorgang erfolgt vorzugsweise unter einer Inertgas-Atmosphäre, beispielsweise einer Stickstoff- und/oder Edelgas-Atmosphäre.The sintering process is preferably carried out under an inert gas atmosphere, for example a nitrogen and / or noble gas atmosphere.

Ferner erfolgt der Sintervorgang vorzugsweise unter Beaufschlagung des Sinterkörper-Vormaterials mit einem Preßdruck von beispielsweise ungefähr 10000 Pa, der mittels eines geeigneten Preßstempels erzeugt wird.Further, the sintering process is preferably carried out by pressurizing the sintered body precursor at a pressing pressure of, for example, about 10,000 Pa, which is produced by means of a suitable press die.

Der durch den Sintervorgang gebildete Sinterkörper 148 wird in das Gehäuseteil 104 eingesetzt und an Schweißnähten 171 längs der inneren Ränder der Ringwände 128 und der Randwand 130 des Gehäuseteils 104 mit dem Gehäuseteil verschweißt, beispielsweise durch Laserschweißen oder durch Elektronenstrahlschweißen.The sintered body formed by the sintering process 148 is in the housing part 104 used and at welds 171 along the inner edges of the ring walls 128 and the border wall 130 of the housing part 104 welded to the housing part, for example by laser welding or electron beam welding.

Nach der Verbindung des Sinterkörpers 148 mit dem Gehäuseteil 104 wird das Gehäuseteil 104 mit der Randdichtung 132 und den Gaskanaldichtungen 134 versehen.After the connection of the sintered body 148 with the housing part 104 becomes the housing part 104 with the edge seal 132 and the gas duct seals 134 Mistake.

Anschließend wird die KAE-Einheit 138 an der Oberseite des Sinterkörpers 148, beispielsweise durch ein Vakuumplasmaspritzverfahren, erzeugt.Subsequently, the KAE unit 138 at the top of the sintered body 148 , for example by a vacuum plasma spraying process.

Damit ist die Herstellung der dritten Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 abgeschlossen.This is the production of the third embodiment of a fuel cell unit 100 completed.

Wie aus den 14 bis 17 zu ersehen ist, entspricht die äußere Gestalt des Sinterkörpers 148 der dritten Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 nicht vollständig der äußeren Gestalt des Sinterkörpers 148 der ersten Ausführungsform. Vielmehr ist der Sinterkörper 148 der dritten Ausführungsform an seiner Unterseite in außerhalb des Kontaktfeldes 106 liegenden Bereichen mit Ausnehmungen 172 versehen, welche im Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 100 mit dem der Brennstoffzelleneinheit 100 zugeführten Brenngas bzw. mit dem aus der Brennstoffzelleneinheit 100 abzuführenden Abgas gefüllt sind. Diese Ausnehmung 172 weisen einen geringeren Strömungswiderstand auf als das Substrat 136 und erleichtern somit die Verteilung des Brenngases in der Brennstoffzelleneinheit 100 bzw. die Abführung des Abgases aus der Brennstoffzelleneinheit 100.Like from the 14 to 17 can be seen corresponds to the outer shape of the sintered body 148 the third embodiment of a fuel cell unit 100 not completely the outer shape of the sintered body 148 the first embodiment. Rather, the sintered body 148 the third embodiment on its underside in the outside of the contact field 106 lying areas with recesses 172 provided during operation of the fuel cell unit 100 with the fuel cell unit 100 supplied fuel gas or with the from the fuel cell unit 100 discharged exhaust gas are filled. This recess 172 have a lower flow resistance than the substrate 136 and thus facilitate the distribution of the fuel gas in the fuel cell unit 100 or the discharge of the exhaust gas from the fuel cell unit 100 ,

Die Ausnehmungen 172 werden bei der Herstellung des Sinterkörpers 148 dadurch erzeugt, daß der Träger, auf welchen das Sinterkörper-Vormaterial aufgebracht wird, mit den Ausnehmungen 172 entsprechenden Erhebungen versehen ist.The recesses 172 become in the production of the sintered body 148 produced by the fact that the carrier, on which the sintered body pre-material is applied, with the recesses 172 appropriate surveys is provided.

Bei einer Variante des Herstellungsverfahrens der dritten Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 wird das Sinterkörper-Vormaterial zunächst nicht auf den Träger, der für den Sintervorgang verwendet wird, aufgebracht, sondern für den Trocknungsvorgang zunächst auf einen Trocknungsträger aus einem Papier mit einer Antiadhäsionsbeschichtung oder aus einem Kunststoffmaterial aufgebracht. Der Auftrag kann beispielsweise durch Spritzen, Gießen oder Rakeln, bevorzugt durch Gießen oder Rakeln, erfolgen.In a variant of the manufacturing method of the third embodiment of a fuel cell unit 100 the sintered body-starting material is initially not on the carrier, which for the Sintering process is used, applied, but first applied to the drying process on a drying support made of a paper with an anti-adhesion coating or of a plastic material. The order can be done for example by spraying, pouring or knife coating, preferably by casting or knife coating.

Nach dem Aufbringen des Sinterkeramik-Vormaterials wird ein Trocknungsvorgang durchgeführt.After application of the sintered ceramic precursor, a drying process is carried out.

Der Trocknungsvorgang kann beispielsweise eine Erwärmung auf eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 80° Celsius bis 140° Celsius während eines Trocknungszeitraums von beispielsweise ungefähr 20 Minuten bis ungefähr 60 Minuten umfassen.For example, the drying process may include heating to a temperature of, for example, about 80 ° Celsius to 140 ° Celsius for a drying period of, for example, about 20 minutes to about 60 minutes.

Nach dem Trocknungsvorgang wird die getrocknete Schicht aus dem Sinterkörper-Vormaterial von dem Trocknungsträger entfernt und auf einen Sinterträger aus einem keramischen Material, beispielsweise aus Aluminiumoxid, gelegt. Anschließend erfolgt ein Sintervorgang, wie bereits vorstehend beschrieben.After the drying process, the dried layer of the sintered body starting material is removed from the drying carrier and placed on a sintered carrier made of a ceramic material, for example of aluminum oxide. Subsequently, a sintering process, as already described above.

Der fertig gesinterte Sinterkörper 148 wird in das Gehäuseteil 104 eingebracht und mit demselben, beispielsweise durch Verschweißen, verbunden.The finished sintered sintered body 148 is in the housing part 104 introduced and connected to the same, for example by welding.

Im übrigen stimmt die dritte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der ersten Ausführungsform überein, auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Otherwise, the third embodiment of a fuel cell unit is correct 100 in terms of structure, function and method of manufacture with the first embodiment, to the description of which reference is made.

Eine in den 21 bis 23 dargestellte vierte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform dadurch, daß der Sinterkörper 148 im Bereich der Brenngasdurchgangsöffnungen 114 und der Abgasdurchgangsöffnung 124 mit seinem seitlichen Rand 154 nicht unmittelbar an die betreffende Durchgangsöffnung angrenzt, sondern im Abstand von der betreffenden Durchgangsöffnung an der Außenseite eines ringförmigen Abstützelements 174 anliegt, welches die jeweilige Durchgangsöffnung ringförmig umgibt und mit radial zur betreffenden Durchgangsöffnung ausgerichteten Gasdurchtrittskanälen 176 versehen ist.One in the 21 to 23 illustrated fourth embodiment of a fuel cell unit 100 differs from the third embodiment described above in that the sintered body 148 in the area of the fuel gas passage openings 114 and the exhaust passage opening 124 with its side edge 154 not directly adjacent to the respective passage opening, but at a distance from the respective passage opening on the outside of an annular support member 174 is present, which surrounds the respective passage opening annularly and with radially aligned to the respective passage opening gas passageways 176 is provided.

Jedes dieser Abstützelemente 174 wird aus einer in 23 dargestellten, im wesentlichen ebenen Abstützelement-Vorform 178 gebildet, welche aus einem Ausgangsmaterial, beispielsweise aus einem metallischen Material, vorzugsweise aus einem Stahlblech, herausgetrennt, beispielsweise ausgestanzt oder ausgeschnitten, wird.Each of these support elements 174 will be from an in 23 shown, substantially planar support element preform 178 formed, which from a starting material, for example of a metallic material, preferably from a steel sheet, separated out, for example, punched or cut, is.

Die Abstützelement-Vorform 178 umfaßt zwei im wesentlichen kreisringförmige Trägerelemente 180, deren Ringinnendurchmesser d jeweils dem Durchmesser einer der Brenngasdurchgangsöffnungen 114 oder der Abgasdurchgangsöffnung 124 entspricht, je nachdem, ob das aus der Vorform herzustellende Abstützelement 174 an einer Brenngasdurchgangsöffnung 114 oder einer Abgasdurchgangsöffnung 124 angeordnet werden soll.The support element preform 178 comprises two substantially annular support elements 180 whose ring inner diameter d each have the diameter of one of the fuel gas passage openings 114 or the exhaust passage opening 124 corresponds, depending on whether the support element to be produced from the preform 174 at a fuel gas passage opening 114 or an exhaust passage opening 124 should be arranged.

Von der Ringaußenseite jedes Trägerelements 180 stehen mehrere, beispielsweise jeweils acht, Laschen 182 radial nach außen ab. Wie aus 23 zu ersehen ist, verjüngen sich die Laschen 182 zu ihrem dem Trägerelement 180 abgewandten freien Ende hin.From the outside of each ring carrier element 180 are several, for example, eight, tabs 182 radially outward. How out 23 can be seen, the tabs are rejuvenated 182 to her the support element 180 facing away from the free end.

Ferner sind einander benachbarte Laschen 182 längs des Umfangs des Trägerelements 180 voneinander beabstandet.Further, adjacent tabs are 182 along the circumference of the carrier element 180 spaced apart.

Eine der Laschen 182a des ersten Trägerelements 180a ist an ihrem dem Trägerelement 180a abgewandten Ende mit dem dem zweiten Trägerelement 180b abgewandten Ende einer Lasche 182b des zweiten Trägerelements 180b verbunden, so daß die aus den Trägerelementen 180 und Laschen 182 gebildete Abstützelement-Vorform 178 insgesamt einstückig ausgebildet ist.One of the tabs 182a of the first carrier element 180a is at her the support element 180a opposite end with the second support element 180b opposite end of a tab 182b the second carrier element 180b connected so that the from the support elements 180 and tabs 182 formed support element preform 178 is formed in one piece as a whole.

Vor der Montage der Brennstoffzelleneinheit 100 wird durch Biege- oder Faltvorgänge aus der in 23 dargestellten Abstützelement-Vorform 178 das in den 21 und 22 dargestellte fertige Abstützelement 174 gebildet.Before installing the fuel cell unit 100 is made by bending or folding operations from the in 23 illustrated support element preform 178 that in the 21 and 22 illustrated finished support element 174 educated.

Hierzu werden die Laschen 182 des ersten Trägerelements 180a längs der tantential zum äußeren Rand des Trägerelement verlaufenden Biegelinien 184, an denen diese Laschen an das erste Trägerelement 180a angrenzen, um einen Winkel von ungefähr 180° nach unten umgebogen und auf die Unterseite 186a des ersten Trägerelements 180a zurückgefaltet.For this purpose, the tabs 182 of the first carrier element 180a along the tantential to the outer edge of the support element extending bending lines 184 in which these tabs on the first support element 180a adjoin, bent at an angle of about 180 ° down and on the bottom 186a of the first carrier element 180a folded back.

Ebenso werden die Laschen 182 des zweiten Trägerelements 180b längs der Biegelinien 184, an welchen diese Laschen an das zweite Trägerelement 180b angrenzen, um einen Winkel von ungefähr 180° nach unten umgebogen und auf die Unterseite 186b des zweiten Trägerelements 180b zurückgefaltet.Likewise, the tabs 182 the second carrier element 180b along the bending lines 184 to which these tabs on the second support element 180b adjoin, bent at an angle of about 180 ° down and on the bottom 186b the second carrier element 180b folded back.

Anschließend wird die Lasche 182a des ersten Trägerelements 180a um die Biegelinie 184a, an welcher die Lasche 182a an das erste Trägerlement 180a angrenzt, um einen Winkel von ungefähr 180° nach unten umgebogen und auf die Unterseite 186a des ersten Trägerelements 180a zurückgefaltet, wobei auch die Lasche 182b und das zweite Trägerelement 180b um ungefähr 180° gedreht werden.Then the tab 182a of the first carrier element 180a around the bend line 184a at which the tab 182a to the first carrier element 180a adjoins, bent at an angle of about 180 ° down and on the bottom 186a of the first carrier element 180a folded back, with the tab too 182b and the second support member 180b rotated by about 180 °.

Anschließend wird die Lasche 182b längs der Biegelinie 188, an welcher die Lasche 182b an die Lasche 182a angrenzt, um einen Winkel von ungefähr 180° gebogen und auf die Lasche 182a zurückgefaltet, wobei auch das zweite Trägerelement 180b um einen Winkel von ungefähr 180° gedreht wird.Then the tab 182b along the bend line 188 at which the tab 182b to the tab 182a adjoins, bent at an angle of about 180 ° and on the tab 182a folded back, wherein also the second carrier element 180b is rotated through an angle of about 180 °.

Schließlich wird das zweite Trägerelement 180b um die Biegelinie 184b, an welcher das zweite Trägerelement 180b an die Lasche 182b angrenzt, um einen Winkel von ungefähr 180° nach unten gebogen und auf die Lasche 182b zurückgefaltet, so daß das zweite Trägerelement 180b senkrecht unter dem ersten Trägerelement 180a zu liegen kommt und die Laschen 182 beider Trägerelemente 180 zwischen denselben angeordnet sind, wie in 21 dargestellt.Finally, the second carrier element 180b around the bend line 184b at which the second carrier element 180b to the tab 182b adjoins, bent at an angle of about 180 ° down and on the tab 182b folded back, so that the second carrier element 180b vertically below the first carrier element 180a comes to rest and the tabs 182 both support elements 180 are arranged between them, as in 21 shown.

In diesem montierten Zustand des Abstützelements 174 verlaufen die Seitenränder 190 der Laschen 182 im wesentlichen radial zur Mittelachse 192 des Abstützelements 174.In this assembled state of the support element 174 the margins run 190 the tabs 182 substantially radially to the central axis 192 the support element 174 ,

Wie aus den 21 und 22 zu ersehen ist, sind zwischen den aneinander anliegenden Laschen 182 der Trägerelemente 180 Gasdurchtrittskanäle 176 mit im wesentlichen rechteckigen, sich zu der Außenseite des Abstützelements 174 hin erweiternden Querschnitten ausgebildet, deren Höhe der Summe der Höhen von zwei aneinander anliegenden Laschen 182 und deren Breite dem Abstand zweier benachbarter Laschen 182 längs der Umfangsrichtung der Trägerelemente 180 entspricht.Like from the 21 and 22 can be seen, are between the adjacent tabs 182 the support elements 180 Gas transit channels 176 with substantially rectangular, to the outside of the support element 174 formed cross-sections widening whose height of the sum of the heights of two abutting tabs 182 and whose width is the distance between two adjacent tabs 182 along the circumferential direction of the carrier elements 180 equivalent.

Die so gebildeten ringförmigen Abstützelemente 174 werden bei der Montage einer Brennstoffzelleneinheit 100 im Bereich der Brenngasdurchgangsöffnungen 114 bzw. im Bereich der Abgasdurchgangsöffnung 124 so an der Oberseite des Gehäuseteils 104 angeordnet, daß die Oberseite 194b des Trägerelements 180b an der Oberseite des Gehäuseteils 104 flächig anliegt.The annular support elements thus formed 174 be during assembly of a fuel cell unit 100 in the area of the fuel gas passage openings 114 or in the region of the exhaust gas passage opening 124 so on the top of the housing part 104 arranged that the top 194b the carrier element 180b at the top of the housing part 104 lies flat.

Die Oberseite 194a des ersten Trägerelements 180a liegt im fertig montierten Zustand des Brennstoffzellenstapels flächig an der Unterseite einer Gaskanaldichtung 134 einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit 100 an.The top 194a of the first carrier element 180a lies in the assembled state of the fuel cell stack surface at the bottom of a gas channel seal 134 an adjacent fuel cell unit 100 at.

Dadurch, daß die Laschen 182 eines Trägerelements 180 flächig an den Laschen 182 eines benachbarten Trägerelements 180 des Abstützelements 174 anliegen und daß die Laschen 182 jeweils flächig an einem der Trägerelemente 180 anliegen, wird eine möglichst homogene Dichtpressungsverteilung an dem Abstützelement 174 im eingebauten Zustand erzielt.Because the tabs 182 a support element 180 flat on the tabs 182 an adjacent support element 180 the support element 174 abut and that the tabs 182 in each case flat on one of the support elements 180 abut, is a homogeneous as possible Dichtpressungsverteilung on the support 174 achieved in the installed state.

Die Gasdurchtrittskanäle 176, die zwischen den Laschen 182 ausgebildet sind, ermöglichen einen Gasaustausch zwischen der Ringinnenseite und der Ringaußenseite des Abstützelements 174 mit einem nur geringen Strömungswiderstand.The gas passageways 176 between the tabs 182 are formed, allow gas exchange between the ring inner side and the ring outer side of the support element 174 with only a small flow resistance.

Durch die Wahl der Dicke des Ausgangsmaterials, aus dem die Abstützelement-Vorform 178 ausgestanzt oder ausgeschnitten wird, kann die Gesamthöhe des fertigen Abstützelements 174 auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden.By choosing the thickness of the starting material from which the support element preform 178 punched or cut, the total height of the finished support element 174 be set to any desired value.

Ferner wäre es auch möglich, die Laschen 182 jeweils mehrfach zu falten, um so eine höhere Einbaudicke des Abstützelements 174 zu erzielen.Furthermore, it would also be possible, the tabs 182 each fold several times, so a higher installation thickness of the support 174 to achieve.

Außerdem könnten auch mehrere Trägerelemente 180, die nicht einstückig miteinander verbunden sind, übereinander angeordnet werden, um das Abstützelement 174 zu bilden.In addition, several support elements could 180 , which are not integrally connected to each other, are arranged one above the other to the support element 174 to build.

Nach dem Einsetzen der ringförmigen Abstützelemente 174 und des Sinterkörpers 148 in das Gehäuseteil 104 werden der Sinterkörper 148 und die ringförmigen Abstützelemente 174 längs des oberen äußeren Randes der Abstützelemente 174, beispielsweise durch eine Schweißnaht 196, miteinander verbunden.After insertion of the annular support elements 174 and the sintered body 148 in the housing part 104 become the sintered body 148 and the annular support elements 174 along the upper outer edge of the support elements 174 , for example, by a weld 196 , connected with each other.

Im übrigen stimmt die vierte Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der dritten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Otherwise, the fourth embodiment of a fuel cell unit is correct 100 in terms of structure, function and method of manufacture with the third embodiment, to the above description of which reference is made.

Claims (42)

Brennstoffzelleneinheit, umfassend eine Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) mit einer Kathode (144) aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material, mit einem sauerstoffionenleitenden Feststoffelektrolyten (142) und mit einer Anode (140) aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material und ein Substrat (136), auf dem die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) angeordnet ist, wobei die Brennstoffzelleneinheit (100) mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) aufweist, durch welche ein Fluid durch die Brennstoffzelleneinheit (100) hindurchtreten kann, wobei das Substrat (136) einen Sinterkörper (148) umfasst, der sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) herum erstreckt, und wobei der Sinterkörper (148) in einem sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) herum erstreckenden Bereich mit einer Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material versehen ist.A fuel cell unit comprising a cathode-anode electrolyte unit ( 138 ) with a cathode ( 144 ) of an electrically conductive ceramic material, with an oxygen-ion-conducting solid electrolyte ( 142 ) and with an anode ( 140 ) of an electrically conductive ceramic material and a substrate ( 136 ) on which the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ), wherein the fuel cell unit ( 100 ) at least one fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ), through which a fluid through the fuel cell unit ( 100 ), whereby the substrate ( 136 ) a sintered body ( 148 ), which surrounds the at least one fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ), and wherein the sintered body ( 148 ) in a about the at least one fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ) is provided with an insulating layer of an electrically insulating material. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) unmittelbar an dem Sinterkörper (148) angeordnet ist.Fuel cell unit according to claim 1, characterized in that the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) directly on the sintered body ( 148 ) is arranged. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit (100) mindestens eine Brenngasdurchgangsöffnung (114) aufweist, durch welche ein Brenngas durch die Brennstoffzelleneinheit (100) hindurchtreten kann, und dass der Sinterkörper (148) sich um die mindestens eine Brenngasdurchgangsöffnung (114) herum erstreckt. Fuel cell unit according to one of claims 1 or 2, characterized in that the fuel cell unit ( 100 ) at least one fuel gas passage opening ( 114 ), through which a fuel gas through the fuel cell unit ( 100 ), and that the sintered body ( 148 ) around the at least one fuel gas passage opening ( 114 ) extends around. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit (100) mindestens eine Abgasdurchgangsöffnung (124) aufweist, durch welche ein Abgas durch die Brennstoffzelleneinheit (100) hindurchtreten kann, und dass der Sinterkörper (148) sich um die mindestens eine Abgasdurchgangsöffnung (124) herum erstreckt.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel cell unit ( 100 ) at least one exhaust gas passage opening ( 124 ), through which an exhaust gas through the fuel cell unit ( 100 ), and that the sintered body ( 148 ) around the at least one exhaust gas passage opening ( 124 ) extends around. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit (100) mindestens eine Oxidationsmitteldurchgangsöffnung (116, 122) aufweist, durch welche ein Oxidationsmittel durch die Brennstoffzelleneinheit (100) hindurchtreten kann, und dass der Sinterkörper (148) sich um die mindestens eine Oxidationsmitteldurchgangsöffnung (116, 122) herum erstreckt.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel cell unit ( 100 ) at least one oxidant passage ( 116 . 122 ), by which an oxidizing agent through the fuel cell unit ( 100 ), and that the sintered body ( 148 ) around the at least one oxidant passage ( 116 . 122 ) extends around. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) einen Abschnitt eines sich senkrecht zu den Hauptflächen der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) durch die Brennstoffzelleneinheit (100) erstreckenden Fluidkanals (156, 158, 160, 162) bildet.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ) a portion of a perpendicular to the major surfaces of the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) through the fuel cell unit ( 100 ) extending fluid channel ( 156 . 158 . 160 . 162 ). Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (148) eine seitliche Begrenzung mindestens einer Fluiddurchgangsöffnung (114, 124) der Brennstoffzelleneinheit (100) bildet.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sintered body ( 148 ) a lateral boundary of at least one fluid passage opening ( 114 . 124 ) of the fuel cell unit ( 100 ). Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (148) in einem sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) herum erstreckenden Bereich mit einer Abdichtungsschicht aus einem gasundurchlässigen Material versehen ist.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sintered body ( 148 ) in a about the at least one fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ) is provided with a sealing layer of a gas impermeable material. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (142) der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) herum erstreckt.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electrolyte ( 142 ) of the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) around the at least one fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ) extends around. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Fluiddurchgangsöffnung (114, 124) ein von dem Sinterkörper (148) verschiedenes Abstützelement (174) angeordnet ist.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 9, characterized in that at the at least one fluid passage opening ( 114 . 124 ) one of the sintered body ( 148 ) various support element ( 174 ) is arranged. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (174) ringförmig ausgebildet ist.Fuel cell unit according to claim 10, characterized in that the supporting element ( 174 ) is annular. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (174) aus einem metallischen Material gebildet ist.Fuel cell unit according to one of claims 10 or 11, characterized in that the supporting element ( 174 ) is formed of a metallic material. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (174) als ein Blechformteil ausgebildet ist.Fuel cell unit according to one of claims 10 to 12, characterized in that the supporting element ( 174 ) is formed as a sheet metal part. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (174) an den Sinterkörper (148) angesintert ist.Fuel cell unit according to one of claims 10 to 13, characterized in that the support element ( 174 ) to the sintered body ( 148 ) is sintered. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (174) während der Bildung des Sinterkörpers (148) aus einem Sinterkörper-Vormaterial an den Sinterkörper (148) angesintert worden ist.Fuel cell unit according to claim 14, characterized in that the supporting element ( 174 ) during the formation of the sintered body ( 148 ) from a sintered body precursor to the sintered body ( 148 ) has been sintered. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (174) in einem sich um die Fluiddurchgangsöffnung (114, 124) herum erstreckenden Bereich mit einer Abdichtungsschicht aus einem gasundurchlässigen Material versehen ist.Fuel cell unit according to any one of claims 10 to 15, characterized in that the supporting element ( 174 ) in a to the fluid passage opening ( 114 . 124 ) is provided with a sealing layer of a gas impermeable material. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (174) in einem sich um die Fluiddurchgangsöffnung (114, 124) herum erstreckenden Bereich mit einer Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material versehen ist.Fuel cell unit according to one of claims 10 to 16, characterized in that the supporting element ( 174 ) in a to the fluid passage opening ( 114 . 124 ) is provided with an insulating layer of an electrically insulating material. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (142) der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) das Abstützelement (174) zumindest teilweise überdeckt.Fuel cell unit according to one of claims 10 to 17, characterized in that the electrolyte ( 142 ) of the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) the supporting element ( 174 ) at least partially covered. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (148) durch Sintern aus einem Vormaterial, welches metallische Partikel enthält, gebildet ist und dass die mittlere Korngröße in einer ersten Schicht (150) des Sinterkörpers (148), welche der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) zugewandt ist, kleiner ist als in einer zweiten Schicht (152) des Sinterkörpers (148), welche einen größeren Abstand von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) aufweist als die erste Schicht (150) des Sinterkörpers (148).Fuel cell unit according to one of claims 1 to 18, characterized in that the sintered body ( 148 ) is formed by sintering from a starting material, which contains metallic particles, and that the mean grain size in a first layer ( 150 ) of the sintered body ( 148 ), which the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) is smaller than in a second layer ( 152 ) of the sintered body ( 148 ) located a greater distance from the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) than the first layer ( 150 ) of the sintered body ( 148 ). Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße in dem Sinterkörper (148) mit wachsender Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) monoton zunimmt.Fuel cell unit according to claim 19, characterized in that the middle Grain size in the sintered body ( 148 ) with increasing distance from the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) increases monotonously. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße in dem Sinterkörper (148) mit wachsender Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) kontinuierlich zunimmt.Fuel cell unit according to one of claims 19 or 20, characterized in that the mean grain size in the sintered body ( 148 ) with increasing distance from the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) increases continuously. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße in dem Sinterkörper (148) mit wachsender Entfernung von der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) stufenförmig, mit einer oder mehreren Stufen, zunimmt.Fuel cell unit according to one of claims 19 or 20, characterized in that the mean grain size in the sintered body ( 148 ) with increasing distance from the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) stepwise, with one or more steps, increases. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (148) mindestens eine der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) zugewandte erste Schicht (150) umfasst, in welcher die mittlere Korngröße höchstens 160 μm, vorzugsweise höchstens 80 μm, insbesondere höchstens 50 μm, beträgt.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 22, characterized in that the sintered body ( 148 ) at least one of the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) facing first layer ( 150 ), in which the mean grain size is at most 160 μm, preferably at most 80 μm, in particular at most 50 μm. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (150) keine Körner enthält, welche größer sind als 160 μm, vorzugsweise keine Körner, die größer sind als 80 μm, insbesondere keine Körner, die größer sind als 50 μm.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 23, characterized in that the first layer ( 150 ) contains no grains which are larger than 160 microns, preferably no grains which are larger than 80 microns, in particular no grains which are larger than 50 microns. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (150) des Sinterkörpers (148) eine über die Dicke der Schicht hinweg konstante Korngrößenverteilung aufweist.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 24, characterized in that the first layer ( 150 ) of the sintered body ( 148 ) has a constant grain size distribution across the thickness of the layer. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (150) des Sinterkörpers (148) eine Dicke von höchstens 300 μm aufweist.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 25, characterized in that the first layer ( 150 ) of the sintered body ( 148 ) has a thickness of at most 300 microns. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (150) des Sinterkörpers (148) unmittelbar an die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) angrenzt.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 26, characterized in that the first layer ( 150 ) of the sintered body ( 148 ) directly to the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) adjoins. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schicht (152) des Sinterkörpers (148) die mittlere Korngröße mindestens 50 μm, vorzugsweise mindestens 80 μm, insbesondere mindestens 160 μm, beträgt.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 27, characterized in that in the second layer ( 152 ) of the sintered body ( 148 ) the average particle size is at least 50 μm, preferably at least 80 μm, in particular at least 160 μm. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (152) des Sinterkörpers (148) keine Körner enthält, welche kleiner sind als 50 μm, vorzugsweise keine Körner, die kleiner sind als 80 μm, insbesondere keine Körner, die kleiner sind als 160 μm.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 28, characterized in that the second layer ( 152 ) of the sintered body ( 148 ) contains no grains which are smaller than 50 microns, preferably no grains which are smaller than 80 microns, in particular no grains which are smaller than 160 microns. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (152) des Sinterkörpers (148) eine über die Dicke der Schicht hinweg konstante Korngrößenverteilung aufweist.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 29, characterized in that the second layer ( 152 ) of the sintered body ( 148 ) has a constant grain size distribution across the thickness of the layer. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (152) eine Dicke von mindestens 150 μm aufweist.Fuel cell unit according to one of claims 19 to 30, characterized in that the second layer ( 152 ) has a thickness of at least 150 microns. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (150) des Sinterkörpers (148) eine kleinere Dicke aufweist als die zweite Schicht (152) des Sinterkörpers (148).Fuel cell unit according to one of claims 19 to 31, characterized in that the first layer ( 150 ) of the sintered body ( 148 ) has a smaller thickness than the second layer ( 152 ) of the sintered body ( 148 ). Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (148) eine Dicke von höchstens 5000 μm, vorzugsweise von höchstens 1600 μm, insbesondere von höchstens 400 μm, aufweist.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 32, characterized in that the sintered body ( 148 ) has a thickness of at most 5000 μm, preferably of at most 1600 μm, in particular of at most 400 μm. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (148) eine Dicke von mindestens 100 μm, vorzugsweise von mindestens 200 μm, aufweist.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 33, characterized in that the sintered body ( 148 ) has a thickness of at least 100 μm, preferably of at least 200 μm. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (148) ein metallisches Material, insbesondere Eisen, Chrom, Aluminium, Yttrium und/oder Nickel in metallischer Form, enthält.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 34, characterized in that the sintered body ( 148 ) contains a metallic material, in particular iron, chromium, aluminum, yttrium and / or nickel in metallic form. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit (100) ein Gehäuse (102) umfasst, welches mindestens ein Gehäuseteil (104) umfasst, das durch Ansintern mit dem Sinterkörper (148) des Substrats (136) verbunden ist.Fuel cell unit according to one of claims 1 to 35, characterized in that the fuel cell unit ( 100 ) a housing ( 102 ), which at least one housing part ( 104 ) obtained by sintering with the sintered body ( 148 ) of the substrate ( 136 ) connected is. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (104) mit dem beim Ansintern in situ aus einem Sinterkörper-Vormaterial gebildeten Sinterkörper (148) des Substrats (136) verbunden ist.Fuel cell unit according to claim 36, characterized in that the housing part ( 104 ) with the sintered body formed during sintering in situ from a sintered body precursor material ( 148 ) of the substrate ( 136 ) connected is. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (104) an eine der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) abgewandte Oberfläche des Sinterkörpers (148) angesintert ist.Fuel cell unit according to one of claims 36 or 37, characterized in that the housing part ( 104 ) to one of the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) facing away from the surface of the sintered body ( 148 ) is sintered. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (104) mit mindestens einem Kontaktelement (110) zum Kontaktieren der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit (100) versehen ist.Fuel cell unit according to one of claims 36 to 38, characterized in that the housing part ( 104 ) with at least one contact element ( 110 ) for contacting the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) of an adjacent fuel cell unit ( 100 ) is provided. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (104) eine Wanne zur Aufnahme des Sinterkörpers (148) bildet.Fuel cell unit according to one of claims 36 to 39, characterized in that the housing part ( 104 ) a trough for receiving the sintered body ( 148 ). Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (104) als ein Blechformteil ausgebildet ist.Fuel cell unit according to one of claims 36 to 40, characterized in that the housing part ( 104 ) is formed as a sheet metal part. Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelleneinheit, die eine Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) mit einer Kathode (144) aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material, mit einem sauerstoffionenleitenden Feststoffelektrolyten (142) und mit einer Anode (140) aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material und ein Substrat (136), auf dem die Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) angeordnet ist, umfasst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Erzeugen mindestens einer Schicht (150, 152) eines Sinterkörper-Vormaterials, welche mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) aufweist, um welche sich die Schicht aus dem Sinterkörper-Vormaterial herum erstreckt; – Erzeugen eines Sinterkörpers (148) aus dem Sinterkörper-Vormaterial durch einen Sintervorgang; – Erzeugen der Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit (138) an dem Sinterkörper; wobei der Sinterkörper (148) in einem sich um die mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung (114, 116, 122, 124) herum erstreckenden Bereich mit einer Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material versehen wird.Method for producing a fuel cell unit comprising a cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) with a cathode ( 144 ) of an electrically conductive ceramic material, with an oxygen-ion-conducting solid electrolyte ( 142 ) and with an anode ( 140 ) of an electrically conductive ceramic material and a substrate ( 136 ) on which the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ), comprising the following method steps: - generating at least one layer ( 150 . 152 ) a sintered body starting material, which at least one fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ) around which the layer of sintered body precursor extends; Producing a sintered body ( 148 ) from the sintered body precursor by a sintering process; Generating the cathode-anode-electrolyte unit ( 138 ) on the sintered body; the sintered body ( 148 ) in a about the at least one fluid passage opening ( 114 . 116 . 122 . 124 ) is provided with an insulating layer of an electrically insulating material.
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