DE112009003663T5

DE112009003663T5 - Brennstoffzellensystem mit ringförmigem Stack

Info

Publication number: DE112009003663T5
Application number: DE112009003663T
Authority: DE
Inventors: Katrin Klein; Gerhard Buchinger; Sascha Kühn
Original assignee: eZelleron GmbH
Current assignee: eZelleron GmbH
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2012-08-09
Also published as: WO2010066463A1

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem mit mehreren tubularen Brennstoffzellen, insbesondere mit mikrotubularen Brennstoffzellen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 30 mm und/oder einer Länge im Bereich von 1 cm bis 40 cm und/oder Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs), aufweisend mindestens einen leitfähigen Träger (1) oder Trägerabschnitt, der in mehrere in sich elektrisch leitfähige Segmente (1a, 1b) unterteilt ist, die konzentrisch ineinander angeordnet sind, wobei verschiedene Segmente voneinander elektrisch isoliert sind, wobei mindestens zwei der Segmente mindestens eine, bevorzugt mehrere, Brennstoffzellen umfassen, die zumindest abschnittsweise so an dem jeweiligen Segment (1a, 1b) angeordnet und/oder in das Segment integriert ist/sind, dass eine Elektrode jeder der Brennstoffzellen in elektrischem Kontakt mit dem jeweiligen Segment steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzellensysteme, insbesondere Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzellensysteme.
Es existieren bereits Konzepte für Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzellen, die in der technischen Literatur dokumentiert sind (Fuel Cell Handbook 7th edition, EG & G Services, Inc. U. S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, National Energy Technology Laboratory, Morgantown, West Virginia, November 2004; Handbook of Fuel Cells Fundamentals, Technology and Application, Wolf Vielstich, Hubert A. Gasteiger, Arnold Lamm, 2003 John Wiley & Sons, Ltd.), und darunter sind tubulare, planare und monolithische Zellenbauweisen. Ein Sonderfall der tubularen Bauweise ist die sogenannte mikrotubulare Zelle, die sich durch eine außerordentliche Stabilität gegen hohe Temperaturgradienten und damit verbunden eine schnelle thermische Zyklierbarkeit auszeichnet. Darüberhinaus besitzen sie durch ihr höheres Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis eine verbesserte volumetrische Leistungsdichte (High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications; Fundamentals, Design and Applications; S. C. Singhal et al.; ISBN 1856173879; Elsevier Ltd., 2003, Oxford, V. Lawlor, S. Griesser, G. Buchinger, A. Olabi, S. Cordiner, D. Meissner; Journal of Power Sources, 2009, Seiten 387–399).
Ein besonderes Problem besteht bei Brennstoffzellensystemen, welche auf tubularen Zellen aufgebaut sind, bei der seriellen Verschaltung der Zellen (im Vergleich zu planaren Systemen). Verlustarme parallele Schaltungen sind ab einer gewissen Stromdichte nicht einfach zu realisieren. Beim Assembling einzelner tubularer SOFCs besteht eine recht große Herausforderung im verlustarmen Stromabgriff der Zellen und in der Minimierung der ohmschen Verluste (zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Stacks) Zu beachten ist auch, dass die Spannung einer einzeln verschalteten Zelle thermodynamisch auf ca. 1 V begrenzt ist; zur Erreichung höherer Spannungen müssen teure Spannungswandler eingesetzt oder Zellen seriell verschaltet werden. Letzteres ist speziell bei tubularen Zellen im Vergleich zu planaren Zellen nicht so einfach zu realisieren. Schließlich ist, insbesondere bei kleineren Systemen, eine Gasführung zur effizienten Ausnutzung der zugeführten Reaktanden von entscheidender Bedeutung und in vielen Fällen nur sehr schwierig realisierbar. Ferner spielt ein bevorzugt niedriges Gewicht verbunden mit einer bevorzugt kompakten Bauweise für die Nutzbarkeit von Stack-Strukturen eine bedeutende Rolle.
Das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem ist es, ein Brennstoffzellensystemdesign zur Verfügung zu stellen, das einen verlustarmen Stromabgriff der Zellen und eine Minimierung ohmscher Verluste bei geringem Gewicht und Volumen des Systems bei Beachtung einer guten Gasversorgung der Brennstoffzellen im Stack und guter Gasdichtigkeit ermöglicht.
Dieses Problem wird durch ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
Die nachfolgend beschriebenen Einzelmerkmale der Ausführungsbeispiele lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung unabhängig voneinander realisieren, müssen also nicht in genau den in den Beispielen dargestellten Merkmalskombinationen verwirklicht sein.
Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung ist wie folgt: Statt des Integrierens von Brennstoffzellen in einem durchgehenden, z. B. metallischen, Stack mit sehr langen Stromwegen und somit hohen ohmschen Verlusten sowie nur einigen wenigen oder komplizierten Verschaltungsmöglichkeiten, sind die Brennstoffzellen in kleineren Segmenten, die zunächst elektrisch isoliert den kompletten Stack bilden, integriert. Diese Konstruktion eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten zum elektrischen Verschalten der Zellen und Segmente untereinander (wie in den Beispielen und Ansprüchen realisiert), die das Einstellen einer Anzahl von parallel und/oder seriell verschalteten Elementen möglich machen, so dass die Sollleistung und die Sollspannungen erhalten werden können, während die Stromdichten bei Abgriff so niedrig gehalten werden, dass die Stromleiter so gewichts- und raumsparend wie möglich realisiert werden können. Gleichzeitig führt der Ausfall einer einzelnen Zelle oder eines einzelnen Kontakts nicht zu einem Totalausfall des Systems (aufgrund der Parallelschaltung von mehreren Zellen in den Segmenten oder mehreren Segmenten in dem Stack).
Eine konzentrische Anordnung der Segmente führt zu einer optimalen Nutzung des Raums des Brennstoffzellenstacks, insbesondere wenn neben den Brennstoffzellen auch andere Komponenten wie etwa z. B. ein Brenner, ein Reformer oder ein Wärmetauscher in die Konstruktion integriert sind. Mit der konzentrischen Bauweise ist auch ein verbessertes Wärmemanagement der Brennstoffzellen, insbesondere von Hochtemperaturbrennstoffzellen, leichter zu verwirklichen.
Beruhend auf der Trennung in Segmente kann die Gaszufuhr zu den einzelnen Segmenten einerseits parallel erfolgen, kann aber andererseits (gesteuert durch z. B. Ventile) nach Bedarf bei allen Segmenten einzeln eingestellt werden oder die Brennstoffzellen unterschiedlicher Segmente können bezüglich der Gasversorgung relativ einfach auch seriell verschaltet werden. Diese serielle Zuschaltung der Gase lässt eine verbesserte Treibstoffnutzung zu, und die Nutzung von isolierenden Konstruktionselementen lässt das flexible Anpassen an verschiedene Betriebsbedingungen wie etwa Arbeitsspannung und/oder Stromdichte abhängig von der Zuschaltungsvariante zu.
Der grundlegende Aufbau der Erfindung lässt sich wie folgt beschreiben: Ein Brennstoffzellensystem mit mehreren tubularen, insbesondere mikrotubularen, Brennstoffzellen, insbesondere Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs), aufweisend mindestens einen leitfähigen Träger oder Trägerabschnitt, der in mehrere konzentrisch angeordnete, ineinander sitzende, elektrisch leitfähige Segmente unterteilt ist, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei mindestens zwei der Segmente mindestens eine, bevorzugt mehrere, Brennstoffzellen aufweisen, die zumindest abschnittsweise so am und/oder im Segment angeordnet/integriert sind, dass eine ihrer Elektroden jeweils in elektrischem Kontakt mit dem Segment steht.
Erfindungsgemäß ergibt sich so der Aufbau eines Brennstoffzellensystems mit tubularen (bevorzugt mikrotubularen, aufgrund der hohen Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen) SOFCs, bei dem der Stack aus einzelnen Ringen mit Brennstoffzellen aufgebaut ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1 bis 7 dargestellt und werden nun näher erläutert.
Beispiel 1:
1 zeigt im Querschnitt senkrecht zu den Längsachsen der einzelnen Brennstoffzellen einen exemplarischen Aufbau eines ersten erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstacks. In mehreren konzentrisch ineinander angeordneten und durch Isolationsschichten voneinander elektrisch isolierten, elektrisch leitenden Ringen (1) ist/sind vorzugsweise mehrere, aber zumindest jeweils eine Brennstoffzelle(n) (2) integriert. Zwischen benachbarten Ringen (1) befindet sich jeweils ein elektrischer Isolator (3). Die Brennstoffzellen (2) sind mikrotubulare SOFCs, welche aus zumindest einer inneren Elektrode und einem Elektrolyten bestehen, welcher die innere Elektrode großteils umschließt und als Schicht zwischen der inneren Elektrode und einer den Elektrolyten umschließenden äußeren Elektrode ausgebildet ist.
Die elektrisch leitenden Ringe (1) sind hierdurch elektrisch mit einer der Elektroden, in diesem Fall hier mit der inneren Elektrode, verbunden. Diese Verbindung kann vorzugsweise mit einer elektrisch leitenden Schicht/Beschichtung (z. B. Metalllote, besonders bevorzugt silberbasiert) vollzogen werden, welche auch als Dichtung zur Abtrennung verschiedener Gasräume dient. Aufgrund der elektrischen Isolatoren (3) ist nun eine serielle Verschaltung von Brennstoffzellen (2) der einzelnen Ringe (1) möglich und realisiert. Hierbei können die Ringe (1) unterschiedliche Breiten und/oder Dicken und/oder eine unterschiedliche Anzahl von Brennstoffzellen haben.
2 zeigt den Längsschnitt des Systems von 1. Zum einfacheren Verständnis sind nur der erste, innerste Ring (1a) und der nächstgelegene Ring (1b), der die äußere konzentrische Umfangsseite von (1a) umschließt, sowie ein ebenfalls ringförmiger elektrischer Isolator (3), der sich zwischen beiden Ringen (1a, 1b) befindet, hier gezeigt. Jedes dieser Elemente (1a), (1b) und (3) enthält zwei einzelne, in der Längsrichtung der Konfiguration (also senkrecht zu der in 1 gezeigten Querschnittebene) voneinander beabstandete, dünne, ebene Ringabschnitte, zwischen denen die nachstehend beschriebenen Elemente (4), (5) und (6) ausgebildet sind oder die durch diese Elemente (4), (5) und (6) voneinander beabstandet sind.
Die Brennstoffzellen (2) sind beidseitig mittels der inneren Elektrode, welche mit Ausnahme der Stellen, an denen der Kontakt mit den Ringabschnitten (1a), (1b) (die nachfolgend zur Vereinfachung auch als Kreise bezeichnet sind) erfolgt, von dem Elektrolyten (5) bedeckt ist, mit den elektrisch leitenden Ringen (1a, 1b) elektrisch in Kontakt.
Zwischen Elektrolyt (5), innerer Elektrode und elektrischem Träger oder Ringen (1a, 1b) befindet sich eine Dichtung an dem Übergang von Zelle zu Träger (1a, 1b), was ein unkontrolliertes Mischen der Atmosphären der inneren und äußeren Elektroden (6) verhindert. Diese Dichtung kann zum Beispiel eine keramische Dichtung (Kleber, Druckdichtung) und/oder ein Glaslot und/oder ein Metalllot sein. Letzeres verstärkt bevorzugt den elektrischen Kontakt zwischen der inneren Elektrode und den Trägern (1a, 1b) zusätzlich.
Die äußeren Elektroden (6) der tubularen Brennstoffzellen des ersten Ringes (1a) sind durch einen elektrischen Kontakt (4) mit dem zweiten elektrisch leitenden Ring (1b) verbunden, wodurch sich eine elektrische serielle Verschaltung der Brennstoffzellen des ersten elektrisch leitenden Ringes (1a) und derer des zweiten elektrisch leitenden Ringes (1b) ergibt, während die Zellen der jeweiligen Ringe (1a, 1b) untereinander parallel verschaltet sind.
Die in den 3 bis 7 beschriebenen zusätzlichen Ausführungsbeispiele sind im Grunde in gleicher Weise wie das Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 ausgebildet. Daher werden nachstehend nur die Unterschiede beschrieben:
Beispiel 2:
3 zeigt den Querschnitt eines Systems, welches vergleichbar mit dem System aus 1 aufgebaut ist, wobei hier mittig, also innerhalb des innersten Rings oder leitfähigen Trägers (1), eine weitere wärmeerzeugende oder wärmeaufnehmende Komponente (7) integriert ist. Bei dieser Komponente (7) kann es sich um einen Wärmetauscher, einen Brenner – besonders bevorzugt um einen Porenbrenner – oder eine reformierend wirkende Komponente handeln. Eine mögliche Variante ist der Einbau eines Wärmetauschers, durch welchen das dem System zugeführte Gas geleitet und dadurch erwärmt wird. Eine alternative Anordnung kann auch einen zellinternen Brenner als Komponente 7 verwenden, durch den z. B. der gesamte Brennstoff für das System geleitet wird, wodurch der nicht verbrannte Brennstoff erwärmt wird.
Beispiel 3:
4 zeigt ein Brennstoffzellensystem entsprechend demjenigen der 3, bei dem erfindungsgemäß zusätzlich eine äußere wärmeerzeugende oder wärmeaufnehmende Komponente (8) vorhanden ist, die hier den äußersten Ring (1) konzentrisch umschließt. Bei dieser Komponente (8) kann es sich um einen Wärmetauscher, einen Brenner – besonders bevorzugt um einen Porenbrenner – oder eine reformierend wirkende Komponente handeln. Eine mögliche Variante kann hier der Einbau eines Wärmetauschers (8) sein, durch welchen das dem System zugeführte Gas geleitet und dadurch erwärmt wird. Eine alternative Anordnung kann auch einen zellinternen Brenner als Komponente 8 verwenden, durch den z. B. der gesamte Brennstoff für das System geleitet wird, wodurch der nicht verbrannte Brennstoff erwärmt wird.
Beispiel 4:
5 zeigt ein Brennstoffzellensystem entsprechend dem in 1 gezeigten, wobei die Formen der elektrisch leitenden Ringe (1) und der elektrischen Isolatoren (3) erfindungsgemäß quadratisch sind.
Beispiel 5:
6 zeigt ein Brennstoffzellensystem entsprechend 2, wobei die gezeigten leitenden Ringe (1a) und (1b) bezüglich der Gasversorgung der inneren Elektrode seriell verschaltet sind und wobei die einzelnen Brennstoffzellen (2) in den Segmenten parallel elektrisch verschaltet sind, während in der Summe eine serielle Verschaltung der Brennstoffzellen des ersten elektrisch leitfähigen Rings (1a) und derer des zweiten elektrisch leitfähigen Rings (1b) erzeugt wird. Die Gasversorgung (9) der inneren Elektroden der Zellen in dem Ring (1a) ist durch Abgasrohre (10) von dem Abgas der Brennstoffzellen des inneren Rings (1a) räumlich isoliert, wodurch diese Bauweise das Erwärmen des zugeführten Gases und das Kühlen des Abgases unterstützt. Die Gasrohre (11) verbinden die Zellen unterschiedlicher Segmente oder Ringe (1) seriell. Diese fluidische serielle Verschaltung der Brennstoffzellen kann eine optimale Gasnutzung sicherstellen. Ferner ist es möglich, in dem Abgasrohr (10) einen Brenner einzubauen. Das Gas in der Gasversorgung (9) wird durch das Einlassrohr (16) zugeführt. Die Versorgung der äußeren Elektroden erfolgt über den seitlichen Gasstrom (17).
Beispiel 6:
7 zeigt ebenfalls ein Brennstoffzellensystem entsprechend 2. Hier erfolgt die Gasversorgung für beide Segmente (1a) und (1b) parallel, doch befinden sich hier in den jeweiligen Gasversorgungsrohren (12) und (14) für die Segmente (1a) und (1b) Ventile (13) und (15), die genutzt werden können, um die Gasversorgung individuell zu steuern, so dass die Gasversorgung für das jeweilige Segment abhängig von z. B. Zellenmaterial und/oder erforderlicher Temperatur und/oder Leistungserzeugung optimal eingestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Fuel Cell Handbook 7th edition, EG & G Services, Inc. U. S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, National Energy Technology Laboratory, Morgantown, West Virginia, November 2004 [0002]
Handbook of Fuel Cells Fundamentals, Technology and Application, Wolf Vielstich, Hubert A. Gasteiger, Arnold Lamm, 2003 John Wiley & Sons, Ltd. [0002]
High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications; Fundamentals, Design and Applications; S. C. Singhal et al.; ISBN 1856173879; Elsevier Ltd., 2003, Oxford, V. Lawlor, S. Griesser, G. Buchinger, A. Olabi, S. Cordiner, D. Meissner; Journal of Power Sources, 2009, Seiten 387–399 [0002]

Claims

Brennstoffzellensystem mit mehreren tubularen Brennstoffzellen, insbesondere mit mikrotubularen Brennstoffzellen mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 30 mm und/oder einer Länge im Bereich von 1 cm bis 40 cm und/oder Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs), aufweisend mindestens einen elektrisch leitfähigen Träger (1) oder Trägerabschnitt, der in mehrere in sich elektrisch leitfähige Segmente (1a, 1b) unterteilt ist, die konzentrisch ineinander angeordnet sind, wobei verschiedene Segmente voneinander elektrisch isoliert sind, wobei mindestens zwei der Segmente mindestens eine, bevorzugt mehrere, Brennstoffzellen umfassen, die zumindest abschnittsweise so an dem jeweiligen Segment (1a, 1b) angeordnet und/oder in das Segment integriert ist/sind, dass eine Elektrode jeder der Brennstoffzellen in elektrischem Kontakt mit dem jeweiligen Segment steht.
Brennstoffzellensystem nach dem vorhergehenden Anspruch mit zwei oder mehr elektrisch voneinander isolierten ringförmigen Segmenten (1a, 1b), die im Querschnitt senkrecht zur Längsachse der parallel angeordneten Brennstoffzellen gesehen als Kreisringsegmente ausgebildet sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein elektrisch leitfähiges Segment (1) zumindest abschnittsweise, bevorzugt aber vollständig, aus einem gasdichten Material besteht.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Querschnitt senkrecht zu den Längsachsen der Brennstoffzellen gesehen mindestens ein, bevorzugt alle Segment(e) die Form eines Kreisrings, eines elliptischen Rings oder eines Vielecks aufweist/aufweisen.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von der Mitte nach außen gesehen mindestens zwei, bevorzugt alle der konzentrischen Segmente jeweils paarweise durch elektrische Isolatoren, insbesondere keramische Materialien, keramische Kleber, Glaslote, keramische Schichten auf metallischen Materialien, keramische Beschichtungen auf metallischen Materialien und/oder Gasräume voneinander isoliert sind.
Brennstoffzellensystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens einer der Isolatoren gasdicht ausgebildet ist und/oder reversibel lösbar zwischen den Segmenten so fixiert ist, dass durch Lösen des jeweiligen Isolators die angrenzenden Segmente mit ihren integrierten Brennstoffzellen aus dem Brennstoffzellensystem entnehmbar sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Isolatoren ein keramisches Fasermaterial, insbesondere Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid oder Zirkonoxid, aufweist oder daraus besteht, wobei bevorzugt eine Dichtwirkung aufgrund einer Druckkraft, welche das Fasermaterial zusammenpresst, erzeugbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich angrenzend an und/oder in mindestens einem der Segmente und/oder zwischen mindestens zwei Segmenten eine wärmeerzeugende und/oder eine wärmeaufnehmende Komponente befindet.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich innerhalb des innersten Segments eine wärmeerzeugende und/oder wärmeaufnehmende Komponente befindet und/oder wobei sich außerhalb des äußersten Segments eine wärmeerzeugende und/oder wärmeaufnehmende Komponente befindet, wobei die wärmeerzeugende und/oder wärmeaufnehmende Komponente bevorzugt als elektrischer Isolator ausgebildet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei die wärmeerzeugende Komponente eine Brennstoff oxidierende Komponente, ein Brenner, ein Reformer, ein Wärmetauscher und/oder mindestens eine mikrotubulare SOFC ist, mit der Brennstoff zur Wärmeerzeugung verbrennbar ist, und/oder wobei die wärmeaufnehmende Komponente ein Reformer und/oder ein Wärmetauscher ist und/oder zur Verringerung der Außentemperatur des Systems ausgebildet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils die Kathoden der Brennstoffzellen zumindest eines Segmentes mit den Anoden der Brennstoffzellen zumindest eines anderen Segmentes elektrisch in Serie geschaltet sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei mindestens einem der Segmente mehrere, bevorzugt alle Brennstoffzellen des Segments elektrisch parallel geschaltet sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in mindestens einer elektrischen Isolierung zwischen Segmenten eine wärmeerzeugende oder wärmeaufnehmende Komponente integriert ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffzellen zumindest teilweise mikrotubulare SOFCs sind, bei denen Brennstoff zur Wärmeerzeugung verbrennbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Elektroden der Brennstoffzellen zumindest eines Segments mit dem Abgas der inneren Elektroden der Brennstoffzellen zumindest eines anderen Segments versorgbar sind und/oder wobei die äußeren Elektroden der Brennstoffzellen zumindest eines Segments mit dem Abgas der äußeren Elektroden der Brennstoffzellen zumindest eines anderen Segments versorgbar sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abgas/die Abgase einer Elektrode oder beider Elektroden einer Brennstoffzelle, mehrerer Brennstoffzellen oder aller Brennstoffzellen zumindest eines Segments einem Brenner zuführbar ist/sind und/oder wobei das Produktgas eines Reformers mindestens einer Elektrode einer Brennstoffzelle, mehrerer Brennstoffzellen oder aller Brennstoffzellen zumindest eines Segments zuführbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasversorgung einer Elektrode oder beider Elektroden der Brennstoffzellen mindestens eines Segments unabhängig von der Gasversorgung der Elektroden der Brennstoffzellen mindestens eines anderen Segments einstellbar ist und/oder wobei die Gasversorgung der wärmeerzeugenden und/oder wärmeaufnehmenden Komponente(n) mindestens eines Segments unabhängig von der Gasversorgung der wärmeerzeugenden und/oder wärmeaufnehmenden Komponente(n) mindestens eines anderen Segments und/oder der Brennstoffzellen einstellbar ist, wobei diese unabhängige Einstellung der Gasversorgung bevorzugt zur Steuerung der erzeugten Leistung und/oder zur Optimierung der Ausnutzung der gasförmigen Reaktanden und/oder zur Einstellung der Temperatur des Systems nutzbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei mehreren seriellen Verschaltungen von Brennstoffzellen unterschiedlicher Segmente immer die gleiche Anzahl an Brennstoffzellen hintereinander geschaltet ist oder wobei bei mehreren seriellen Verschaltungen von Brennstoffzellen unterschiedlicher Segmente nicht immer die gleiche Anzahl an Brennstoffzellen hintereinander geschaltet ist.
Brennstoffzellensystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die serielle Verschaltung von nicht immer der gleichen Anzahl an Brennstoffzellen so ausgebildet ist, dass ein maximaler Stromfluss gewährleistet ist, indem berücksichtigt wird, dass die Brennstoffzellen einzelner Segmente aufgrund unterschiedlicher Materialien und/oder unterschiedlicher Beschaffenheit und/oder unterschiedlicher Temperaturen und/oder unterschiedlicher Konzentration der gasförmigen Reaktanden und/oder unterschiedlicher Drücke unterschiedliche Stromdichten bei ein und derselben Spannung bereitstellen.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Isolatoren zwischen leitfähigen Segmenten und solche Segmente formschlüssig und/oder kraftschlüssig ineinander steckbar sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei tubulare Brennstoffzellen, insbesondere mikrotubulare SOFCs, in Richtung ihrer Längsachse gesehen an ihren beiden Enden jeweils in elektrisch leitfähigen Segmenten in Form von Ringen als Trägerabschnitten angeordnet sind, die tubularen Brennstoffzellen darin elektrisch an einem Ende über die innere Elektrode der Brennstoffzelle mit dem einen elektrisch leitfähigen Ring, in den die jeweilige Brennstoffzelle eingebaut ist, verbunden sind und am anderen Ende elektrisch über die äußere Elektrode und/oder über eine bevorzugt nicht poröse leitfähige Schicht, die mit der äußeren Elektrode verbunden ist, mit dem anderen elektrisch leitfähigen Ring, in den die jeweilige Brennstoffzelle eingebaut ist, verbunden sind, wobei angrenzende Ringe alternierend mit der äußeren und mit der inneren Elektrode der in den Ringen befestigten Brennstoffzellen elektrisch verbunden sind und die elektrisch leitfähigen Ringe so miteinander verschaltet sind, dass sich eine serielle Verschaltung der Brennstoffzellen, welche jeweils in den einzelnen elektrisch leitfähigen Ringen eingebaut sind, ergibt.