DE19630004C2 - Anode current collector for a molten carbonate fuel cell - Google Patents
Anode current collector for a molten carbonate fuel cellInfo
- Publication number
- DE19630004C2 DE19630004C2 DE19630004A DE19630004A DE19630004C2 DE 19630004 C2 DE19630004 C2 DE 19630004C2 DE 19630004 A DE19630004 A DE 19630004A DE 19630004 A DE19630004 A DE 19630004A DE 19630004 C2 DE19630004 C2 DE 19630004C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- current collector
- anode current
- anode
- plate
- collector according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Anodenstromkollektor für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle, die wenigstens eine mit schmelzflüssigem Elektrolyt gefüllte Matrixschicht enthält, auf deren einer Seite eine poröse Anode, kontaktiert vom Anodenstromkollektor, und auf deren anderer Seite eine poröse Kathode, kontaktiert von einem Kathodenstromkollektor, angeordnet sind. Eine derartige Anordnung geht beispielsweise aus der DE 195 17 451 A1 oder der DE 44 43 688 C1 als bekannt hervor. Die Stromkollektoren sind aus perforierten, wellblechartig geformten Bauteilen hergestellt. Auf der Anodenseite kommt vernickelter Edelstahl zum Einsatz. In den Hohlräumen ist Platz zur Aufnahme von Katalysatormaterial in Form von Katalysatorpellets für die interne Reformierung.The invention relates to an anode current collector for a Molten carbonate fuel cell, the at least one with molten electrolyte contains filled matrix layer, on one side of which a porous anode, contacted by the Anode current collector, and on the other side a porous cathode, contacted by a cathode current collector. Such an arrangement is possible for example from DE 195 17 451 A1 or DE 44 43 688 C1 as known. The current collectors are made of perforated, corrugated sheet metal components. Nickel-plated stainless steel is used on the anode side. Is in the cavities Space to hold catalyst material in the form of catalyst pellets for the internal Reforming.
In der DE 195 12 755 A1 ist die Herstellung von Kathoden für Schmelzkarbonatbrennstoffzellen dargestellt. Hierzu wird Nickelpulver verwendet, das zu einer porösen dünnen Platte gesintert wird.DE 195 12 755 A1 describes the production of cathodes for Molten carbonate fuel cells shown. For this, nickel powder is used, which too is sintered on a porous thin plate.
Schmelzkarbonatbrennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, in denen die bei
der Bildung von Wasser aus seinen Bestandteilen Wasserstoff und Sauerstoff freiwerdende
Energie als Strom genutzt werden kann. Der Elektrolyt dieses Brennstoffzellentyps ist eine
eutektische Mischung aus Kalium- und Lithiumkarbonat, die bei 600-700°C (ab 488°C)
schmelzflüssig ist. Die beiden Teilreaktionen Oxidation des Wasserstoffs und Reduktion
des Sauerstoffs finden jeweils in der Anoden- und Kathodenhalbzelle statt. In der
Anodenhalbzelle befindet sich dementsprechend die Brennstoffzellenanode und der
Anodenstromkollektor. Der Anodenstromkollektor dient zur Sammlung des erzeugten
Stroms, der Bereitstellung der Gaszu- und -ableitungskanäle und zur Aufnahme des
Katalysators. Der Wasserstoff kann entweder direkt oder in Form eines Wasserstoffträgers
wie etwa Methan zugeführt werden. Bei Verwendung von Methan ist ein
Reformierkatalysator notwendig. Hierbei unterscheidet man drei grundsätzlich
verschiedene Typen der Reformierung:
Molten carbonate fuel cells are electrochemical energy converters in which the energy released when water is formed from its constituents, hydrogen and oxygen, can be used as electricity. The electrolyte of this type of fuel cell is a eutectic mixture of potassium and lithium carbonate, which is molten at 600-700 ° C (from 488 ° C). The two sub-reactions, oxidation of hydrogen and reduction of oxygen, take place in the anode and cathode half-cells. Accordingly, the fuel cell anode and the anode current collector are located in the anode half-cell. The anode current collector is used to collect the generated electricity, to provide the gas inlet and outlet channels and to accommodate the catalyst. The hydrogen can be supplied either directly or in the form of a hydrogen carrier such as methane. A reforming catalyst is required when using methane. There are three fundamentally different types of reforming:
- a) Externes Reformierena) External reforming
- b) Indirektes internes Reformierenb) Indirect internal reforming
- c) Direktes internes Reformierenc) Direct internal reforming
Beim externen Reformieren wird Methan in einem außerhalb des Brennstoffzellenstacks befindlichen Reformer in Wasserstoff umgewandelt.With external reforming, methane is in an outside of the fuel cell stack located reformers converted into hydrogen.
Beim indirekten internen Reformieren geschieht die Reformierreaktion in getrennten Reformereinheiten, die jeweils drei bis sechs Zellen im Stapel mit Wasserstoff versorgen. Hier kann die Abwärme der Brennstoffzellenreaktion für die Reformierreaktion genutzt werden, die Gefahr der Kontamination des Katalysators durch gasförmiges oder flüssiges Karbonat oder andere Katalysatorgifte besteht nicht.With indirect internal reforming, the reforming reaction takes place in separate Reformer units that supply three to six cells in a stack with hydrogen. Here the waste heat from the fuel cell reaction can be used for the reforming reaction the risk of contamination of the catalyst by gaseous or liquid There is no carbonate or other catalyst poisons.
Eine wesentlich bessere Methode ist das direkte interne Reformieren des Methans innerhalb der Zellen, da dann sowohl die Abwärme der Brennstoffzelle als auch das Reaktionswasser für die endotherme Reformierung genutzt werden kann. Hierbei wird der Katalysator direkt in den Anodenstromkollektor in den Anodenhalbraum eingebracht. Der Wirkungsgrad ist hierbei am höchsten.A much better method is to reform methane directly internally inside the cells, because then both the waste heat from the fuel cell and that Water of reaction can be used for endothermic reforming. Here the Catalyst introduced directly into the anode current collector in the anode half-space. The Efficiency is highest here.
Die Verhältnisse in der Anodenhalbzelle der Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC),
nämlich hohe Temperatur (600-700°C), Kontakt mit Karbonatschmelze und reduzierende
Atmosphäre, führen bei den derzeitigen Schmelzkarbonatbrennstoffzellen zu einer Reihe
von Problemen:
The conditions in the anode half cell of the molten carbonate fuel cell (MCFC), namely high temperature (600-700 ° C), contact with molten carbonate and reducing atmosphere, lead to a number of problems with the current molten carbonate fuel cells:
- 1. Das Material des Anodenstromkollektors wird durch die herrschenden Gegebenheiten stark korrosiv belastet. Es soll außerdem nicht von der Karbonatschmelze benetzt werden, um eine Kontamination des Katalysators durch direkten Kontakt mit der Schmelze zu verhindern. Materialien, die diese beiden Voraussetzungen erfüllen, sind bei der Einsatztemperatur (600-700°C) nicht fest genug (Ni, Cu, NiCu) oder teuer (Ru, Pd, Pt, Ir).1. The material of the anode current collector is determined by the prevailing Conditions highly corrosive. It should also not be from the Carbonate melt are wetted to prevent contamination of the catalyst to prevent direct contact with the melt. Materials these two The requirements are not fixed at the operating temperature (600-700 ° C) enough (Ni, Cu, NiCu) or expensive (Ru, Pd, Pt, Ir).
- 2. Edelstähle oder Ni-Basislegierungen, welche eine ausreichende Festigkeit besitzen, müssen gegen Korrosion geschützt werden. Entsprechende Verfahren erhöhen die Bauteilkosten erheblich.2. stainless steels or Ni-based alloys which have sufficient strength, must be protected against corrosion. Appropriate procedures increase the Component costs significantly.
- 3. Durch die offene Struktur des Kollektors dringt Kalium in Form von dampfförmigem Kaliumkarbonat oder -hydroxid zum Katalysator vor und desaktiviert ihn innerhalb weniger tausend Betriebsstunden. Das Resultat ist eine stetige Abnahme der Katalysatoraktivität. Dieses Problem kann zwar durch Verwendung eines Katalysators mit hoher Anfangsaktivität gelöst werden, doch kommt es dann bei Beginn des Betriebs der Brennstoffzelle zu einer starken Abkühlung des Anodeneingangsbereichs und infolgedessen zu einer stark inhomogenen Temperaturverteilung. Diese kann aufgrund der zeitlich abnehmenden Aktivität nicht durch eine geschickte räumliche Anordnung des Katalysators verhindert werden.3. Potassium penetrates through the open structure of the collector vaporous potassium carbonate or hydroxide to the catalyst before and deactivates it within a few thousand hours of operation. The result is one steady decrease in catalyst activity. This problem can be solved by Using a catalyst with high initial activity can be solved, however Then there is a strong one at the beginning of the operation of the fuel cell Cooling down the anode input area and consequently to a strong inhomogeneous temperature distribution. This can be due to the time declining activity is not due to a clever spatial arrangement of the Catalyst can be prevented.
- 4. Beim indirekten internen Reformieren wird eine getrennte Platte mit Katalysator für ca. 3-6 Zellen eingelegt. Dadurch wird zwar das Problem der Kontamination gelöst, jedoch erhöhen sich die Kosten und die Bauhöhe eines Zellenstapels erheblich. Zudem ist der Zellwirkungsgrad geringer.4. In indirect internal reforming, a separate plate with a catalyst for approx. 3-6 cells inserted. This solves the contamination problem, however, the cost and height of a cell stack increase significantly. In addition, the cell efficiency is lower.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen für das direkte, interne Reformieren eines Brenngases in einer Schmelzkarbonatbrennstoffzelle gut geeigneten Anodenstromkollektor bereitzustellen.The invention is based on the problem, one for the direct, internal reforming of one Fuel gas in a molten carbonate fuel cell well suited anode current collector to provide.
Das Problem wird erfindungsgemäß mit einem Anodenstromkollektor gelöst, der als wenigstens eine gewellte, poröse, aus gesintertem Material bestehende Platte ausgebildet ist, die auf einer Seite der Anode und auf der anderen Seite dem oder den Räumen mit dem Katalysator zugewandt ist. Mit dieser Anordnung und Ausbildung des Anodenstromkollektors wird der Bereich, in dem das Brenngas reformiert wird, von dem Bereich, in dem die Oxidation des Wasserstoffs stattfindet getrennt. Damit wird die Kontamination des Katalysators durch Karbonat und Hydroxid verhindert. Die Gasströme fließen in den Rillen des Anodenstromkollektors. Das Brenngas (z. B. Methan mit Zusätzen von Wasserdampf für die Spaltgasreaktion) tritt also erst in den mit Katalysator gefüllten Raum ein, in dem mit Hilfe der Abwärme aus der Zelle die Spaltgasreaktion stattfindet. Der gebildete Wasserstoff strömt durch die Poren der Sinterplatte in die Gaskanäle der anodenzugewandten Seite und gelangt von dort an die Anode, wo er verbraucht wird. Die Abgase strömen von dort ins Abgassammelgehäuse.The problem is solved according to the invention with an anode current collector, which as at least one corrugated, porous plate made of sintered material is formed is on one side of the anode and on the other side the room or rooms with the Catalyst is facing. With this arrangement and training of Anode current collector is the area where the fuel gas is reformed from Area where the oxidation of hydrogen takes place separately. With that the Prevents contamination of the catalyst by carbonate and hydroxide. The gas flows flow in the grooves of the anode current collector. The fuel gas (e.g. methane with additives of water vapor for the cracked gas reaction) only occurs in the catalyst-filled one Room in which the fission gas reaction takes place with the help of the waste heat from the cell. The hydrogen formed flows through the pores of the sintered plate into the gas channels of the side facing the anode and from there reaches the anode where it is consumed. The Exhaust gases flow from there into the exhaust manifold housing.
Durch die Form der Gasführung wird sichergestellt, daß ein Rückströmen von kontaminiertem Abgas zum Katalysator unterbunden wird.The shape of the gas routing ensures that a backflow of contaminated exhaust gas to the catalyst is prevented.
Um einen optimalen Kontakt mit dem Katalysator zu gewährleisten und somit das Eindringen von unreformiertem Methan in den zugewandten Raum zu verhindern, ist der Katalysator zweckmäßigerweise als poröse Schicht auf der Platte des Anodenstromkollektors aufgetragen.To ensure optimal contact with the catalytic converter and thus that The prevention of the entry of unformed methane into the room facing is the Catalyst expediently as a porous layer on the plate of the Anode current collector applied.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Steuerung der Gas- und Temperaturverteilung innerhalb der Zelle die Porösität über die Fläche der Platte des Anodenstromkollektors unterschiedlich groß.In a preferred embodiment, the gas and Temperature distribution within the cell porosity over the surface of the plate of the Anode current collector of different sizes.
Die Erfindung vereinigt die Vorteile des indirekten internen Reformierens mit denen des direkten internen Reformierens.The invention combines the advantages of indirect internal reforming with those of direct internal reforming.
Insbesondere ist das Material des Anodenstromkollektors dispersionsgehärtetes Nickel oder Kupfer. Mit einem solchen Material wird auf kostengünstige Weise ein guter Schutz vor Korrosion und Kriechen erreicht. Eine möglicherweise durch an der Oberfläche befindliche Oxidpartikel verursachte Benetzung des Anodenstromkollektors mit Schmelze kann durch Beizen verhindert werden. Alternativ kann die Anodenstromkollektorplatte auch mit einer dünnen Schicht von Reinnickel oder ähnlichem überzogen werden.In particular, the material of the anode current collector is dispersion-hardened nickel or copper. Such a material provides good protection in a cost-effective manner reached from corrosion and creep. One possibly through on the surface Oxide particles present cause the anode current collector to be wetted with melt can be prevented by pickling. Alternatively, the anode current collector plate can also be covered with a thin layer of pure nickel or the like.
Die Platte kann einteilig ausgebildet sein, wobei die Räume beiderseits der Platte bis auf die Gasdurchlaßöffnungen geschlossen sind. Bei einer solchen Anordnung ist zwar der Katalysator optimal vor Kontamination geschützt, jedoch kann das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Wasser nicht für die Reformierreaktion ausgenutzt werden.The plate can be formed in one piece, with the spaces on both sides of the plate except the gas passage openings are closed. With such an arrangement is the Catalyst optimally protected against contamination, but this can be the case with the Fuel cell reaction water not used for the reforming reaction become.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform besteht der Anodenstromkollektor aus wenigstens zwei Platten, die je an einer ihrer Schmalseiten versetzt zueinander aneinandergrenzen. Hierdurch kann man den Wasserballast im Brenngas reduzieren, indem Reaktionswasser aus dem Raum mit der Anode durch die Öffnung zwischen den Platten in den Raum mit dem Katalysator gelangt.In a further expedient embodiment, the anode current collector consists of at least two plates, each offset on one of their narrow sides adjoin. This can reduce the water ballast in the fuel gas by Water of reaction from the room with the anode through the opening between the plates in enters the room with the catalyst.
Insbesondere sind die Öffnungen durch poröse Filter bedeckt, die aus einem selektiv kaliumbindenden Material bestehen. Auf diese Weise sind die Kontamination des Katalysators durch den im Abgas enthaltenen Kaliumdampf verhindert. Vorzugsweise enthält das Material Oxide, Kieselgur, Filterfritte oder natürliche poröse Mineralien. Der Katalysator kann in Form von Pellets im mehrstufigen Aufbau vorhanden sein. In particular, the openings are covered by porous filters that are selective from a potassium binding material. This way the contamination of the Prevents catalyst by the potassium vapor contained in the exhaust gas. Preferably contains the material oxides, diatomaceous earth, filter frit or natural porous minerals. The Catalyst can be in the form of pellets in a multi-stage structure.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben.The invention is illustrated below with reference to a drawing Embodiment described in more detail, from which further features, details and Advantages.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen einteiligen Anodenstromkollektor für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle in perspektivischer Ansicht, Fig. 1 shows a one-piece anode current collector for a molten in a perspective view;
Fig. 2 einen Teil eines Anodenstromkollektors im Querschnitt, Fig. 2 shows part of an anode current collector in the cross section,
Fig. 3 einen mehrteiligen Anodenstromkollektor für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle in perspektivischer Ansicht. Fig. 3 shows a multi-part anode current collector for a molten carbonate fuel cell in a perspective view.
Ein Anodenstromkollektor für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle ist als gewellte Platte 1 ausgebildet, die aus porösem, gesintertem Material besteht. Die Platte 1 hat gleich ausgebildete Wellen, die z. B. aus Zylinderbogenabschnitten bestehen, die ineinander übergehen und deren Scheitellinien in den gleichen Ebenen liegen. Mit den in einer unteren Ebene liegenden Scheiteln grenzt die Platte 1 an die nicht näher dargestellte poröse Anode an. Die anderen Scheitel 2 grenzen an eine Platte der nächsten Zelle des Brennstoffzellenstapels an. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Separatorplatte oder eine am Ende des Stapels angeordnete Platte. Diese Platten sind in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt. An den Schmalseiten der Platte 1 sind jeweils Wände 3, 4 vorgesehen. Die Wand 3 hat Durchlässe 5 für jede durch einen Abschnitt der Wände 3, 4 und einen Abschnitt der Platte 1 gebildeten Hohlraum. In die Durchlässe 5, z. B. in Form von kreisförmigen Löchern, wird Brenngas, insbesondere Methan, eingespeist, das mit einem Katalysator zu Wasserstoff und Kohlendioxid reformiert wird. Der Katalysator ist als poröse Katalysatorschicht 6 ausgebildet und befindet sich auf der der Anode abgewandten Seite der Platte 1. Das Material der Platte 1 ist dispersionsgehärtetes Nickel oder Kupfer.An anode current collector for a molten carbonate fuel cell is designed as a corrugated plate 1 , which consists of porous, sintered material. The plate 1 has waves of the same design, which, for. B. consist of cylindrical arc sections that merge into one another and whose apex lines lie in the same planes. With the vertices lying in a lower plane, the plate 1 borders on the porous anode (not shown in more detail). The other vertices 2 adjoin a plate of the next cell of the fuel cell stack. It is in particular a separator plate or a plate arranged at the end of the stack. These plates are also not shown in the drawing. Walls 3 , 4 are provided on the narrow sides of the plate 1 . The wall 3 has passages 5 for each cavity formed by a section of the walls 3 , 4 and a section of the plate 1 . In the passages 5 , z. B. in the form of circular holes, fuel gas, in particular methane, is fed, which is reformed with a catalyst to hydrogen and carbon dioxide. The catalyst is designed as a porous catalyst layer 6 and is located on the side of plate 1 facing away from the anode. The material of the plate 1 is dispersion hardened nickel or copper.
Der Wasserstoff gelangt durch die Poren der Platte 1 in den Raum, in dem sich die Anode befindet, in der die Reaktion der Wasserstoffionen mit den Sauerstoffionen zu Wasser stattfindet. Das Wasser wird aus den einzelnen, voneinander durch die Platte 1 getrennten Hohlräume der Anodenseite durch Öffnungen in der Wand 4 abgeführt.The hydrogen passes through the pores of plate 1 into the space in which the anode is located, in which the reaction of the hydrogen ions with the oxygen ions to water takes place. The water is discharged from the individual cavities on the anode side, separated by the plate 1 , through openings in the wall 4 .
Durch die oben beschriebene Ausbildung des Anodenstromkollektors wird die Kontamination der Katalysatorschicht 6 durch Karbonat oder Hydroxid verhindert, d. h. dampfförmiges Kaliumkarbonat oder -hydroxid, das aufgrund der Struktur des Kollektors auftritt, kann die Katalysatorschicht 6 nicht mehr desaktivieren. Dispersionsgehärtetes Nickel oder Kupfer widerstehen der Korrosion und haben bei den in der Schmelzkarbonatbrennstoffzelle herrschenden hohen Temperatur eine ausreichende Festigkeit gegen Kriechen des Materials. Um eine Benetzung des Stromkollektors mit Schmelze zu verhindern, wird das Material gebeizt. Alternativ kann die Platte 1 auch mit einer dünnen Schicht aus Reinnickel überzogen werden.The above-described configuration of the anode current collector prevents the contamination of the catalyst layer 6 by carbonate or hydroxide, ie vaporous potassium carbonate or hydroxide, which occurs due to the structure of the collector, can no longer deactivate the catalyst layer 6 . Dispersion hardened nickel or copper resist corrosion and have sufficient resistance to material creep at the high temperature prevailing in the molten carbonate fuel cell. The material is pickled to prevent the current collector from wetting. Alternatively, the plate 1 can also be covered with a thin layer of pure nickel.
Die Platte 1 hat in ihrer Längs- und Querrichtung unterschiedliche Porosität, wodurch eine gleichmäßige Temperatur und Gasverteilung in der Schmelzkarbonatbrennstoffzelle erreicht wird.The plate 1 has different porosity in its longitudinal and transverse directions, as a result of which a uniform temperature and gas distribution in the molten carbonate fuel cell is achieved.
Mit dem oben beschriebenen Anodenstromkollektor wird Brenngas im Zelleninneren direkt reformiert, wozu die Abwärme der Brennstoffzelle ausgenutzt wird. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle erhöht.With the anode current collector described above, fuel gas is directly inside the cell reformed, for which the waste heat from the fuel cell is used. This will Efficiency of the fuel cell increased.
Die Fig. 3 zeigt einen mehrteiligen Anodenstromkollektor der drei gleich ausgebildete Platten 8, 9, 10 aufweist, die die gleiche Form wie die Platte 1 haben können. Die Welligkeit kann im übrigen auch durch andere geometrische Formen als mit Zylinderabschnitten erreicht werden. Die Platten 8, 9, 10 aus gesintertem, porösem, dispersionsgehärtetem Nickel oder Kupfer, gegebenenfalls auch aus Ru, Pd, Pt oder Ir, sind jeweils an ihren einen Stirnseiten, an denen sie einer anderen Platte benachbart sind, um eine halbe Teilung eines wellenförmigen Abschnitts gegeneinander versetzt. Die Scheitellinien der Wellen liegen bei allen Platten wiederum in jeweils zwei Ebenen, von denen eine die eine Wand der Anode und die andere die Wand einer Platte ist. FIG. 3 shows a multi-part anode current collector which has three plates 8 , 9 , 10 of identical design, which can have the same shape as plate 1 . The ripple can also be achieved by other geometric shapes than cylinder sections. The plates 8 , 9 , 10 made of sintered, porous, dispersion-hardened nickel or copper, possibly also made of Ru, Pd, Pt or Ir, are each on their one end faces, on which they are adjacent to another plate, by half a division of a wave-shaped Section offset from each other. The apex lines of the waves are in each case in each case in two planes, one of which is the wall of the anode and the other is the wall of a plate.
An der einen Stirnseite der Platte 10 ist in gleicher Weise wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eine ebene Wand 11 mit Öffnungen 12 für den Einlaß des Brenngases in die Hohlräume angeordnet. In entsprechender Weise wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 befindet sich an einer Stirnseite der Platte 8 eine Wand 13, in der Öffnungen 14 für den Auslaß des Abgases aus den einzelnen Hohlräumen angeordnet sind.A flat wall 11 with openings 12 for the inlet of the fuel gas into the cavities is arranged on one end of the plate 10 in the same way as in the device according to FIG. 1. In the same way as in the device according to FIG. 1, there is a wall 13 on an end face of the plate 8 , in which openings 14 are arranged for the outlet of the exhaust gas from the individual cavities.
Zwischen den gegeneinander in Richtung quer zu den Scheitellinien versetzten Platten 8, 9 und 9, 10 sind weitere ebene Wände 20, 21 angeordnet, die die zusammen mit den Wänden 11 und 13 die von den Platten 8, 9 und 10 gebildeten Räume vorder- und rückseitig begrenzen. Die an die Plattenoberseiten angrenzenden Räume werden von einer (nicht dargestellten) Separatorplatte begrenzt, die mit den Wänden 11, 13, 20, 21 einen gasdichten Abschluß bildet. Dadurch ist das über die Öffnungen 12 in die Wellentäler eintretende Brenngas gezwungen die Platte 10 von außen nach innen zu durchströmen. Über die Öffnungen 22 in der Wand 21 strömt das Abgas in die Wellentäler der Platte 9 ein. Durch geeignete Katalysatorbelegung der Platte 10 und geeignete Einstellung der Betriebsparameter (z. B. Gasfluß) wird gewährleistet, daß noch ausreichend Brenngas (Methan) im Abgas der ersten Platte 10 enthalten ist, so daß für den Betrieb der Brennstoffzelle Gas in geeigneter Zusammensetzung an der zweiten Platte 9 zur Verfügung steht.Between the plates 8 , 9 and 9 , 10 offset in relation to one another in the direction transverse to the apex lines, further flat walls 20 , 21 are arranged, which together with the walls 11 and 13 front and the spaces formed by the plates 8 , 9 and 10 limit on the back. The spaces adjacent to the tops of the plates are delimited by a separator plate (not shown) which forms a gas-tight seal with the walls 11 , 13 , 20 , 21 . As a result, the fuel gas entering the wave troughs through the openings 12 is forced to flow through the plate 10 from the outside inwards. The exhaust gas flows into the wave troughs of the plate 9 via the openings 22 in the wall 21 . A suitable catalytic converter occupancy of plate 10 and suitable setting of the operating parameters (e.g. gas flow) ensures that sufficient fuel gas (methane) is still present in the exhaust gas of first plate 10 , so that gas in a suitable composition can be used to operate the fuel cell second plate 9 is available.
Nach Durchströmen der Wandungen der Platte 9 von außen und innen gelangt das Abgas aus dem Abschnitt mit der Platte 9 über Öffnungen 23 in die auf der Oberseite der Platte 8 liegenden Räume der Platte 8. Nachdem das Gas wiederum die Platte 8 von außen nach innen durchströmt hat, strömt das verbrauchte Abgas über die Öffnungen 14 in der Wand 13 aus der Brennstoffzelle ab.After flowing through the walls of the plate 9 from the outside and inside, the exhaust gas from the section with the plate 9 passes through openings 23 into the spaces of the plate 8 lying on the top of the plate 8 . After the gas has in turn flowed through the plate 8 from the outside inwards, the used exhaust gas flows out of the fuel cell via the openings 14 in the wall 13 .
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Wasser aus den anodenzugewandten Hohlräumen in die elektrodenabgewandten Hohlräume auf die Oberseiten der Platten 9 und 10 gelangt und bei der Reformierreaktion genutzt werden können. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle noch weiter erhöht.The advantage of this arrangement is that the water formed in the fuel cell reaction passes from the anode-facing cavities into the electrode-facing cavities on the tops of the plates 9 and 10 and can be used in the reforming reaction. This further increases the efficiency of the fuel cell.
Um zu verhindern, daß im Abgas enthaltener Kaliumdampf in die elektrodenabgewandten Hohlräume gelangt, sind die Öffnungen 22, 23 mit porösen Filtern abgedeckt, deren Material selektiv Kalium bindet. Die Filtermaterialien sind insbesondere SiO2 also Kieselgel, Kieselgur, Filterfritte, natürliche poröse Materialien wie Bentonit, Meerschaum u. v. a. m.. Bei dem mehrstufigen in Fig. 3 dargestellten Aufbau kann der Katalysator für die Reformierreaktion in Form von Pellets in die elektrodenabgewandten Hohlräume eingelegt werden.In order to prevent potassium vapor contained in the exhaust gas from getting into the cavities facing away from the electrodes, the openings 22 , 23 are covered with porous filters, the material of which selectively binds potassium. The filter materials are in particular SiO 2, ie silica gel, diatomaceous earth, filter frit, natural porous materials such as bentonite, meerschaum and much more. In the multi-stage structure shown in FIG. 3, the catalyst for the reforming reaction can be inserted in the form of pellets in the cavities facing away from the electrode.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19630004A DE19630004C2 (en) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | Anode current collector for a molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19630004A DE19630004C2 (en) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | Anode current collector for a molten carbonate fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19630004A1 DE19630004A1 (en) | 1998-01-29 |
| DE19630004C2 true DE19630004C2 (en) | 2001-11-08 |
Family
ID=7800791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19630004A Expired - Fee Related DE19630004C2 (en) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | Anode current collector for a molten carbonate fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19630004C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008049607A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature fuel cell and associated fuel cell system |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998052241A1 (en) * | 1997-05-13 | 1998-11-19 | Loughborough University Innovations Limited | Current distributors of sintered metals and fuel cells using them |
| FR2858115A1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-01-28 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | FUEL CELL CELL WITH HIGH ACTIVE SURFACE |
| US7534510B2 (en) | 2004-09-03 | 2009-05-19 | The Gillette Company | Fuel compositions |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4443688C1 (en) * | 1994-12-08 | 1996-03-28 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Bipolar plate for fuel-cell stack anode and cathode sepn. and contact |
| DE19517451A1 (en) * | 1995-05-12 | 1996-05-23 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Fuel-cell stack assembly with bipolar metal sheets |
| DE19512755A1 (en) * | 1995-04-05 | 1996-10-10 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Porous cathode assembly for fused carbonate fuel cell |
-
1996
- 1996-07-25 DE DE19630004A patent/DE19630004C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4443688C1 (en) * | 1994-12-08 | 1996-03-28 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Bipolar plate for fuel-cell stack anode and cathode sepn. and contact |
| DE19512755A1 (en) * | 1995-04-05 | 1996-10-10 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Porous cathode assembly for fused carbonate fuel cell |
| DE19517451A1 (en) * | 1995-05-12 | 1996-05-23 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Fuel-cell stack assembly with bipolar metal sheets |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008049607A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | High-temperature fuel cell and associated fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19630004A1 (en) | 1998-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69217132T2 (en) | Fuel cell stack with collecting channels completely arranged inside | |
| DE69108104T2 (en) | Fuel cell stack with internal reforming and collecting channels arranged entirely inside. | |
| DE69028458T2 (en) | Separator plate for use in a gas fuel cell, containing a set of electrodes, and also a fuel cell system | |
| DE69838679T2 (en) | ELECTRICAL CONDUCTIVITY IN A FUEL CELL ARRANGEMENT | |
| DE69908811T2 (en) | BIPOLAR PLATE DESIGN FROM METAL SHEETS FOR POLYMER ELECTROLYTMEMBRANE FUEL CELLS | |
| DE2927655C2 (en) | Method for operating an electrochemical fuel cell and a fuel cell suitable therefor | |
| DE69720489T2 (en) | TUBULAR FUEL CELL ARRANGEMENT WITH POLYMER ELECTROLYTE | |
| DE69014155T2 (en) | Fuel cell stack with collecting channels completely arranged inside. | |
| DE2926776C2 (en) | Fuel and / or electrolysis cell | |
| WO2006053727A9 (en) | Device for carrying out a chemical reaction | |
| DE10340215A1 (en) | Polymer electrolyte membrane fuel cell, has separator for feed of oxidizing gas to electrodes and plate with frames around fuel and oxidizing gas inlets | |
| DE19746074A1 (en) | Fuel cell using methanol as fuel and molten carbonate as fuel element | |
| DE112006000121B4 (en) | Hollow-type fuel cell | |
| EP0840947B1 (en) | High-temperature fuel cell and high-temperature fuel cell stack with interconnecting conducting plates provided with a chromium spinel contact layer | |
| DE4443688C1 (en) | Bipolar plate for fuel-cell stack anode and cathode sepn. and contact | |
| EP0527990A1 (en) | Device comprising a plurality of high-temperature fuel cells for converting the chemical energy of a fuel to electrical energy. | |
| DE112004002358B4 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| DE112006000324B4 (en) | Fuel cell assembly, fuel cell module and fuel cell device | |
| DE102009037148B4 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
| EP1224705B1 (en) | Fuel cell having an internal reformer and a method for operating same | |
| DE19630004C2 (en) | Anode current collector for a molten carbonate fuel cell | |
| EP3596768A1 (en) | Porous molded part for electrochemical module | |
| EP2360767B1 (en) | Fuel cell system | |
| DE102005055043A1 (en) | Chemical reactor unit especially for electricity production has at least two channels for different reaction media and channels for temperature control of the media | |
| DE19607947C1 (en) | Molten carbonate fuel cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, D |
|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MTU CFC SOLUTIONS GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CFC SOLUTIONS GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MTU ONSITE ENERGY GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140201 |