-
Die
Erfindung betrifft eine tubulare Brennstoffzelle nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, ein Brennstoffzellenbündel nach dem Oberbegriff des Anspruchs
18 sowie ein Brennstoffzellenmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs
25 und ein Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzelle und/oder
des Brennstoffzellenbündels
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 27.
-
Aus
der
EP 0469831A1 ist
eine röhrenförmige Hochtemperaturbrennstoffzelle
bekannt. Auf einem als selbsttragende Schicht fungierenden Substrat
ist eine Kathodenschicht, eine Elektrolytschicht und eine Anodenschicht
angeordnet, wobei die radial innerste Schicht die Kathode und die
radial äußerste Schicht
die Anode ist. Die Anode sowie der Elektrolyt sind umfänglich ein
Stück unterbrochen,
wobei in der Unterbrechung eine Interkonnektorschicht angeordnet
ist, welche mit der Kathode elektrisch in Verbindung steht und das
Kathodenpotential umfänglich abgreifbar
macht. Dieser Aufbau ist umständlich
und teuer und ist hinsichtlich der Kontaktierungsqualität zweier
benachbarter Brennstoffzellen nicht immer befriedigend.
-
Aus
der
US 2003/0134171
A1 ist eine metallisch getragene tubulare Brennstoffzelle
bekannt, bei der die radial innerste Elektrode die Anode ist. Auf diese
folgt radial außen
die Elektrolytschicht und weiterhin die Kathodenschicht, welche
die radial äußerste Schicht
bildet. Innerhalb der Anode ist eine poröse metallische Schicht angeordnet,
welche als tragendes Substrat wirkt. Derartige Brennstoffzellen
sind beabstandet zueinander in einer porösen Haltematrix angeordnet
und werden innerhalb des Substrats in Längsrichtung mit Brenngas durchströmt und in
einer Richtung quer zur Brenngasstromrichtung mit einem Luftstrom,
der die Brennstoffzellen äußerlich
umfließt,
d. h. im Querstromverfahren, beaufschlagt. Bei einer solchen Brennstoffzelle
bzw. in einem solchen Brennstoffzellenbündel ist von Nachteil, dass
eine relativ aufwendige Brenngas- bzw. Frischluftführung notwendig
ist. Weiterhin ist nachteilig, dass die Einbettung der Einzelbrennstoffzellen
in die Haltematrix aufwendig ist und im Betrieb zu thermisch verursachten
Brüchen
führen
kann. Weiterhin ist von Nachteil, dass ein solches Brennstoffzellenmodul
einen hohen Volumenbedarf hat.
-
Aus
der
US 2003/0134169
A1 ist ein Brennstoffzellenbündel bekannt, welches aus einzelnen
tubularen Brennstoffzellen aufgebaut ist. Die tubularen Brennstoffzellen
haben eine innere Elektrode, darauf folgend einen Elektrolyten und
darauf folgend radial auswärts
gerichtet eine äußere Elektrode.
Zwischen benachbarten Einzelbrennstoffzellen ist eine poröse schaumartige
Matrix vorgesehen, welche zum einen die Einzelbrennstoffzellen zueinander
positioniert und zum anderen Luft zur Kathodenschicht durchlässt. Derartige
Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenbündel sind aufwendig in der
Herstellung. Weiterhin ist das poröse Matrixmaterial bruchempfindlich und
kann somit bei häufigem
Aufwärmen
und Abkühlen
des Brennstoffzellenmoduls eine optimale Kontaktierung der Kathodenschicht
nicht immer gewährleisten.
Weiterhin ist von Nachteil, dass ein solches Brennstoffzellenmodul
einen hohen Volumenbedarf hat.
-
Aus
der
US 2003/0134170
A1 ist eine tubulare Brennstoffzelle nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bekannt.
-
Aus
der
DE 102 01 148
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen
einer Anpresskraft auf die Flächenelektroden
einer tubularen Brennstoffzelle bekannt, wobei die Anpresskraft
mittels eines im Inneren der tubularen Brennstoffzelle anzuordnenden,
im Durchmesser aufweitbaren Kerns bewerkstelligt wird. Bei dieser
tubularen Brennstoffzelle ist von Nachteil, dass zusätzlicher Kern
im Inneren der tubularen Brennstoffzelle notwendig ist, um Anpresskräfte zu erzeugen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Brennstoffzelle anzugeben, deren Versorgung
mit Brenngas bzw. Oxidationsgas einfach ausgestaltet werden kann.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Brennstoffzellenbündel anzugeben,
welches einfach aufgebaut ist und/oder eine zuverlässige und
betriebssichere Kontaktierung der Einzelbrennstoffzellen untereinander
gewährleistet.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein hinsichtlich des Wirkungsgrades
verbesserteres Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzelle bzw.
des Brennstoffzellenbündels
anzugeben, insbesondere ein Betriebsverfahren anzugeben, welches
leicht in bestehende Systeme (z. B. Fahrzeugkonzepte) integrierbar
ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle
bzw. ein Brennstoffzellenbündel
anzugeben, welches eine verbesserte Dauerhaltbarkeit, insbesondere
hinsichtlich der Thermoschockbeständigkeit aufweist.
-
Diese
Aufgaben werden mit einer Brennstoffzelle mit den Merkmalen des
Anspruchs 1, einem Brennstoffzellenbündel mit den Merkmalen des
Anspruchs 18 sowie mit einem Brennstoffzellenmodul mit den Merkmalen
des Anspruchs 25 und einem Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzelle und/oder
des Brennstoffzellenbündels
mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1:
eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen tubularen Einzelbrennstoffzelle;
-
2:
einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellenbündel, bestehend aus
tubularen Einzelbrennstoffzellen;
-
3:
eine vergrößerte Ansicht
des Details X aus 2;
-
Eine
erfindungsgemäße Brennstoffzelle 1 (1)
weist eine tubulare, d. h. im wesentlichen rohrförmige, zylindrisch langgestreckte
Raumform auf. In einer Radialrichtung 2, ausgehend von
einer Längsmittelachse 3 weist
die Brennstoffzelle 1 eine rohrförmige Substratschicht 4 auf.
Die Substratschicht 4 hat eine Innenfläche 5 und eine Außenfläche 6.
Auf der Außenfläche 6 der
Substratschicht 4 ist vollumfänglich eine erste Elektrodenschicht 7,
z. B. eine Anodenschicht, angeordnet. Radial außenseitig, auf die erste Elektrodenschicht 7 folgend
ist auf dieser vollumfänglich
eine Elektrolytschicht 8 angeordnet. Auf der Elektrolytschicht 8 ist
radial außenseitig
vollumfänglich
eine zweite Elektrodenschicht 9, z. B. eine Kathodenschicht,
angeordnet. Die Anordnung aus der Substratschicht 4, der
ersten Elektrodenschicht 7, der Elektrolytschicht 8 und
der zweiten Elektrodenschicht 9 umgebend ist eine äußere Umhüllung 10 vorhanden,
welche z. B. als dichtes Außenrohr
ausgebildet ist. Zwischen der zweiten Elektrodenschicht 9 und
der Umhüllung 10 sind über den Umfang
verteilt ein oder mehrere einzelne Abstandhalterelemente 11 angeordnet,
welche radial innenseitig mit der zweiten Elektrodenschicht 9 mechanisch
und/oder elektrisch und radial außenseitig mit der Umhüllung 10 mechanisch
und/oder elektrisch in Verbindung stehen. Die Abstandhalterelemente 11 sind
beispielsweise langgestreckt rippenartig ausgebildet und erstrecken
sich z. B. parallel zur Längsmittelachse 3 entlang
der Brennstoffzelle 1. Zwischen den Abstandhalterelementen 11 sind
Gasräume 12, insbesondere
Oxidationsgasräume,
ausgebildet. Die Substratschicht 4 umschließt einen zentralen
Gasraum 13, welcher zur Führung von insbesondere Brenngas
dient.
-
Die
Substratschicht 4 ist als poröses, insbesondere metallisch
pröses
Rohr ausgebildet. Die Anode, der Elektrolyt und die Kathode sind
aus geeigneten, im wesentlichen bekannten Materialien zur Ausbildung
einer Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC) ausgebildet. Die Umhüllung 10 ist
bevorzugt aus einem gasdichten und/oder elektrisch leitenden Material
ausgebildet.
-
Die
Abstandhalterelemente 11 sind derart bemessen, dass zwischen
zwei benachbarten Abstandhalterelementen 11 und zwischen
der zweiten Elektrodenschicht 9 und der Umhüllung 10 Gasräume 12 ausgebildet
sind. Weiterhin sind die Abstandhalterelemente 11 bevorzugt
aus einem Material ausgebildet, welches elektrisch leitend ausgebildet
ist, insbesondere elektronisch leitend ausgebildet ist, so dass
die zweite Elektrodenschicht 9 (Kathode) elektrisch mit
der Umhüllung 10 verbunden
ist. Somit vereinigen die Abstandhalterelemente 11 sowohl
die Funktion als Abstandhalter zwischen der zweiten Elektrodenschicht 9 und
der Umhüllung 10 als
auch die Funktion des Stromleitens von der zweiten Elektrodenschicht 9 hin
zur Umhüllung 10.
Somit wirken die Abstandhalterelemente 11 als Stromverteiler
und die Umhüllung 10 als
Stromsammler.
-
Die
Materialien des inneren Schichtaufbaus aus der Substratschicht 4,
erster Elektrodenschicht 7, der Elektrolytschicht 8 und
zweiter Elektrodenschicht 9 einerseits und die Materialien
Abstandhalterelemente 11 und der Umhüllung 10 andererseits sind
derart gewählt,
dass deren thermische Ausdehnungskoeffizienten zumindest in Radialrichtung 2 so beschaffen
sind, dass sich beim Erwärmen
der Brennstoffzelle 1 auf für den Betrieb von Hochtemperaturbrennstoffzellen
typische Temperaturen, d. h. ≥ 750°C, die radial
innenliegenden Schichten stärker radial
ausdehnen als insbesondere die Umhüllung 10, 50 dass
mit stei gender Betriebstemperatur, insbesondere bei Dauerbetriebstemperatur
die innenliegenden Schichten radial verspannt in der Umhüllung 10 angeordnet
sind und somit eine optimierte mechanische und/oder elektrische
Verbindung zwischen den elektrisch wirksamen Schichten und der Umhüllung 10 ausgebildet
ist. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Substratschicht 4 aus
Eisen-Nickel-Legierungen ausgebildet ist, insbesondere aus der sogenannten
INVAR-Legierung. Diese INVAR-Legierung
ist z. B. eine Eisen-Nickel-Legierung und weist ein unstetes Dehnungsverhalten
ab ca. 450°C
auf.
-
In
einem betriebskalten Ausgangszustand sind die innerhalb der Umhüllung 10 angeordneten Elemente
bevorzugt bereits leicht vorgespannt angeordnet, um ein Mindestmaß an elektrischer
Kontaktierung und somit Betriebsbereitschaft sicherzustellen, damit
die Brennstoffzelle ”anlaufen” kann und
die innerhalb der Umhüllung 10 angeordneten
Bestandteile der Einzelbrennstoffzelle mechanisch ausreichend befestigt
sind.
-
Die
Abstandhalterelemente 11 sind im Querschnitt in etwa trapezförmig ausgebildet
und bevorzugt gleichmäßig über den
Umfang verteilt zwischen der Umhüllung 10 und
der zweiten Elektrodenschicht 9 angeordnet. Gleichwohl
ist es selbstverständlich denkbar,
dass die Abstandhalterelemente 11 spiralförmig entlang
der Längsrichtung
der Brennstoffzelle 1 verlaufen. Wesentlich ist, dass Gasverteilerräume 12 gebildet
sind, durch die ein Betriebsgas, d. h. ein Brenngas oder ein Oxidationsgas
entlang der im wesentlichen gesamten Länge der Brennstoffzelle 1 geleitet
werden kann.
-
In
bevorzugter Art und Weise sind die Abstandhalterelemente 11 aus
einem metallisch porösen
Material gebildet, so dass der Oberflächenbereich der zweiten Elektrodenschicht 9 für die Betriebsgasbeaufschlagung
nicht durch die Abstandhalterelemente 11 abgedeckt ist,
sondern dass das Betriebsgas an die bedeck ten Oberflächensegmente der
zweiten Elektrodenschicht 9 gelangen kann.
-
Ein
erfindungsgemäßes Brennstoffzellenbündel 30 (2)
weist eine Vielzahl von tubularen Brennstoffzellen 1' auf, wobei
die Brennstoffzellen 1' hinsichtlich
ihres Aufbaus den Brennstoffzellen 1 im wesentlichen entsprechen,
wobei die Abstandhalterelemente 11 und die Umhüllung 10 um
jede Brennstoffzelle 1' entfallen.
Erfindungsgemäß berühren sich
jeweils zwei benachbarte Brennstoffzellen 1' direkt mit ihren äußeren, d.
h. zweiten Elektrodenschichten 9, z. B. mit den Kathoden 9 entlang
einer gemeinsamen Berührlinie 31.
Die gemeinsame Berührlinie 31 ist
eine Gerade, wenn die tubularen Brennstoffzellen 1' eine Zylinderrohrform
mit einer geraden Mittelachse 3 haben.
-
Bevorzugt
sind um eine zentralmittige Brennstoffzelle 1' diese umgebend
eine Vielzahl von baugleichen Brennstoffzellen 1' angeordnet,
wobei sich jede der umgebenden Brennstoffzellen 1' an zwei benachbarten
umgebenden Brennstoffzellen 1' und an der zentralen Brennstoffzelle 1' abstützt. Die
Vielzahl von Brennstoffzellen 1' aufweisend die zentrale Brennstoffzelle 1' und die umgebenden
Brennstoffzellen 1 sind in einer Umhüllung 10a angeordnet,
derart, dass die umgebenden Brennstoffzellen 1' radial außenseitig
direkt mit der Umhüllung 10a mechanisch
und/oder elektrisch in Verbindung stehen. In bevorzugter Art und
Weise sind die Einzelbrennstoffzellen 1' innerhalb der Umhüllung 10a in
einem kalten Betriebszustand in einer Radialrichtung 2' und in Umfangsrichtung
mechanisch vorgespannt angeordnet.
-
Erfindungsgemäß ist es
wesentlich, dass sich die Einzelbrennstoffzellen 1' innerhalb einer
Umhüllung 10a jeweils
direkt die jeweils benachbarten Brennstoffzellen 1' berühren, wobei
die radial äußersten
Brennstoffzellen 1' an
einer Innenseite der Umhüllung 10a anliegen.
Die Umhüllung 10a ist
bevorzugt aus einem elektrisch leitendenden und/oder gasdichten
Material ausgebildet, so dass durch diese die äußeren Elektroden 9 aller
Brennstoffzellen 1' untereinander
mit gleichem elektrischen Potential verbunden sind. Die Umhüllung 10a wirkt
somit zum einen als mechanische Bündelungseinrichtung und als elektrischer
Stromsammler.
-
Zwischen
jeweils drei benachbarten Einzelbrennstoffzellen 1', sind durch
die oben beschriebene Anordnung jeweils im Querschnitt dreieckige
Gasräume 12a für ein Betriebsgas,
insbesondere für
ein Oxidationsgas gebildet. Weiterhin ist jeweils zwischen zwei
benachbarten äußeren Brennstoffzellen 1 und
der Umhüllung 10a ein
Gasraum 12b gebildet, welcher ebenfalls eine im Querschnitt
dreieckige Raumform aufweist und ebenfalls zur Führung bzw. Leitung eines Betriebsgases,
insbesondere eines Oxidationsgases dient. Zur Zuführung bzw.
zur Leitung des zweiten Betriebsgases sind wie bei der Einzelbrennstoffzelle 1 gemäß 1 bei
jeder Einzelbrennstoffzelle 1' zentrale Gasräume 13 vorhanden. Durch
diese wird bevorzugt Brenngas geleitet.
-
Die
Materialien der Brennstoffzellen 1' und der Umhüllung 10a sind gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenbündels 30 derart
gewählt,
dass die thermische Ausdehnung bzw. die Summe der thermischen Ausdehnungen
der Einzelbrennstoffzellen 1' in einer
Radialrichtung 2' höher ist
als die thermische Ausdehnung der Umhüllung 10a in dieser
Radialrichtung 2',
so dass die Einzelbrennstoffzellen 1' im Betrieb des Brennstoffzellenbündels mechanisch
vorgespannt innerhalb der Umhüllung 10a angeordnet sind.
Somit ist in einfacher Art und Weise sowohl eine zuverlässige mechanische
Festlegung der Brennstoffzellen 1' in der Umhüllung 10a und eine
gute elektrische Kontaktierung der Brenn stoffzellen 1' untereinander
und mit der Umhüllung 10a sichergestellt.
-
Das
erfindungsgemäße Brennstoffzellenbündel 30 wirklicht
somit ein volumen- und somit leistungsdichteoptimiertes ”Stackdesign”. Insbesondere wird
dies durch die Zusammenfassung der Einzelröhrchen (Einzelbrennstoffzellen 1') zu einem Bündel erreicht,
wobei die kathodenseitigen Stromverteiler (Abstandhalterelemente 11)
entfallen können.
Die Aufgabe dieser Abstandhalterelemente 11 wird im Fall
des Brennstoffzellenbündels 30 gemäß der Erfindung
von den jeweils umgebenden Brennstoffzellen 1' übernommen.
Für die
zentrale Brennstoffzelle 1' sind
dies die jeweils umliegenden Brennstoffzellen 1'; für die umliegenden
Brennstoffzellen 1' ist
dies jeweils die zentrale Brennstoffzelle 1' sowie die Umhüllung 10a. Durch die
direkte Kontaktierung der Einzelbrennstoffzellen über die
zweite Elektrodenschicht, insbesondere die Kathode, kann ein Bündel 30 ebenso
wie eine Einzelbrennstoffzelle 1' maximal nur ca. 1 Volt Spannung
liefern. Die zwischen den Einzelbrennstoffzellen entstehenden Hohlräume dienen
als Luftverteilungsraum.
-
Die
Kontaktierungskraft der einzelnen Brennstoffzellen zueinander kann
bei geschickter Werkstoffauswahl gezielt beeinflusst werden. Wird für die Umhüllung ein
Werkstoff mit kleinerer thermischer Dehnung zumindest in Radialrichtung 2' als für die Einzelbrennstoffzellen 1' gewählt, so
ist eine ”thermisch
induzierte Selbstverspannung” der
Einzelbrennstoffzellen 1' zueinander
realisierbar. Somit entfallen aufwendige Verspannmechanismen, wie
sie für
planare Hochtemperaturbrennstoffzellenstapel oder andere auf tubularen
Brennstoffzellen basierende Brennstoffzellenbündel notwendig sind.
-
Somit
stellt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellenbündel 30 einen
stabilen mechanischen Verbund dar, in dem eine Mehrzahl von Einzelbrennstoffzellen 1' elektrisch
parallel zueinander geschaltet sind. Das Potential der zweiten Elektrodenschicht 9,
z. B. das Kathodenpotential kann an oder mit der Umhüllung 10a abgegriffen
werden. Das elektrische Potential der ersten Elektrodenschicht 7 (z.
B. der Anodenschicht), welche mit dem Betriebsgas der Gasräume 13 in
Verbindung steht, kann an den metallisch leitenden Substraten (Substratschichten 4) abgegriffen
werden. Dies geschieht bevorzugt an einem axialen Ende eines solchen
Brennstoffzellenbündels 30,
welches sich im sogenannten ”kalten
Bereich” der
Brennstoffzellen 1' befindet,
da im ”kalten Bereich” die Abdichtung
der brenngasführenden
Elemente und der oxidationsgasführenden
Elemente zueinander aufgrund der geringeren thermischen Belastung
einfach ausgeführt
werden kann.
-
Der
erfindungsgemäße Aufbau
einer Einzelbrennstoffzelle 1, 1' bzw. eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenbündels 30 ermöglicht in
einfacher Art und Weise eine Vielfalt an elektrischen Verschaltungsmöglichkeiten
(Parallelschaltung einzelner Brennstoffzellen 1') in einem Brennstoffbündel 30 und/oder
eine Reihen- bzw. Parallelschaltung einzelner Brennstoffzellenbündel 30 zueinander.
Dies eröffnet
gegenüber
planaren Systemen eine erhöhte
Flexibilität,
da nicht immer die Kathoden der im ”Stack” unteren Zellen mit den Anoden
der im ”Stack” darüber liegenden
Zellen in direktem elektrischen Kontakt stehen. Bei den erfindungsgemäßen tubularen Brennstoffzellenbündeln 30 können die
Einzelbündel beliebig
verschaltet werden, da nicht zwingend ein elektrischer Kontakt benachbarter
Bündel
vorliegen muss. Weiterhin ist es selbstverständlich möglich mehrere Einzelbündel 30 zu
Brennstoffzellenmodulen zusammenzufassen und diese Module untereinander
parallel und/oder in Reihe zu schalten. Diese Flexibilität bringt
bei der Systemauslegung sowie der Integration eines Brennstoffzellensystems
in ein bestehendes System (z. B. Fahrzeugkonzept) erhebliche Vorteile.
-
Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Brennstoffzelle 1, 1' und/oder eines
Brennstoffzellenbündels 30 beschrieben.
In im wesentlichen bekannter Art und Weise werden die Gasräume 12 bzw.
die Gasräume 12a, 12b mit
einem ersten Betriebsgas beaufschlagt und die zentralen Gasräume 13 mit
einem zweiten Betriebsgas beaufschlagt. Gemäß der Nernst-Gleichung kann
die Leistungsausbeute eines Brennstoffzellensystems und somit der
Wirkungsgrad erheblich erhöht
werden, wenn eine sogenannte Druckaufladung des Brennstoffzellensystems
erfolgt. Für
eine solche Druckaufladung eignet sich eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle 1, 1' und/oder ein
erfindungsgemäßes Brennstoffbündel in
besonderer Art und Weise, da in den ”heißen Bereichen” der Brennstoffzelle 1, 1' bzw. des Brennstoffzellenbündels 30 eine – wie oben
bereits beschrieben – nahezu
dichtungslose Konstruktion verwirklicht werden kann, so dass die
Betriebsgase mit wesentlich erhöhtem Druck
zugeführt
werden können,
ohne das Risiko von Undichtigkeiten und somit von Zerstörungen an
der Brennstoffzelle einzugehen. Sowohl das Brenngas als auch das
Oxidationsgas kann beispielsweise mittels eines geeigneten Kompressors
unter erhöhtem Druck
zugeführt
werden. Weiterhin kann es insbesondere bei der Ausbildung als Fahrzeugbrennstoffzellensystem
vorteilhaft sein, zumindest das Oxidationsgas mittels eines ggf.
bereits vorhandenen Turbo-Laders des Verbrennungsmotors unter erhöhtem Druck
in die entsprechenden Gasräume 12, 13 zu pressen.
-
Die
erfindungsgemäße Brennstoffzelle 1, 1' sowie das erfindungsgemäße Brennstoffzellenbündel 30 und
das Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellenbündels weisen
im wesentlichen folgende Vorteile auf:
- – Die Leistungsausbeute
ist durch bessere Nutzung des zur Verfügung stehenden Volumens erhöht.
- – Die
thermische Zyklierbarkeit ist durch eine quasi ”dichtungslose” Konstruktion
verbessert. Eine kostenintensive Entwicklung von hochtemperatur- und
thermoschockstabilen Dichtungsmaterialien kann entfallen.
- – Die
elektrische Kontaktierung der Brennstoffzellen untereinander bzw.
der Brennstoffzellen mit einer Umhüllung ist durch die geschickte
Auswahl von Werkstoffen, welche eine unterschiedliche thermische
Dehnung aufweisen, derart optimierbar, dass die Kontaktierungspressung
der Komponenten zueinander im warmen Zustand der Brennstoffzelle
verbessert ist. Dadurch können aufwendige
Verspanneinrichtungen entfallen.
- – Durch
eine variable elektrische Verschaltung können tubulare Systeme besser
an bestehende Systemanforderungen angepasst werden (z. B. eine Integration
in ein bestehendes Fahrzeugkonzept).
- – Eine
Erhöhung
der Leistungsausbeute durch Druckaufladung kann in einfacher Art
und Weise betriebssicher sichergestellt werden.
- – Die
erfindungsgemäßen Brennstoffzellen
bzw. Brennstoffzellenbündel
weisen eine verbesserte Dauerhaltbarkeit, vor allem eine verbesserte Thermoschockbeständigkeit
durch eine konstruktionsbedingte Verminderung thermomechanischer
Spannungen auf. Dies gelingt beispielsweise durch nur einseitige
Fixierung der Brennstoffzellenbündel
im ”kalten
Bereich”.
Eine durch die Erwärmung
auftretende Längsdehnung
der Brennstoffzellen bzw. der Brennstoffzellenbündel kann somit am freien Ende
der Zellen bzw. des Bündels
verspannungsfrei erfolgen.