DE112004001144T5

DE112004001144T5 - Festoxid-Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112004001144T5
Application number: DE112004001144T
Authority: DE
Inventors: Kuniaki Yoshikata; Koichi Mikami; Hirotoshi Sakamoto
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-05-24
Also published as: US20070248864A1; CA2533564A1; WO2005001970A1; US20110177426A1; US8101316B2; US8741499B2; US8252479B2; CA2533564C; US20110065015A1

Abstract

Festoxid-Brennstoffzelle, die
ein Substrat,
einen auf einer Oberfläche des Substrats angeordneten Elektrolyten, und mindestens ein Elektrodenelement umfasst, das eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode umfasst, die auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Festoxid-Brennstoffzelle, die vorwiegend in einem Mischgas aus einem Brennstoffgas und einem oxidierenden Gas stabil Elektrizität erzeugt.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlich wurden Zellengestaltungen des planaren Typs, des röhrenförmigen Typs und anderer Typen für Festoxid-Brennstoffzellen vorgeschlagen.
Eine Zelle des planaren Typs umfasst eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode, die auf der Vorder- bzw. Rückfläche eines flachen Elektrolyten angeordnet sind. Eine so gebildete Zelle wird in einem Zustand verwendet, bei dem eine Mehrzahl solcher Zellen laminiert ist, wobei sich ein Verbindungselement (Separator) zwischen angrenzenden Zellen befindet. Die Verbindungselemente (Separatoren) verbinden Zellen in Reihe oder parallel und trennen das Brennstoffgas, das jeder Zelle zugeführt wird, vollständig von dem oxidierenden Gas. Zwischen Zelle und Separator ist jeweils eine Gasabdichtung bereitgestellt (vgl. z.B. das japanische ungeprüfte Patent mit der Offenlegungsnummer 1993-045). Bei dieser Zelle des planaren Typs wird die Zelle jedoch leicht durch Schwingungen, Wärmezyklen, usw., beschädigt, da die Gasabdichtung durch Ausüben von Druck auf die Zelle bereitgestellt wird. Dies führt dann zu einem signifikanten Problem, wenn die Brennstoffzelle praktisch eingesetzt werden soll.
Im Gegensatz dazu umfasst eine Zelle des röhrenförmigen Typs, die z.B. in dem japanischen ungeprüften Patent mit der Offenlegungsnummer 1993-94830 beschrieben ist, eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode, die auf der Außenfläche bzw. der Innenfläche eines röhrenförmigen Elektrolyten angeordnet sind. Bezüglich der Zellen des röhrenförmigen Typs wurden Brennstoffzellen des vertikalen Streifen-Typs und des horizontalen Streifen-Typs vorgeschlagen. Obwohl eine röhrenförmige Brennstoffzelle dahingehend vorteilhaft ist, dass sie hervorragende Gasabdichtungseigenschaften aufweist, ist deren Herstellung kompliziert, da deren Aufbau komplexer ist als derjenige einer Zelle des planaren Typs und dies die Kosten für die Herstellung der Brennstoffzelle hoch macht.
Ferner weisen diese Zellengestaltungen die folgenden Nachteile auf: Sowohl bei Zellen des planaren Typs als auch bei Zellen des röhrenförmigen Typs muss der Elektrolyt dünn sein, um die Leistung zu verbessern, und der Ohm'sche Widerstand des Elektrolytmaterials muss vermindert werden. Ein übermäßig dünner Elektrolyt weist jedoch keine ausreichende Festigkeit auf und vermindert die Schwingungsbeständigkeit und die Dauerbeständigkeit der Zelle.
Aus diesem Grund wurde als Ersatz für die vorstehend genannten Brennstoffzellen des planaren Typs und des röhrenförmigen Typs eine Festoxid-Brennstoffzelle des nicht-Diaphragma-Typs vorgeschlagen, bei der, wie es z.B. in dem japanischen ungeprüften Patent mit der Offenlegungsnummer 1996-264195 beschrieben ist, eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode auf der gleichen Oberfläche eines Festelektrolytsubstrats angeordnet sind und Elektrizität durch Zuführen eines Mischgases aus Brennstoffgas und oxidierendem Gas erzeugt wird. Da das Brennstoffgas und das oxidierende Gas in dieser Brennstoffzelle nicht getrennt werden müssen, werden ein Separator und eine Gasabdichtung unnötig und der Aufbau und die Herstellung der Brennstoffzelle können signifikant vereinfacht werden.
In einer Festoxid-Brennstoffzelle des nicht-Diaphragma-Typs beeinflusst die Dicke des Elektrolyten die Zellenleistung nicht signifikant, wie es bei Zellen des planaren Typs oder des röhrenförmigen Typs der Fall ist, da eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode nahe beeinander auf der gleichen Oberfläche eines Festelektrolyten ausgebildet sind und die Leitung von Sauerstoffionen vorwiegend auf der Oberfläche des Elektrolyten stattfindet. Daher kann der Elektrolyt dicker gemacht werden, während das gleiche Niveau der Zellenleistung aufrechterhalten wird, und dies kann dessen Anfälligkeit für eine Beschädigung vermindern.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird die Anfälligkeit für eine Beschädigung bei den Festoxid-Brennstoffzellen des Standes der Technik dadurch vermindert, dass der Elektrolyt dicker gemacht wird. Da jedoch in vielen Fällen nur die Abschnitte in der Nähe der Oberfläche des Elektrolyten zu der Zellenreaktion beitragen, wird die Zellenleistung selbst dann nicht signifikant verbessert, wenn der Elektrolyt dicker gemacht wird. Daher werden dadurch, dass der Elektrolyt dicker gemacht wird, lediglich dessen Herstellungskosten erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das vorstehend genannte Problem zu lösen, und die vorliegende Erfindung stellt eine Festoxid-Brennstoffzelle bereit, bei der die Anfälligkeit für eine Beschädigung vermindert ist, die Herstellungskosten gesenkt sind und die eine hohe Leistungsabgabe aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Die erste erfindungsgemäße Festoxid-Brennstoffzelle wurde zur Lösung des vorstehend genannten Problems entwickelt. Die Festoxid-Brennstoffzelle umfasst ein Substrat, einen Elektrolyten, der auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und mindestens ein Elektrodenelement, das eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode umfasst, die auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, dass die Brennstoffzelle ferner einen weiteren Elektrolyten, der auf der anderen Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und ein Elektrodenelement umfasst, das eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode umfasst, die auf der gleichen Oberfläche dieses Elektrolyten, der auf der anderen Oberfläche des Substrats angeordnet ist, mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet sind.
Auf jeder Oberfläche des Substrats kann unter Verwendung eines Elektrolyten eine Mehrzahl von Elektrodenelementen angeordnet sein. Diese Elektrodenelemente können unter Verwendung eines Verbindungselements, das auf der Brennstoffzelle angeordnet ist, miteinander verbunden sein. Es ist auch möglich, ein Verbindungselement auf der Seite einer Vorrichtung bereitzustellen, auf der die Brennstoffzelle angeordnet werden soll, so dass diese Elektrodenelemente durch das Verbindungselement verbunden werden können, wenn die Brennstoffzelle installiert wird.
Es ist bevorzugt, dass eine Rille in dem Elektrolyten ausgebildet ist, so dass benachbarte Elektrodenelemente voneinander getrennt sind. Die Rille kann so ausgebildet werden, dass sie durch den Elektrolyten schneidet und das Substrat erreicht.
Es ist auch möglich, den Elektrolyten zwischen benachbarten Elektrodenelementen abzutrennen. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass ein Isoliermaterial zwischen benachbarten Elektrolyten angeordnet ist. Diese Anordnung vereinfacht die Verbindung zwischen Elektrodenelementen unter Verwendung eines Verbindungselements und trennt die Elektrolyten zuverlässig voneinander.
Bei der Brennstoffzelle ist es bevorzugt, dass der Elektrolyt durch Drucken gebildet wird. Alternativ kann der Elektrolyt in eine plattenartige oder eine blattartige Form gebracht und mit einem Haftmittel an dem Substrat angebracht werden.
Bei der Brennstoffzelle ist es bevorzugt, dass Elektrodenelemente derart ausgebildet werden, dass eine der Elektroden von der anderen Elektrode mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen umgeben ist.
Die zweite erfindungsgemäße Festoxid-Brennstoffzelle umfasst eine Mehrzahl einzelner Zellen, die jeweils einen Elektrolyten, eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode aufweisen, wobei die Festoxid-Brennstoffzelle ferner ein Substrat zum Tragen der Mehrzahl von einzelnen Zellen umfasst und wobei der Elektrolyt jeder einzelnen Zelle derart auf dem Substrat angeordnet ist, dass ein vorgegebener Abstand dazwischen vorliegt.
Auf jeder Oberfläche des Substrats kann eine Mehrzahl von Zellen angeordnet sein. Diese Zellen können unter Verwendung eines Verbindungselements, das auf der Brennstoffzelle angeordnet ist, miteinander verbunden sein. Es ist auch möglich, ein Verbindungselement auf der Seite einer Vorrichtung bereitzustellen, auf der die Brennstoffzelle angeordnet werden soll, so dass diese Zellen durch das Verbindungselement miteinander verbunden werden können, wenn die Brennstoffzelle installiert wird.
Bei dieser Brennstoffzelle ist es bevorzugt, dass der Elektrolyt durch Drucken gebildet wird. Es ist auch möglich, den Elektrolyten zu einer plattenartigen Form auszubilden und den Elektrolyten mit einem Haftmittel an dem Substrat anzubringen.
Bei jeder der vorstehend erläuterten Brennstoffzellen ist es bevorzugt, dass das Substrat aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine partiell erweiterte Schnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
2 ist eine schematische Draufsicht der Brennstoffzelle von 1.
3 veranschaulicht ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Brennstoffzelle von 1.
4 zeigt eine Brennstoffzelle gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei (a) eine partielle Querschnittsansicht und (b) eine schematische Draufsicht ist.
5 veranschaulicht ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Brennstoffzelle von 4.
6 zeigt eine Brennstoffzelle gemäß der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei (a) eine partielle Querschnittsansicht und (b) eine schematische Draufsicht ist.
7 veranschaulicht ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Brennstoffzelle von 6.
8 veranschaulicht ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Brennstoffzelle der dritten Ausführungsform.
9 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle.
10 ist eine Draufsicht des weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle.
11 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der Brennstoffzelle von 6.
12 ist eine Draufsicht des weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle.
13 ist eine partiell erweiterte Schnittansicht der Brennstoffzelle von 12.
14 zeigt ein weiteres Beispiel der Brennstoffzelle von 6, wobei (a) eine Querschnittsansicht und (b) eine schematische Draufsicht ist.
15 zeigt eine Brennstoffzelle von Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine Draufsicht und (b) eine Querschnittsansicht ist.
16 zeigt eine Brennstoffzelle von Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine Draufsicht und (b) eine Querschnittsansicht ist.
17 ist eine Querschnittsansicht einer Brennstoffzelle von Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
Beste Art und Weise der Durchführung der Erfindung
Erste Ausführungsform
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Festoxid-Brennstoffzelle unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die 1 ist eine partielle Querschnittsansicht einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform und die 2 ist eine schematische Draufsicht der Brennstoffzelle.
Gemäß den 1 und 2 umfasst diese Brennstoffzelle ein blattartiges Substrat 1 und einen Elektrolyten 3, der auf eine Oberfläche des Substrats 1 laminiert ist, wobei eine Mehrzahl von Elektrodenelementen (einzelne Zellen) E, die jeweils ein Paar aus einer Brennstoffelektrode 5 und einer Luftelektrode 7 umfassen, auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten 3 angeordnet ist. In jedem Elektrodenelement E sind eine Brennstoffelektrode 5 und eine Luftelektrode 7 in einer streifenartigen Form ausgebildet und so angeordnet, dass zwischen diesen ein vorgegebener Abstand vorliegt. Der Abstand zwischen der Brennstoffelektrode 5 und der Luftelektrode 7 beträgt vorzugsweise 1 μm bis 500 μm und mehr bevorzugt 10 μm bis 500 μm.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist auf dem Elektrolyten 3 eine Mehrzahl von Elektrodenelementen E ausgebildet und diese Elektrodenelemente E sind mit einem Verbindungselement 9 in Reihe miteinander verbunden. Mit anderen Worten: Die Luftelektrode 7 jedes Elektrodenelements E ist mit der Brennstoffelektrode 5 eines benachbarten Elektrodenelements E über ein Verbindungselement 9 verbunden.
Die Materialien für die Brennstoffzelle, welche die vorstehend beschriebenen Strukturen aufweist, werden nachstehend erläutert. Es ist bevorzugt, dass das Substrat 1 aus einem Material mit einem hervorragenden Haftvermögen an dem Elektrolyten 3 ausgebildet wird. Spezielle Beispiele für verwendbare Materialien sind SUS sowie Materialien auf Aluminiumoxidbasis, Materialien auf Siliziumdioxidbasis, Materialien auf Titanoxidbasis und entsprechende Materialien auf keramischer Basis. Materialien auf keramischer Basis mit einer hervorragenden Wärmebeständigkeit von mindestens 1000°C sind besonders bevorzugt. Es sollte beachtet werden, dass die Dicke des Substrats 1 vorzugsweise nicht weniger als 50 μm beträgt.
Als Material für den Elektrolyten 3 können bekannte Materialien für Festoxid-Brennstoffzellenelektrolyten verwendet werden. Spezielle Beispiele für verwendbare Materialien umfassen Sauerstoffionen-leitende keramische Materialien, wie z.B. mit Samarium, Gadolinium und/oder dergleichen dotierte Oxide auf Ceroxidbasis, Strontium- und/oder Magnesium-dotierte Oxide auf Lanthangallatbasis, Scandium- und/oder Yttrium-enthaltende Oxide auf Zirkoniumoxidbasis, usw. Die Dicke des Elektrolyten 3 beträgt vorzugsweise 10 μm bis 5000 μm und mehr bevorzugt 50 μm bis 2000 μm.
Die Brennstoffelektrode 5 und die Luftelektrode 7 können aus einem keramischen Pulvermaterial gebildet werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser eines solchen keramischen Pulvers beträgt im Allgemeinen 10 nm bis 100 μm, vorzugsweise 50 nm bis 50 μm und mehr bevorzugt 100 nm bis 10 μm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser kann z.B. gemäß JIS Z 8901 gemessen werden.
Die Brennstoffelektrode 5 kann aus einem Gemisch eines Metallkatalysators und eines keramischen Pulvers, das einen Oxidionenleiter umfasst, gebildet werden. Beispiele für verwendbare Metallkatalysatoren sind diejenigen, die in einer reduzierenden Atmosphäre stabil sind und eine Wasserstoff-oxidierende Aktivität aufweisen, wie z.B. Nickel, Eisen, Cobalt, Edelmetalle (Platin, Ruthenium, Palladium, usw.), usw. Oxidionenleiter mit einer Fluorit- oder Perowskitstruktur werden bevorzugt verwendet. Beispiele für Oxidionenleiter mit einer Fluoritstruktur sind mit Samarium, Gadolinium und/oder dergleichen dotierte Oxide auf Ceroxidbasis, Scandium- und/oder Yttrium-enthaltende Oxide auf Zirkoniumoxidbasis, usw. Beispiele für Oxidionenleiter mit einer Perowskitstruktur sind Strontium- und/oder Magnesium-dotierte Oxide auf Lanthangallatbasis. Von den vorstehend genannten Materialien wird die Brennstoffelektrode 4 vorzugsweise aus einem Gemisch eines Oxidionenleiters und Nickel gebildet. Um das Gemisch herzustellen, können ein keramisches Material, das einen Oxidionenleiter enthält, und Nickel physikalisch gemischt werden, oder Nickel kann mit einem keramischen Pulver modifiziert werden. Die vorstehend genannten keramischen Materialien können einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr solchen Materialien verwendet werden. Die Brennstoffelektrode 5 kann aus einem einzelnen Metallkatalysator gebildet werden.
Metalloxide von Co, Fe, Ni, Cr, Mn, usw., mit einer Perowskitstruktur können als keramisches Pulvermaterial für die Luftelektrode 7 verwendet werden. Spezielle Beispiele dafür umfassen Oxide wie z.B. (Sm, Sr)CoO₃, (La, Sr)MnO₃, (La, Sr)CoO₃, (La, Sr)(Fe, Co)O₃, (La, Sr)(Fe, Co, Ni)O₃, usw. Von diesen Oxiden ist (La, Sr)MnO₃ besonders bevorzugt. Solche kerami schen Materialien können einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr solchen Materialien verwendet werden.
Die Brennstoffelektrode 5 und die Luftelektrode 7 werden unter Verwendung der vorstehend genannten Materialien als Hauptbestandteile und Zugeben geeigneter Mengen eines Bindemittelharzes, eines organischen Lösungsmittels, usw., gebildet. Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Bindemittelharz und dergleichen derart zugegeben werden, dass der Gehalt der Hauptbestandteile 50 bis 95 Gew.-% beträgt. Die Dicke der Luftelektrode 3 und der Brennstoffelektrode 5 nach dem Sintern beträgt vorzugsweise 1 μm bis 500 μm und mehr bevorzugt 10 μm bis 100 μm.
Wie bei der Brennstoffelektrode 5 und der Luftelektrode 7 wird der Elektrolyt 3 unter Verwendung der vorstehend genannten Materialien als Hauptbestandteile und Zugeben geeigneter Mengen eines Bindemittelharzes, eines organischen Lösungsmittels, usw., gebildet. Bei dem Gemisch aus den Hauptbestandteilen und dem Bindemittel ist es bevorzugt, dass der Gehalt der Hauptbestandteile nicht weniger als 80 Gew.-% beträgt. Es ist auch möglich, das Pulver, welches die vorstehend genannten Materialien umfasst, einem uniaxialen Formpressen und einem kaltisostatischen Pressen (CIP) zu unterwerfen, das resultierende Material bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum zu sintern und dann das resultierende Material in eine plattenartige oder blattartige Form mit einer gewünschten Dicke und anderen gewünschten Abmessungen zu stanzen bzw. zu schneiden. Der so erhaltene plattenartig oder blattartig geformte Elektrolyt 3 wird mit einem Haftmittel an dem Substrat 1 angebracht, so dass eine Brennstoffzelle erhalten wird. Es sollte beachtet werden, dass es dann, wenn der Elektrolyt 3 durch Drucken gebildet wird, bevorzugt ist, dass eine Spannungsrelaxationsschicht, die aus einem Haftmittelmaterial ausgebildet ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen demjenigen des Substrats 1 und demjenigen des Elektrolyten 3 liegt, zwischen dem Substrat 1 und dem Elektrolyten 3 angeordnet ist. Dies verhindert eine Rissbildung des Dünnfilms während des Sinterns aufgrund der Unterschiede bei den Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 1 und des Elektrolyten 3.
In einer Brennstoffzelle, welche die vorstehend beschriebene Struktur aufweist, wird in der folgenden Weise Leistung erzeugt: Ein Gasgemisch aus einem Brennstoffgas, das Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Methan und Ethan, enthält, zusammen mit Luft oder einem entsprechenden oxidierenden Gas wird einer Oberfläche einer einzelnen Zelle C bei einer hohen Temperatur (z.B. 400°C bis 1000°C) zugeführt. Dies initiiert eine ionische Sauerstoffleitung in dem Elektrolyten 3, der zwischen der Brennstoffelektrode 5 und der Luftelektrode 7 sandwichartig angeordnet ist, wodurch eine elektrische Leistung erzeugt wird. In einer Brennstoff zelle, die den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, tragen diejenigen Abschnitte, die von der Umgebung der Oberfläche des Elektrolyten 3 verschieden sind, nicht signifikant zur Zellenreaktion bei und daher können die Herstellungskosten dadurch gesenkt werden, dass der Elektrolyt 3 in einem Ausmaß dünn gemacht wird, das die Zellenleistung nicht nachteilig beeinflusst. In der Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform kann eine hohe Beständigkeit gegen Schwingungen und Wärmezyklen selbst dann, wenn der Elektrolyt 3 ein Dünnfilm ist, aufrechterhalten werden, da der Elektrolyt 3 auf dem Substrat 1 geträgert ist.
Durch Verbinden einer Mehrzahl von Elektrodenelementen E in Reihe unter Verwendung eines Verbindungselements 9 kann die Abgabe einer hohen Spannung erreicht werden. Das Verbindungselement 9 kann aus leitenden Metallen, wie z.B. Pt, Au, Ni, Ag, Cu, SUS, Metallmaterialien oder Materialien auf Lanthan-Chromit-Basis, wie z.B. La(Cr, Mg)O₃, (La, Ca)CrO₃ und (La, Sr)CrO₃ gebildet werden. Solche Materialien können einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr solchen Materialien verwendet werden. Es ist auch möglich, Additive zuzusetzen, wie z.B. das vorstehend beschriebene Bindemittelharz.
Ferner kann das Verbindungselement 9 über eine Isolierschicht auf dem Elektrolyten 3 ausgebildet sein. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass das Material für die Isolierschicht ein Material auf keramischer Basis ist, da diese Materialien eine hervorragende Wärmebeständigkeit aufweisen. Spezielle Beispiele für verwendbare Materialien auf keramischer Basis sind Materialien auf Aluminiumoxidbasis, Materialien auf Siliziumdioxidbasis, Materialien auf Titanoxidbasis und entsprechende Materialien auf keramischer Basis. Durch Anordnen des Verbindungselements 9 auf dem Elektrolyten 3 über eine Isolierschicht kann ein elektrischer Kontakt zwischen dem Verbindungselement 9 und dem Elektrolyten 3 verhindert werden. Diese Anordnung hat den folgenden Vorteil. Wenn das Verbindungselement auf dem Elektrolyten ausgebildet wird, um benachbarte Elektrodenelemente wie bei den herkömmlichen Techniken zu verbinden, zeigt das Verbindungselement eine elektrische Leitfähigkeit und manchmal eine Ionenleitfähigkeit, die derjenigen ähnlich ist, wie sie bei Elektrodenreaktionen beobachtet wird, und kann in der gleichen Weise als Elektrode wirken. Dies kann die intrinsische elektromotorische Kraft der Brennstoffzelle vermindern. Im Gegensatz dazu kann in der Struktur der vorliegenden Ausführungsform eine Verminderung der elektromotorischen Kraft verhindert werden, da das Verbindungselement 9 und der Elektrolyt 3 nicht in elektrischem Kontakt miteinander stehen. Dies verhindert auch, dass die elektromotorische Kraft instabil wird und erreicht bevorzugte Ausgangsleistungseigenschaften.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Brennstoffzelle wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 erläutert. Als erstes werden eine Elektro lytpaste, eine Brennstoffelektrodenpaste und eine Luftelektrodenpaste unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Pulvermaterialien für den Elektrolyten 3, die Brennstoffelektrode 5 und die Luftelektrode 7 als Hauptbestandteile und Mischen dieser Pasten mit geeigneten Mengen eines Bindemittelharzes, eines organischen Lösungsmittels, usw., hergestellt. Die Viskosität jeder Paste beträgt vorzugsweise etwa 10³ mPa·s bis 10⁶ mPa·s, was für die Durchführung eines später beschriebenen Siebdrucks bevorzugt ist. In der gleichen Weise werden ein Bindemittelharz und/oder andere Additive dem vorstehend beschriebenen Pulvermaterial zugesetzt, um eine Verbindungselementpaste herzustellen. Die Viskosität der Verbindungselementpaste ist mit der vorstehend genannten Viskosität identisch.
Zweitens wird die Elektrolytpaste mittels Siebdruck auf das Substrat 1 aufgebracht, und bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum getrocknet und gesintert, wodurch der Elektrolyt 3 gebildet wird (3(a)). Anschließend wird die Brennstoffelektrodenpaste mittels Siebdruck auf eine Mehrzahl von Abschnitten auf den Elektrolyten aufgebracht, so dass streifenartige Formen erhalten werden, und dann wird die Paste bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum getrocknet und gesintert, wodurch eine Mehrzahl von Brennstoffelektroden 5 gebildet wird (3(b)). Anschließend wird die Luftelektrodenpaste mittels Siebdruck auf Abschnitte aufgebracht, die den Brennstoffelektroden 5 gegenüber liegen, und die Paste wird bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum getrocknet und gesintert, wodurch eine Mehrzahl von Elektrodenelementen C gebildet wird (3(c)). Im letzten Schritt wird die Verbindungselementpaste mittels Siebdruck linear zwischen den Elektrodenelementen C aufgebracht, so dass die Mehrzahl von Elektrodenelementen C durch das Verbindungselement 9 in Reihe miteinander verbunden wird. Das Verbindungselement 9 wird auf diese Weise gebildet (3(d)).
In der vorstehend beschriebenen Brennstoffzelle kann, da der Elektrolyt zwischen den benachbarten Elektrodenelementen vorliegt, dieser Elektrolyt als Weg wirken, durch den Sauerstoffionen während der Erzeugung elektrischer Leistung wandern. Daher kann der Elektrolyt zwischen den Elektrodenelementen zusammen mit der Brennstoffelektrode und der Luftelektrode, die den Elektrolyten sandwichartig umgeben, eine Brennstoffzelle bilden und elektrische Leistung erzeugen. Bei dieser Struktur heben sich die elektromotorische Kraft, die in einer einzelnen Zelle inhärent ist, und die elektromotorische Kraft, die zwischen einzelnen Zellen gebildet wird, auf und daher findet innerhalb der Zelle ein Kurzschluss statt. Es wird angenommen, dass dies die elektromotorische Kraft einer Brennstoffzelle als Ganzes vermindert. Daher ist selbst dann, wenn die Anzahl der Elektrodenelemente erhöht wird, die elektromotorische Kraft als Ganzes gegebenenfalls nicht mit der „elektromotorischen Kraft pro Elektrodenelement multipliziert mit der Anzahl der Elektrodenelemente" identisch. Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die unter Berücksichtigung dieses Nachteils entwickelt worden ist, wird nachstehend erläutert.
Zweite Ausführungsform
Eine Festoxid-Brennstoffzelle der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird nachstehend erläutert. Die 4 zeigt die erfindungsgemäße Brennstoffzelle, wobei (a) eine Seitenansicht und (b) eine Draufsicht ist. Dabei wird eine Brennstoffzelle erläutert, die zwei Elektrodenelemente umfasst.
Gemäß der 4 umfasst diese Brennstoffzelle ein blattartiges Substrat 1 und einen Elektrolyten 3, der auf einer Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet ist, wobei zwei Elektrodenelemente E, die jeweils ein Paar aus einer Brennstoffelektrode 5 und einer Luftelektrode 7 aufweisen, auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten 3 angeordnet sind. Die Struktur jedes Elektrodenelements E ist mit derjenigen in der ersten Ausführungsform identisch. Eine Rille V ist zwischen den Elektrodenelementen E ausgebildet, um diese abzutrennen. Eine Luftelektrode 7 in einem Elektrodenelement E₁ ist mit einer Brennstoffelektrode 5 in dem benachbarten Elektrodenelement E₂ durch ein Verbindungselement 9 so verbunden, dass die Rille V gekreuzt wird. Ein Teil des Verbindungselements 9 ist in die Rille V eingesetzt.
Die Materialien für das Substrat 1, den Elektrolyten 3, die Brennstoffelektrode 5, die Luftelektrode 7 und das Verbindungselement 9, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, sind mit denjenigen identisch, die in der ersten Ausführungsform verwendet worden sind, und daher wird eine detaillierte Erläuterung hier weggelassen. Das Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Leistung der vorliegenden Ausführungsform ist ebenfalls mit demjenigen der ersten Ausführungsform identisch.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Rille V, deren Tiefe D größer ist als die Dicke R des Elektrolyten 3 unterhalb der Rille, in dem Elektrolyten 3 zwischen den Elektrodenelementen E₁, E₂ ausgebildet (z.B. D = 800 μm, R = 200 μm). Dies vermindert den Weg in dem Elektrolyten 3 zwischen den Elektrodenelementen E₁, E₂, durch den Sauerstoffionen wandern. Als Ergebnis wird die Erzeugung von elektrischer Leistung minimiert und daher wird die Verminderung der Spannung verhindert. Es sollte beachtet werden, dass die Breite der Rille V vorzugsweise 1 μm bis 5000 μm beträgt, wie es in der dritten Ausführungsform beschrieben ist.
Ein Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle wird unter Bezugnahme auf die 5 erläutert. Die Elektrolytpaste, die Brennstoffelektrodenpaste, die Luftelektrodenpaste und die Verbindungselementpaste, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, sind mit denjenigen in der ersten Ausführungsform identisch. Wie es in den 5(a) bis 5(c) gezeigt ist, werden ein Elektrolyt 3, Brennstoffelektroden 5 und Luftelektroden 7 auf dem Substrat 1 ausgebildet. Das Herstellungsverfahren ist bis zu dieser Stelle mit demjenigen in der ersten Ausführungsform identisch.
Eine Rille V wird dann in dem Elektrolytsubstrat 3 zwischen den Elektrodenelementen E₁, E₂ ausgebildet (5(d)). Die Rille V kann z.B. durch Abstrahlen, Laserstrahlbearbeiten, Zerspanen bzw. Schneiden, usw. gebildet werden. Ein Verbindungselement 1 wird dann durch Aufbringen einer Verbindungselementpaste zwischen der Brennstoffelektrode 5 in dem Elektrodenelement E₂ und der Luftelektrode 7 in dem Elektrodenelement E₁ gebildet, wie es in der 5(e) gezeigt ist, wodurch die in der 4 gezeigte Brennstoffzelle erhalten wird.
In dieser Ausführungsform wird der Weg, durch den Sauerstoffionen wandern, durch die Bereitstellung einer Rille in dem Elektrolyten zwischen den Elektrodenelementen verkürzt und daher wird die Erzeugung von elektrischer Leistung zwischen den Elektrodenelementen vermindert. Es ist jedoch auch möglich, den Elektrolyten zwischen den Elektrodenelementen, die durch das Verbindungselement verbunden sind, vollständig abzutrennen. Eine solche Ausführungsform wird nachstehend erläutert.
Dritte Ausführungsform
Eine Festoxid-Brennstoffzelle der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die 6 zeigt die Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform, wobei (a) eine partielle Querschnittsansicht und (b) eine schematische Draufsicht ist.
Gemäß der 6 umfasst diese Brennstoffzelle ein blattartiges Substrat 1 und eine Mehrzahl von einzelnen Zellen C (in der 6 zwei einzelne Zellen C₁, C₂), die auf einer Oberfläche des Substrats 1 angeordnet sind. Die einzelnen Zellen C sind über ein Verbindungselement 9 in Reihe verbunden.
Jede einzelne Zelle C umfasst einen rechteckigen Elektrolyten 3, der auf einer Oberfläche des Substrats 1 angeordnet ist, und ein Paar aus einer Brennstoffelektrode 5 und einer Luftelektrode 7, die auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten 3 angeordnet sind. Der Elektro lyt 3 jeder einzelnen Zelle C ist so angeordnet, dass er mit einem vorgegebenen Abstand von dem Elektrolyten 3 der benachbarten einzelnen Zelle C vorliegt, so dass zwischen den Elektrolyten 3 ein Spalt S gebildet wird. Der Spalt weist vorzugsweise eine Größe von z.B. 10 μm bis 5000 μm und mehr bevorzugt 10 μm bis 500 μm auf. Die Brennstoffelektrode 5 und die Luftelektrode 7 auf dem Elektrolyten 3 sind in streifenartigen Formen ausgebildet und so angeordnet, dass ein vorgegebener Abstand zwischen diesen vorliegt. Der Abstand L zwischen der Brennstoffelektrode 5 und der Luftelektrode 7 beträgt vorzugsweise 1 μm bis 5000 μm und mehr bevorzugt 10 μm bis 500 μm. Wie es in der 2 gezeigt ist, ist an jeder der Endelektroden der Brennstoffzelle, d.h. der Brennstoffelektrode 5 einer einzelnen Zelle C₁ und der Luftelektrode 7 der anderen einzelnen Zelle C₂ ein Stromkollektorelement 8 bereitgestellt.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, verbindet das Verbindungselement 9 benachbarte einzelne Zellen C. Insbesondere verbindet das Verbindungselement 9 eine Luftelektrode 7 einer einzelnen Zelle C₁ mit einer Brennstoffelektrode 5 der anderen einzelnen Zelle C₂. Bei dieser Struktur ist das Verbindungselement 9 auf dem Elektrolyten 5 ausgebildet und auf dem Substrat 1 zwischen den benachbarten einzelnen Zellen C so angeordnet, dass es den Spalt S kreuzt.
Die Materialien für das Substrat 1, den Elektrolyten 3, die Brennstoffelektrode 5, die Luftelektrode 7 und das Verbindungselement 9, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, sind mit denjenigen identisch, die in der ersten Ausführungsform verwendet worden sind, und daher wird eine detaillierte Erläuterung hier weggelassen. Das Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Leistung der vorliegenden Ausführungsform ist ebenfalls mit demjenigen der ersten Ausführungsform identisch. Es sollte beachtet werden, dass das Material für das Stromkollektorelement 8 mit dem Material für das Verbindungselement identisch ist.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann bei der Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform selbst dann, wenn der Elektrolyt 3 ein Dünnfilm ist, eine hohe Beständigkeit gegen Schwingungen und Wärmezyklen aufrechterhalten werden, da der Elektrolyt 3 durch das Substrat 1 geträgert ist. Bei der vorstehend erläuterten Brennstoffzelle ist jede einzelne Zelle C getrennt mit Spalten dazwischen angeordnet und über ein Verbindungselement 9 verbunden. In dieser Ausführungsform wird eine Wanderung von Sauerstoffionen zwischen den einzelnen Zellen C verhindert, und die Bildung einer Brennstoffzelle zwischen einzelnen Zellen kann verhindert werden, da zwischen den einzelnen Zellen C kein Elektrolyt 3 vorliegt. Als Folge davon wird die Verminderung der elektromotorischen Kraft der Brennstoffzelle verhindert und daher kann eine hohe Ausgangsleistung erhalten werden.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Brennstoffzelle wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben. Als erstes werden eine Elektrolytpaste, eine Brennstoffelektrodenpaste und eine Luftelektrodenpaste unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Pulvermaterialien für den Elektrolyten 3, die Brennstoffelektrode 5 und die Luftelektrode 7 als Hauptbestandteile und Zusetzen und Mischen dieser Pasten zu bzw. mit geeigneten Mengen eines Bindemittelharzes, eines organischen Lösungsmittels, usw., hergestellt. Die Viskosität jeder Paste beträgt vorzugsweise etwa 10³ mPa·s bis 10⁶ mPa·s, was für die Durchführung eines später beschriebenen Siebdrucks bevorzugt ist. In der gleichen Weise wird eine Verbindungselementpaste durch Zusetzen eines Bindemittelharzes und/oder anderer Additive zu Pulvermaterialien hergestellt. Die Viskosität der Verbindungselementpaste ist mit derjenigen der vorstehend genannten Paste identisch.
Zweitens wird die Elektrolytpaste mittels Siebdruck auf eine Mehrzahl von Abschnitten des Substrats 1 aufgebracht und bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum getrocknet. Auf diese Weise wird eine Mehrzahl von rechteckigen Elektrolyten 3 mit vorgegebenen Spalten S zwischen diesen gebildet (7(a)). Anschließend wird eine Brennstoffelektrodenpaste so mittels Siebdruck auf jeden Elektrolyten 3 aufgebracht, dass sie streifenartige Formen aufweist, und bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum getrocknet und gesintert, wodurch Brennstoffelektroden 5 gebildet werden (7(b)). Eine Luftelektrodenpaste wird dann mittels Siebdruck auf jeden Elektrolyten 3 in Bereichen aufgebracht, die den Brennstoffelektroden 5 gegenüber liegen, und bei einer vorgegebenen Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum getrocknet und gesintert, wodurch Luftelektroden 7 gebildet werden. Auf diese Weise wird eine Mehrzahl einzelner Zellen C gebildet (7(c)). Im letzten Schritt wird mittels Siebdruck ein Verbindungselement 9 durch lineares Aufbringen einer Verbindungselementpaste zwischen einzelnen Zellen C gebildet, so dass die Mehrzahl von einzelnen Zellen C in Reihe miteinander verbunden wird. In dieser Ausführungsform ist das Verbindungselement 9 so ausgebildet, dass es den Spalt S zwischen den Elektrolyten 3 kreuzt und unmittelbar oberhalb des Substrats 1 verläuft. Stromkollektorelemente 8 sind an den Enden des Verbindungselements 9 bereitgestellt. Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang wird die Herstellung der Brennstoffzelle abgeschlossen (7(d)). Wenn eine Mehrzahl von einzelnen Zellen unter Verwendung eines lichtempfindlichen Polymers als Bindemittelharz gebildet wird, kann mit dem folgenden Verfahren eine Mehrzahl von einzelnen Zellen oder Elektrolyten mit einer gewünschten Struktur erhalten werden. Nach dem Aufbringen und Trocknen einer Paste wird die Paste unter Verwendung einer Maske belichtet, so dass sie eine Mehrzahl von Strukturen aufweist, die unbelichteten Abschnitte werden entfernt und die verbleibenden Abschnitte werden dann gesintert.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Modifizierungen können durchgeführt werden, so lange solche Modifizierungen die vorliegende Erfindung nicht nachteilig beeinflussen. Beispielsweise wird in dem Herstellungsverfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ein Siebdruck zum Aufbringen jeder Paste eingesetzt. Es ist jedoch auch möglich, Rakelbeschichten, Sprühbeschichten, Lithographie, elektrophoretische Abscheidung, Walzenbeschichten, Dispenserbeschichten, CVD, EVD, Sputtern und Transferdrucken sowie andere typischerweise verwendete Druckverfahren einzusetzen. Als Verfahren nach dem Drucken können isostatisches Pressen, ölhydraulisches Pressen und andere typischerweise verwendete Pressverfahren eingesetzt werden.
Wenn ein Elektrolyt unter Verwendung eines der vorstehend genannten Druckverfahren gebildet wird, ist es bevorzugt, zwischen dem Substrat 1 und dem Elektrolyten 3 eine Spannungsrelaxationsschicht bereitzustellen. Eine solche Spannungsrelaxationsschicht wird aus einem Haftmittelmaterial gebildet, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der zwischen demjenigen des Substrats 1 und demjenigen des Elektrolyten 3 liegt. Dies verhindert eine Rissbildung in dem Elektrolyten während des Sinterns aufgrund von Unterschieden bei den Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat 1 und dem Elektrolyten 3.
Alternativ ist es auch möglich, eine Brennstoffzelle durch Herstellen eines plattenartig oder blattartig geformten Elektrolyten und Kleben und Anbringen des Elektrolyten an ein Substrat unter Verwendung eines Haftmittels zu erhalten. In diesem Fall kann, insbesondere wenn eine Brennstoffzelle der dritten Ausführungsform gebildet wird, eine Brennstoffzelle durch Anbringen jedes einer Mehrzahl von Elektrolyten einer einzelnen Zelle mit vorgegebenen Abmessungen erhalten werden. Alternativ ist es auch möglich, eine Brennstoffzelle durch Anbringen eines Elektrolyten an ein Substrat und Abtrennen des Elektrolyten in einzelne Zellen durch Schneiden oder Zerspanen zu erhalten. Beispielsweise kann gemäß der 8 eine Mehrzahl von einzelnen Zellen C durch Anbringen des Elektrolyten 3 an dem Substrat 1, Bereitstellen von Elektroden 5 und 7 (8(a)) und Bilden einer Rille V, die durch den Elektrolyten 3 schneidet und das Substrat 1 erreicht, so dass der Elektrolyt 3 aufgeteilt wird (8(b)), gebildet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden der Elektrolyt 3, die Brennstoffelektrode 5 und die Luftelektrode 7 nur auf einer Oberfläche des Substrats 1 gebildet. Es ist jedoch auch möglich, einen Elektrolyten 3, eine Brennstoffelektrode 5 und eine Luftelektrode 7 auf der anderen Oberfläche des Substrats 1 bereitzustellen, wie es in der 9 gezeigt ist. Es sollte beachtet werden, dass die 9(a) bis 9(c) der ersten bis dritten Ausführungsform entsprechen. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung solcher Brennstoffzellen ist derart, dass während der Bildung des Elektrolyten 3, der Brennstoffelektrode 5 und der Luftelektrode 7 auf einer Oberfläche des Substrats 1 ein weiterer Elektrolyt, eine weitere Brennstoffelektrode und eine weitere Luftelektrode in der gleichen Weise auch auf der anderen Oberfläche des Substrats 1 gebildet werden, und auf diese Weise werden zwei Zellen mit der gleichen Struktur, die jeweils auf einer Oberfläche des Substrats 1 angeordnet sind, gebildet. Diese Anordnung ermöglicht es, eine hohe Leistungsabgabe (elektrische Leistung) zu erhalten, während die Kompaktheit der Brennstoffzelle aufrechterhalten wird.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist eine Mehrzahl von Elektrodenelementen E oder von einzelnen Zellen C über ein Verbindungselement 9 in Reihe verbunden. Es ist jedoch auch möglich, diese parallel zu verbinden. Beispielsweise kann das Verbindungselement 9 gemäß der 10(a) in der ersten Ausführungsform eine Brennstoffelektrode in einem Elektrodenelement E mit einer Brennstoffelektrode in dem anderen Elektrodenelement E und eine Luftelektrode 7 in einem Elektrodenelement E mit einer Luftelektrode 7 in dem anderen Elektrodenelement E verbinden. Alternativ ist es auch möglich, sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen einzubeziehen. Durch eine solche Kombination können eine gewünschte Spannung und ein gewünschter elektrischer Strom erhalten werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine Brennstoffzelle unter Verwendung eines einzelnen Elektrodenelements E anstelle einer Mehrzahl von Elektrodenelementen E zu bilden.
Es ist auch möglich, zwischen benachbarten Elektrolyten 3 Spalten zu bilden und gemäß der 11 kann ein Isolierfilm 10 in dem Spalt S zwischen Elektrolyten 3 angeordnet werden. Dies ermöglicht es, dass benachbarte Elektrolyten 3 durch den Isolierfilm 10 abgetrennt werden können, einzelne Zellen C in einer zuverlässigeren Weise elektrisch voneinander getrennt werden und die Verbindung über das Verbindungselement 9 einfacher zu machen. Daher kann die Bildung einer Brennstoffzelle zwischen einzelnen Zellen C zuverlässig verhindert werden, wodurch eine hohe Ausgangsleistung erhalten wird.
Bei dieser Struktur ist es bevorzugt, dass der Isolierfilm 10 aus einem Material auf keramischer Basis gebildet wird. Beispiele für geeignete Materialien auf keramischer Basis sind keramische Materialien auf Aluminiumoxidbasis und Siliziumdioxidbasis. Wie bei dem Elekt rolyten, usw., beträgt der Teilchendurchmesser des keramischen Materialpulvers, das den Isolierfilm 10 bildet, im Allgemeinen 10 nm bis 100 μm und vorzugsweise 100 nm bis 10 μm. Der Isolierfilm 10 wird unter Verwendung eines keramischen Materialpulvers als Hauptbestandteil und Zugeben geeigneter Mengen eines Bindemittelharzes, eines organischen Lösungsmittels, usw., gebildet. Wie bei dem Elektrolyten, usw., beträgt die Dicke des Isolierfilms 10 nach dem Sintern im Allgemeinen 1 μm bis 500 μm und vorzugsweise 10 μm bis 100 μm.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Elektroden zu streifenartigen Formen ausgebildet und die Brennstoffelektrode und die Luftelektrode werden abwechselnd ausgerichtet. Die Form der Elektrode ist jedoch nicht darauf beschränkt und es kann auch die folgende Anordnung eingesetzt werden. Wie es in den 12 und 13 gezeigt ist, umfasst eine solche Brennstoffzelle 24 Elektrodenelemente E und diese Elektrodenelemente E sind über Verbindungselemente 9 miteinander verbunden.
Jedes Elektrodenelement E umfasst eine Brennstoffelektrode 5 und eine Luftelektrode 7, wobei eine rahmenartige Brennstoffelektrode 5 mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen um eine rechteckige Luftelektrode 7 angeordnet ist. Die äußere Form der Brennstoffelektrode 5 ist entsprechend der rechteckigen Luftelektrode 7 rechteckig. Bei dieser Anordnung beträgt der Abstand zwischen der Brennstoffelektrode 5 und der Luftelektrode 7 vorzugsweise 1 μm bis 1000 μm und mehr bevorzugt 10 μm bis 500 μm. Stromkollektorelemente 51 und 71 zum Abgeben von elektrischem Strom sind auf der Brennstoffelektrode 5 bzw. der Luftelektrode 7 ausgebildet. Jedes Stromkollektorelement 51 auf einer Brennstoffelektrode 5 ist mit dem Stromkollektorelement 71 auf einer Luftelektrode 7 in dem benachbarten Elektrodenelement E durch ein Verbindungselement 9 verbunden, wodurch die Elektrodenelemente E in Reihe verbunden werden. Es sollte beachtet werden, dass der Abstand zwischen benachbarten Elektrodenelementen E vorzugsweise 10 μm bis 5000 μm und mehr bevorzugt 1000 μm bis 3000 μm beträgt.
Jedes Verbindungselement 9 weist die in der 13 gezeigte Konfiguration auf. Gemäß der 13 ist zwischen den Stromkollektorelementen 51 und 71 an den Enden des Verbindungselements (d.h. dem Kreuzungsabschnitt) über der Brennstoffelektrode 5, der Luftelektrode 7 und dem Elektrolyten 1 eine Isolierschicht 11 ausgebildet. Das Verbindungselement 9 ist auf der Isolierschicht 11 ausgebildet. Das Verbindungselement 9 verläuft daher über der Brennstoffelektrode 5, schließt die Brennstoffelektrode jedoch nicht kurz.
Die vorstehend beschriebene Struktur macht die Integration von Schaltungen einfacher und daher kann eine hohe elektrische Leistungsabgabe erhalten werden. Die Formen der Brennstoffelektrode und der Luftelektrode sind nicht auf rechteckig beschränkt und sie können z.B. in runden oder polygonalen Formen ausgebildet werden.
In der dritten Ausführungsform ist der Elektrolyt 3 auf dem Substrat 1 ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die folgende Anordnung einzusetzen. Gemäß der 14 werden zwei konkave Abschnitte 11, die in der Draufsicht rechteckig sind, in einer Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet, und der Elektrolyt 3 einer einzelnen Zelle C wird in jedem konkaven Abschnitt 11 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist jeder Elektrolyt 3 durch eine Wand 14 zwischen den konkaven Abschnitten 13 getrennt. Die Tiefe jedes konkaven Abschnitts beträgt vorzugsweise 5 μm bis 5 mm. Wenn die Tiefe kleiner als 5 μm ist, ist es schwierig, den Elektrolyten 3 in einer Weise anzuordnen, dass der Elektrolyt nicht über den konkaven Abschnitt 13 fließt. Wenn dessen Tiefe größer als 5 mm ist, nimmt der Abschnitt zu, der in dem Elektrolyten 3 nicht zur Zellenreaktion beiträgt, was die Herstellungskosten erhöht.
Bei dieser Brennstoffzelle sind die Elektrolyten 3 durch Wände 11, die zwischen den konkaven Abschnitten 13 ausgebildet sind, voneinander getrennt, da der Elektrolyt 3 jeder einzelnen Zelle C in einem konkaven Abschnitt 13 in dem Substrat 1 angeordnet ist. Da die Elektrolyten 3 zwischen den benachbarten einzelnen Zellen C nicht miteinander verbunden sind, ist es möglich, eine Verminderung der elektromotorischen Kraft zu verhindern, die durch den Elektrolyten zwischen benachbarten Elektroden verursacht wird, der, wie es bei herkömmlichen Techniken festgestellt worden ist, als Weg wirkt, durch den Sauerstoffionen wandern. Als Ergebnis kann eine hohe Ausgangsleistung erhalten werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Figuren zeigen, dass die Verbindungselemente in einigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen an Seitenflächen der Elektroden angebracht sind. Es ist jedoch auch möglich, die Verbindungselemente so zu strukturieren, dass jedes Ende des Verbindungselements auf der Oberseite jeder Elektrode angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detaillierter erläutert.
Beispiel 1
Eine Festoxid-Brennstoffzelle gemäß der 15 wurde hergestellt. Die 15(a) ist eine Draufsicht der Brennstoffzelle von Beispiel 1 und die 15(b) ist eine Querschnittsansicht. GDC-Pulver (Ce_0,9Gd_0,1O_1,9-Pulver) (Teilchendurchmesser 0,05 μm bis 5 μm, durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,5 μm) wurde als Elektrolytmaterial verwendet und mit einem Bindemittelharz auf Cellulosebasis gemischt, um eine Elektrolytpaste zu erhalten (das Gewichtsverhältnis Elektrolytmaterial:Bindemittelharz auf Cellulosebasis betrug 95:5). Durch Verdünnen der Paste unter Verwendung eines Lösungsmittels wurde die Viskosität der Elektrolytpaste auf 5 × 10⁵ mPa·s eingestellt, wie es für einen Siebdruck bevorzugt ist.
Ferner wurde eine Brennstoffelektrodenpaste als Brennstoffelektrodenmaterial durch Mischen eines NiO-Pulvers (Teilchendurchmesser 0,01 bis 10 μm, durchschnittlicher Teilchendurchmesser 1 μm) und eines SDC-Pulvers (Ce_0,8Sm_0,2O_1,9-Pulver) (Teilchendurchmesser 0,01 μm bis 10 μm, durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,1 μm) in Mengen, so dass das Gewichtsverhältnis NiO-Pulver:SDC-Pulver in dem Gemisch 7:3 betrug, und Zugeben eines Bindemittelharzes auf Cellulosebasis zu dem Gemisch in einer Menge, so dass die resultierende Brennstoffelektrodenpaste 80 Gew.-% des Gemischs umfasste, hergestellt. Mit anderen Worten: Das Verhältnis von Gemisch:Bindemittelharz betrug 80:20. Durch Verdünnen unter Verwendung eines Lösungsmittels wurde die Viskosität der Brennstoffelektrodenpaste auf 5 × 10⁵ mPa·s eingestellt, wie es für einen Siebdruck bevorzugt ist.
Eine Luftelektrodenpaste wurde als Material für die Luftelektrode durch Mischen von SSC-Pulver (Sm_0,5, Sr_0,5, CoO₃-Pulver) (Teilchendurchmesser 0,1 bis 10 μm, durchschnittlicher Teilchendurchmesser 1 μm) mit einem Bindemittelharz auf Cellulosebasis in Mengen, so dass die Luftelektrodenpaste 80 Gew.-% des SCC-Pulvers umfasste, hergestellt. Mit anderen Worten: Das Gewichtsverhältnis SSC-Pulver:Bindemittelharz in der resultierenden Luftelektrodenpaste betrug 80:20. Wie bei der Brennstoffelektrode wurde die Viskosität der Luftelektrodenpaste durch Verdünnen unter Verwendung eines Lösungsmittels auf 5 × 10⁵ mPa·s eingestellt, wie es für einen Siebdruck bevorzugt ist. Das Substrat 1 wurde aus einem Substrat auf Aluminiumoxidbasis mit 10 mm im Quadrat und einer Dicke von 1 mm hergestellt.
Die Elektrolytpaste wurde auf das Substrat 1 mittels Siebdruck auf eine Fläche von 10 mm im Quadrat aufgebracht, 15 min bei 130°C getrocknet und 10 Stunden bei 1500°C gesintert, wodurch ein Elektrolyt 3 mit einer Dicke nach dem Sintern von 200 μm erhalten wurde.
Die Brennstoffelektrodenpaste wurde mittels Siebdruck so aufgebracht, dass sie eine Breite von 500 μm und eine Länge von 7 mm aufwies. Die Paste wurde 15 min bei 130°C getrocknet und eine Stunde bei 1450°C gesintert, wobei eine Brennstoffelektrode 5 mit einer Dicke nach dem Sintern von 30 μm erhalten wurde. Anschließend wurde die Luftelektrodenpaste mittels Siebdruck auf die gleiche Oberfläche des Elektrolyten 3 aufgebracht, auf welche die Brennstoffelektrodenpaste aufgebracht worden ist. Die Luftelektrodenpaste wurde so aufgebracht, dass sie eine Breite von 500 μm, eine Länge von 7 mm und einen Abstand von der Brennstoffelektrode von 500 μm aufwies. Wie bei der Brennstoffelektrode wurde die Luftelektrodenpaste 15 min bei 130°C getrocknet und eine Stunde bei 1200°C gesintert, wobei eine Luftelektrode 7 mit einer Dicke nach dem Sintern von 30 μm erhalten wurde, wodurch eine Festoxid-Brennstoffzelle erhalten wurde, die ein einzelnes Elektrodenelement umfasste.
Die so erzeugte Festoxid-Brennstoffzelle von Beispiel 1 wurde dem folgenden Bewertungstest unterzogen. Insbesondere wurde ein Mischgas aus Methan und Sauerstoff bei 800°C in die Brennstoffzelle eingeführt, wodurch die Reaktion CH₄ + 0,5 O₂ → 2H₂ + CO bewirkt wurde. Die Brennstoffelektrode 5, die ein Nickeloxid umfasste, wurde folglich reduziert, und deren Strom/Spannung-Eigenschaften wurden dann bewertet. Es ist auch möglich, anstelle des vorstehend beschriebenen Mischgases Wasserstoffgas einzuführen, um die Reduktionsbehandlung durchzuführen.
Als Ergebnis wurde bestätigt, dass im Beispiel 1 eine Festoxid-Brennstoffzelle, die eine maximale Leistungsdichte von 65 mW/cm² aufweisen kann, erzeugt wurde.
Beispiel 2
Nachstehend wird das Beispiel 2 erläutert. Das Beispiel 2 unterscheidet sich vom Beispiel 1 dahingehend, dass zwischen dem Elektrolyten und dem Substrat eine Spannungsrelaxationsschicht angeordnet ist. Im Beispiel 2 wurde die Spannungsrelaxationsschichtpaste durch Mischen von GDC- und Al₂O₃-Pulver (Teilchendurchmesser 0,1 bis 10 μm, durchschnittlicher Teilchendurchmesser 3 μm) in einer Weise, dass das Gewichtsverhältnis GDC:Al₂O₃-Pulver 50:50 betrug, hergestellt. Die Spannungsrelaxationsschichtpaste wurde mit einem Lösungsmittel verdünnt, so dass sie eine Viskosität aufwies, die für einen Siebdruck geeignet ist, d.h. etwa 5 × 10⁵ mPa·s.
Detaillierte Erläuterungen bezüglich anderer Materialien werden weggelassen, da diese mit denjenigen von Beispiel 1 identisch waren.
Das Herstellungsverfahren wird nachstehend erläutert. Die Spannungsrelaxationsschichtpaste wurde derart auf das Substrat aufgebracht, dass die Paste eine aufgebrachte Dicke von 30 μm aufwies, und 15 min bei 130°C getrocknet. Danach wurden der Elektrolyt, die Brennstoffelektrode und die Luftelektrode in dieser Reihenfolge wie im Beispiel 1 gebildet.
Die so gebildete Brennstoffzelle wies verglichen mit einer Brennstoffzelle ohne Spannungsrelaxationsschicht eine verminderte Rissbildung in dem Dünnfilmelektrolyten auf. Bezüglich der Zellenleistung wies die Brennstoffzelle von Beispiel 2 wie im Beispiel 1 eine maximale Leistungsdichte von 65 mW/cm² auf.
Beispiel 3
Im Beispiel 3 wurde die in der 16 gezeigte Festoxid-Brennstoffzelle hergestellt. Es wurden die gleichen Materialien für das Substrat, den Elektrolyten und die Elektroden wie im Beispiel 1 verwendet. Au-Pulver (Teilchendurchmesser 0,1 μm bis 5 μm, durchschnittlicher Teilchendurchmesser 2,5 μm) wurde als Material für das Stromkollektorelement und das Verbindungselement, das einzelne Zellen verbindet, verwendet. Dem Au-Pulver wurde ein Bindemittelharz auf Cellulosebasis zugesetzt, wodurch die Verbindungselementpaste und die Stromkollektorelementpaste hergestellt wurden. Die Viskosität der Verbindungselementpaste wurde auf 5 × 10⁵ mPa·s eingestellt, wie es für einen Siebdruck bevorzugt ist.
Anschließend wurde die Elektrolytpaste mittels Siebdruck so auf das Substrat 1 aufgebracht, dass eine Mehrzahl rechteckiger Elektrolyte gebildet wurde. Die Elektrolytpaste wurde so strukturiert, dass zwei rechteckige Elektrolyten, die 0,5 mm von der Kante des Substrats positioniert waren und jeweils Abmessungen von 9 × 4,2 mm aufwiesen, mit einem Abstand von 0,6 mm dazwischen angeordnet waren. Die Elektrolytpaste wurde 15 min bei 130°C getrocknet und 10 Stunden bei 1500°C gesintert, wodurch der Elektrolyt 3 mit einer Dicke nach dem Sintern von 200 μm gebildet wurde. Danach wurde die Brennstoffelektrodenpaste mittels Siebdruck auf jeden Elektrolyten 3 derart aufgebracht, dass eine Brennstoffelektrode 5 mit einer Breite von 500 μm, einer Länge von 7 mm und einer aufgebrachten Dicke von 50 μm auf dem Elektrolyten 3 gebildet wurde. Die Brennstoffelektrodenpaste wurde 15 min bei 130°C getrocknet und eine Stunde bei 1450°C gesintert, wodurch eine Brennstoffelektrode mit einer Dicke nach dem Sintern von 30 μm erhalten wurde. Anschließend wurde die Luftelektrodenpaste mittels Siebdruck auf die gleiche Oberfläche des Elektrolyten 3, auf welcher die Brennstoffelektrodenpaste aufgebracht worden ist, derart aufgebracht, dass eine Luftelektrode 7 mit einer Breite von 500 μm, einer Länge von 7 mm und einer aufgebrachten Dicke von 50 μm und einem Abstand von der Brennstoffelektrode 5 von 500 μm auf jedem Elektrolyten 3 gebildet wurde. Wie bei der Brennstoffelektrode 5 wurde die Luftelektrodenpaste dann 15 min bei 130°C getrocknet und eine Stunde bei 1200°C gesintert. Deren Dicke nach dem Sintern betrug 30 μm.
Die Verbindungselementpaste wurde dann mittels Siebdruck aufgebracht (Breite: 2 μm, Dicke: 50 μm), die einzelnen Zellen C wurden gemäß der 16 in Reihe verbunden und Stromkollektorelemente 8 wurden auf den Elektroden der Zellen an jedem Ende der Reihenverbindung gebildet. Auf diese Weise wurde die Festoxid-Brennstoffzelle von Beispiel 3 erhalten.
Eine Brennstoffzelle von Vergleichsbeispiel 1, die mit derjenigen von Beispiel 3 verglichen wird, wurde in der folgenden Weise hergestellt. Im Vergleichsbeispiel 1 wurde ein 10 × 10 mm-Elektrolyt mit einer Dicke von 1 mm hergestellt und als Substrat verwendet. Jeweils zwei Brennstoffelektroden und Luftelektroden mit den gleichen Abmessungen wie im Beispiel 3 wurden auf dem Elektrolyten mit den gleichen Abständen dazwischen wie im Beispiel 3 gebildet und unter Verwendung eines Verbindungselements in Reihe verbunden. Eine Brennstoffzelle, die eine einzelne Zelle umfasste, wurde als Vergleichsbeispiel 2 hergestellt.
Die so erhaltenen Brennstoffzellen von Beispiel 3 und von Vergleichsbeispiel 1 wurden in der nachstehend beschriebenen Weise einem Bewertungstest unterworfen. Ein Mischgas aus Methan und Sauerstoff wurde bei 800°C in die Brennstoffzelle eingeführt, wodurch die Reaktion CH₄ + 0,5 O₂ → 2H₂ + CO bewirkt wurde, so dass die Brennstoffelektrode 5, die Nickeloxid umfasste, reduziert wurde. Die Strom/Spannung-Eigenschaften wurden dann bewertet. Es sollte beachtet werden, dass zur Durchführung der Reduktionsbehandlung anstelle des vorstehend beschriebenen Mischgases Wasserstoffgas eingeführt werden kann.
Die Ergebnisse zeigen, dass die elektromotorische Kraft der Brennstoffzelle von Vergleichsbeispiel 2, die eine einzelne Zelle umfasst, 610 mV betrug, und dass die elektromotorische Kraft der Brennstoffzelle von Beispiel 3, die zwei Zellen umfasst, 1190 mV betrug. Die Brennstoffzelle von Vergleichsbeispiel 1, die zwei Paare von Elektroden umfasst, wies eine elektromotorische Kraft von 900 mV auf. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde bestätigt, dass die elektromotorische Kraft der Brennstoffzelle von Vergleichsbeispiel 1 nicht doppelt so groß war wie die elektromotorische Kraft der Brennstoffzelle von Vergleichsbeispiel 2, und zwar aufgrund einer Kurzschlussbildung innerhalb der Zelle. Im Gegensatz dazu wurde im Beispiel 3 ein Kurzschluss in der Zelle vermindert, da die Elektrolyten mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet waren. Daher erzeugte die Brennstoffzelle von Beispiel 3 nahezu das Doppelte der elektromotorischen Kraft der Brennstoffzelle von Vergleichsbeispiel 2.
Beispiel 4
Im Beispiel 4 wurde zwischen jeder einzelnen Zelle in der Brennstoffzelle, die in der 16 gezeigt ist, ein Isolierfilm angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es, benachbarte Elektrolyten 3 durch den Isolierfilm 10 voneinander zu trennen, wie es in der 17 gezeigt ist, und daher können die einzelnen Zellen in einer zuverlässigeren Weise elektrisch voneinander getrennt werden. Ferner ermöglicht diese Anordnung die Verbindung des Verbindungselements 9 einfacher und zuverlässiger. Demgemäß kann die Bildung einer Brennstoffzelle zwischen einzelnen Zellen zuverlässig verhindert werden und daher kann eine hohe elektrische Leistungsabgabe erreicht werden.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Isolierfilm 10 aus einem Material auf keramischer Basis gebildet wird. Beispiele für verwendbare Materialien auf keramischer Basis sind keramische Materialien auf Aluminiumoxidbasis und Siliziumdioxidbasis. Wie bei dem Elektrolyten beträgt der Teilchendurchmesser des keramischen Materialpulvers, das den Isolierfilm 10 bildet, im Allgemeinen 10 nm bis 100 μm und vorzugsweise 100 nm bis 10 μm. Der Isolierfilm 10 wird unter Verwendung des vorstehend genannten keramischen Materialpulvers als Hauptbestandteil hergestellt, wobei geeignete Mengen eines Bindemittelharzes, von organischen Lösungsmitteln, usw., zugesetzt werden. Wie bei dem Elektrolyten, usw., beträgt die Dicke des Isolierfilms nach dem Sintern im Allgemeinen 1 μm bis 500 μm und vorzugsweise 10 μm bis 100 μm.
Die gleiche Elektrolytpaste, die gleiche Brennstoffelektrodenpaste, die gleiche Luftelektrodenpaste und das gleiche Substrat wie im Beispiel 3 wurden hergestellt. Au-Pulver (Teilchendurchmesser 0,1 μm bis 5 μm, durchschnittlicher Teilchendurchmesser 2,5 μm) wurde als Material für das Stromkollektorelement und das Verbindungselement, das jede einzelne Zelle verbindet, verwendet. Eine Verbindungselementpaste und eine Stromkollektorelementpaste wurden durch Zugeben eines Bindemittelharzes auf Cellulosebasis zu dem Au-Pulver hergestellt. Die Viskosität der Verbindungselementpaste betrug 5 × 10⁵ mPa·s, wie es für einen Siebdruck bevorzugt ist. Eine Isolierfilmpaste zur Bildung des Isolierfilms wurde ebenfalls durch Zugeben eines Bindemittelharzes auf Cellulosebasis zu Aluminiumoxidpulver hergestellt (Aluminiumoxid-Teilchendurchmesser von 0,1 bis 10 μm).
Anschließend wurde die Isolierfilmpaste auf das Substrat 1 in dem Abschnitt aufgebracht, der zwischen den Elektrolyten 3 liegen wird, und bei 1800°C gesintert, wodurch der Isolierfilm 10 gebildet wurde. Der Elektrolyt 3, die Brennstoffelektrode 5 und die Luftelektroden 7 wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 3 gebildet. Dabei wurden die Elektrolyten 3 so positioniert, dass sie die Isolierfilmpaste sandwichartig umgeben. Wie im Beispiel 3 wurde jede einzelne Zelle C unter Verwendung des Verbindungselements 9 in Reihe verbunden und ein Stromkollektorelement 8 wurde dann an jeder Endelektrode der Reihenverbindung bereitgestellt, wodurch die Festoxid-Brennstoffzelle von Beispiel 4 gebildet wurde.
Die Brennstoffzelle von Beispiel 4 wurde auch mit dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 4 bewertet und zeigte die gleichen Eigenschaften wie das Beispiel.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung stellt eine Festoxid-Brennstoffzelle bereit, bei der die Anfälligkeit für eine Beschädigung vermindert ist, die Herstellungskosten gesenkt sind und eine hohe elektrische Leistungsabgabe erreicht wird.
Zusammenfassung
Die erfindungsgemäße Festoxid-Brennstoffzelle weist ein Substrat (1), einen auf einer Oberfläche des Substrats (1) angeordneten Elektrolyten (3) und mindestens ein Elektrodenelement E auf, das eine Brennstoffelektrode (5) und eine Luftelektrode (7) umfasst, die auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten (3) mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet sind.

Claims

Festoxid-Brennstoffzelle, die ein Substrat, einen auf einer Oberfläche des Substrats angeordneten Elektrolyten, und mindestens ein Elektrodenelement umfasst, das eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode umfasst, die auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet sind.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, die ferner einen weiteren Elektrolyten, der auf der anderen Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und ein weiteres Elektrodenelement umfasst, das eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode umfasst, die auf der gleichen Oberfläche des Elektrolyten, der auf der anderen Oberfläche des Substrats angeordnet ist, mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet sind.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, die eine Mehrzahl solcher Elektrodenelemente umfasst.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 3, die ferner ein Verbindungselement zum Verbinden der Mehrzahl von Elektrodenelementen umfasst.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 3 oder 4, bei der eine Rille in dem Elektrolyten ausgebildet ist, um zwischen benachbarten Elektrodenelementen abzutrennen.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher der Elektrolyt von den benachbarten Elektrodenelementen getrennt ist.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 6, bei der ein Isoliermaterial zwischen benachbarten Elektrolyten angeordnet ist.
Festoxid-Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher der Elektrolyt durch Drucken ausgebildet ist.
Festoxid-Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher der Elektrolyt zu einer plattenartigen Form ausgebildet ist und der Elektrolyt mit einem Haftmittel an dem Substrat angebracht ist.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 5, bei der die Rille durch den Elektrolyten schneidet und das Substrat erreicht.
Festoxid-Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Elektrodenelement derart ausgebildet ist, dass eine der Elektroden von einer anderen Elektrode mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen umgeben ist.
Festoxid-Brennstoffzelle, die eine Mehrzahl von einzelnen Zellen umfasst, die jeweils einen Elektrolyten, eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode aufweisen, wobei die Festoxid-Brennstoffzelle ferner ein Substrat zum Tragen der Mehrzahl von einzelnen Zellen umfasst, wobei der Elektrolyt jeder einzelnen Zelle auf dem Substrat mit einem vorgegebenen Abstand dazwischen angeordnet ist.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 12, die ferner ein Verbindungselement zum Verbinden der Mehrzahl von einzelnen Zellen umfasst.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 12 oder 13, bei der jeder Elektrolyt durch Drucken ausgebildet ist.
Festoxid-Brennstoffzelle nach Anspruch 12 oder 13, bei der jeder Elektrolyt zu einer plattenartigen Form ausgebildet ist und jeder Elektrolyt mit einem Haftmittel an dem Substrat angebracht ist.
Festoxid-Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das Substrat aus einem keramischen Material ausgebildet ist.