DE19805142C2 - Hochtemperatur-Brennstoffzelle sowie deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Brenn­ stoffzelle und auf einen Hochtemperatur-Brennstoffzellensta­ pel.

Es ist bekannt, daß bei der Elektrolyse von Wasser die Was­ sermoleküle durch elektrischen Strom in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) zerlegt werden. In einer Brennstoffzelle läuft dieser Vorgang in umgekehrter Richtung ab. Durch eine elektrochemische Verbindung von Wasserstoff (H₂) und Sauer­ stoff (O₂) zu Wasser entsteht elektrischer Strom mit hohem Wirkungsgrad und, wenn als Brenngas reiner Wasserstoff (H₂) eingesetzt wird, ohne Emission von Schadstoffen und Kohlendi­ oxid (CO₂). Auch mit einem technischen Brenngas, beispiels­ weise Erdgas oder Kohlegas, und mit Luft (die zusätzlich mit Sauerstoff (O₂) angereichert sein kann) anstelle von reinem Sauerstoff (O₂) erzeugt eine Brennstoffzelle deutlich weniger Schadstoffe und weniger Kohlendioxid (CO₂) als andere Ener­ gieerzeuger, die mit fossilen Energieträgern arbeiten. Die technische Umsetzung des Prinzips der Brennstoffzelle hat zu unterschiedlichen Lösungen, und zwar mit verschiedenartigen Elektrolyten und mit Betriebstemperaturen zwischen 80°C und 1000°C, geführt.

In Abhängigkeit von ihrer Betriebstemperatur werden die Brennstoffzellen in Nieder-, Mittel- und Hochtemperatur- Brennstoffzellen eingeteilt, die sich wiederum durch ver­ schiedene technische Ausführungsformen unterscheiden.

Bei dem aus einer Vielzahl von Hochtemperatur-Brennstoffzel­ len sich zusammensetzenden Hochtemperatur-Brennstoffzellen­ stapel (in der Fachliteratur wird ein Brennstoffzellenstapel auch "Stack" genannt) liegen unter einer oberen Verbundlei­ terplatte, welche den Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel abdeckt, der Reihenfolge nach wenigstens eine Schutzschicht, eine Kontaktschicht, eine Elektrolyt-Elektroden-Einheit, eine weitere Kontaktschicht, eine weitere Verbundleiterplatte, usw.

Die Elektrolyt-Elektroden-Einheit umfaßt dabei zwei Elektro­ den und einen zwischen den beiden Elektroden angeordneten, als Membran ausgeführten Festelektrolyten. Dabei bildet je­ weils eine zwischen benachbarten Verbundleiterplatten lie­ gende Elektrolyt-Elektroden-Einheit mit den beidseitig an der Elektrolyt-Elektroden-Einheit unmittelbar anliegenden Kon­ taktschichten eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, zu der auch noch die an den Kontaktschichten anliegenden Seiten je­ der der beiden Verbundleiterplatten gehören. Dieser Typ und weitere Brennstoffzellen-Typen sind beispielsweise aus dem "Fuel Cell Handbook" von A. J. Appleby und F. R. Foulkes, 1989, Seiten 440 bis 454, bekannt.

Die Verbundleiterplatten weisen in der Regel an jeder den Elektrolyt-Elektroden-Einheiten zugewandten Fläche als zu den Elektrolyt-Elektroden-Einheiten offene, nebeneinander verlau­ fende Nuten ausgebildete Strömungskanäle für die Betriebsgase auf, die z. B. geradlinig und an einer Oberfläche der Elektro­ lyt-Elektroden-Einheit um 90° gegenüber den Kanälen an der anderen Oberfläche versetzt sind. In der DE 44 43 430 A1 wer­ den diese Kanäle von Rillen in einem Einlegeblech gebildet, das über geeignete Metall-Lote in eine entsprechende Ausneh­ mung einer Metallplatte eingelötet ist. Eine derart zusammen­ gelötete Verbundleiterplatte ist einfacher zu fertigen als eine entsprechend profilierte, einstückige Platte.

Die Bauelemente der Hochtemperatur-Brennstoffzelle werden zum Betrieb in Teilbereichen, den sogenannten Fügebereichen, mit­ einander gefügt. Gefügt werden beispielsweise zwei metalli­ sche Verbundleiterplatten miteinander oder eine Verbundlei­ terplatte mit einem Rahmen. Ein solcher Rahmen dient bei­ spielsweise zur Aufnahme von Elektrolyt-Elektroden-Einheiten in entsprechenden Fenstern des Rahmens. Der Fügebereich wird hier auch als äußerer Fügebereich bezeichnet. Dieser ist vom inneren Fügebereich, der innerhalb der Brennstoffzelle ange­ ordnet ist, zu unterscheiden, wo beispielsweise der Elektro­ lyt der Elektrolyt-Elektroden-Einheit mit der benachbarten Verbundleiterplatte gasdicht gefügt wird.

Unter Fügen versteht man das passende Aneinandersetzen oder Verbinden von Werkstücken oder Werkstoffen durch verschiedene Verfahren, beispielsweise durch Schrauben, Nieten, Schweißen, Löten usw.. Dementsprechend wird als Fuge die Trennungsöff­ nung zwischen zwei zu verbindenden Bauelementen bezeichnet.

Die die Fuge zwischen den Bauelementen im Fügebereich ausfül­ lende Schicht (also der Werkstoff der Schicht) muß verschie­ denen Anforderungen genügen. Die Schicht muß eine ausrei­ chende mechanische Stabilität gegenüber mechanischen Spannun­ gen aufweisen. Aufgrund von Temperaturänderungen, beispiels­ weise bei Einschalt- und Ausschaltvorgängen eines Hochtempe­ ratur-Brennstoffzellenstapels, der sich in der Regel aus we­ nigstens 40 Brennstoffzellen zusammensetzt, oder auch bei Än­ derungen der Betriebstemperatur, diese kann je nach Anforde­ rung zwischen 600 und 1000°C liegen, wirken erhebliche me­ chanische Kräfte auf den Fügebereich ein.

Da die Betriebsmittel der Brennstoffzelle, welche im gasför­ migen Zustand vorliegen, einen erhöhten Druck gegenüber der Umgebungsatmosphäre aufweisen, muß zusätzlich gewährleistet sein, daß das Betriebsmittel nicht durch die Schicht im Füge­ bereich in die Umgebungsatmosphäre oder in benachbarte Berei­ che gelangt, wo das Betriebsmittel unerwünscht ist. Das heißt daß die Schicht im Fügebereich auch eine Gasdichtigkeit und eine ausreichende Druckblasbeständigkeit über die gesamte Be­ triebszeit von ca. 5 bis 6 Jahren aufweisen muß.

Eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochtemperatur-Brenn­ stoffzelle weist eine Schicht zum Fügen der Bauelemente auf, die aus einem Glaslot besteht. Als Glaslot, auch Lötglas ge­ nannt, wird ein leicht schmelzendes Glas mit niedriger Visko­ sität und kleiner Oberflächenspannung bei einer Verschmel­ zungstemperatur zwischen 700 und 1000°C bezeichnet. Es wird zwischen thermisch entglasbaren, d. h. kristallisierenden, und relativ entglasungsfesten Glasloten unterschieden.

Glaslot wird bei Brennstoffzellen vor allem verwendet, um am Rand der einzelnen Elektrolyt-Elektroden-Einheiten die Fuge zwischen einer Verbundleiterplatte und der Einheit bzw. einem die Einheit tragenden Rahmen ("innerer Fügebereich") und die entsprechende Fuge am Rand des ganzen Stapels ("äußerer Füge­ bereich") dicht auszufüllen. So ist z. B. in der WO 94/10717 A1 vorgeschlagen, die einzelnen Elektrolyt-Elektroden-Einhei­ ten als rechteckige Festelektrolyt-Plättchen in Fenster einer Folie aus Zirkonoxid einzulegen und aus den Verbundleiter­ platten, den Festelektrolyt-Folien und ähnlichen Fensterfo­ lien eine Sandwich-Struktur aufzubauen, die dann verlötet wird, wobei die Dichtheit der Fugen besondere Maßnahmen er­ fordert.

Das Glaslot weist jedoch beim Langzeitbetrieb - in der Regel mehrere 1000 Stunden - der Brennstoffzelle einige Nachteile auf. Seine mechanische Stabilität gegenüber mechanischen Spannungen ist nur gering. Das Glaslot weist im allgemeinen eine Zugfestigkeit auf, die kleiner 50 N/mm² ist. Beim Auf­ treten von Feuchte können diese Werte zügig auf unter 10 N/mm² sinken. Ein Zyklieren nach dem Löten oder im späteren Kraftwerksbetrieb führt dann zur Rißbildung in der Lötnaht und zu Undichtigkeiten.

Außerdem ist das Glaslot instabil gegenüber einer chemischen Reaktion mit den Betriebsmitteln. Die Betriebsmittel liegen in der Brennstoffzelle in Form von reduzierenden feuchten Ga­ sen vor, die wenigstens teilweise mit dem Glaslot reagieren und so zu seiner Zersetzung führen. Hierdurch entsteht eben­ falls eine Undichtigkeit im Fügebereich der Brennstoffzelle.

Die aufgeführten Nachteile führen zu einer Funktionsbeein­ trächtigung der Brennstoffzelle und des Hochtemperatur-Brenn­ stoffzellenstapels. Ein störungsfreier Langzeitbetrieb ist nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Hochtempe­ ratur-Brennstoffzelle anzugeben, die im Fügebereich eine me­ chanisch und chemisch stabile Schicht aufweist.

Bei einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit zwei Bauelemen­ ten, die in einem Fügebereich durch eine Schicht miteinander gefügt sind, enthält die Schicht gemäß der Erfindung wenig­ stens eine Lage aus einem metallischen Lot. Im inneren Füge­ bereich wird auf diese Weise die Fuge zwischen der Elektro­ lyt-Elektroden-Einheit und einer Verbundleiterplatte gedich­ tet, wobei keine elektrische Isolation erforderlich ist und es genügt, wenn die Schicht wenigstens eine Lage aus dem me­ tallischen Lot enthält. Im äußeren Fügebereich liegt die Fuge zwischen zwei Verbundleiterplatten und es ist außer minde­ stens einer Lage aus dem metallischen Lot noch mindestens eine keramische oder glaskeramische Lage (z. B. ein Rahmen) vorgesehen.

Als "metallisches Lot" wird eine bei niedriger Temperatur schmelzende Metall-Legierungen bezeichnet, die zum Löten ge­ eignet ist und je nach Zusammensetzung und Verwendung über einen Temperaturbereich von 185 bis 1100°C Schmelztemperatur zur Verfügung steht. Man unterscheidet Weichlote mit einer Schmelztemperatur kleiner 450°C und Hartlote mit einer Schmelztemperatur größer 450°C.

Ein metallisches Lot, also eine metallische Legierung, hat für den Langzeitbetrieb der Brennstoffzelle gegenüber einem Glaslot entscheidende Vorteile. Ein metallisches Lot weist eine wesentlich höhere Zugfestigkeit als ein Glaslot auf. Es besitzt eine Zugfestigkeit zwischen 100 und wenigstens 200 N/mm² und zeigt ein elastisches Verhalten. Die in der Brenn­ stoffzelle auftretenden mechanischen Spannungen werden gut von der Lage aus dem metallischen Lot aufgenommen. Das Lot ist nahezu resistent gegenüber einer chemischen Reaktion mit den Betriebsmitteln der Brennstoffzelle. Zudem ist es unemp­ findlich gegenüber auftretenden Differenzdrücken bis zu 200 mbar. Das metallische Lot wird somit im Gegensatz zum Glaslot nicht aus dem Fügebereich der Fuge zwischen den Bauelementen "herausgeblasen". Aufgrund seiner mechanischen und chemischen Stabilität ist es für den Langzeitbetrieb der Brennstoffzelle geeignet.

Vorzugsweise ist für die Elektrolyt-Elektroden-Einheit ein Rahmen vorgesehen. Die zu fügende Bauelemente können also insbesondere plattenartige Verbundleiterplatten sein, es kann aber auch wenigstens eines der beiden Bauelemente ein solcher Rahmen sein bzw. die Schicht ist dann selbst rahmenartig aus­ gebildet. Bei einer Anordnung des Fügebereiches im Randbe­ reich der Brennstoffzelle, wie bei zu fügenden Verbundleiter­ platten vorgesehen, ist ein Stromübergang zwischen den beiden Verbundleiterplatten zu vermeiden. Durch die Verwendung einer keramischen oder glaskeramischen Lage in der Schicht wird eine elektrische Isolation erreicht.

Insbesondere kann die Schicht aus zwei Lagen aus metallischem Lot und aus einer keramischen oder glaskeramischen Lage be­ stehen, wobei die keramische oder glaskeramische Lage zwi­ schen den beiden Lagen aus Lot angeordnet ist. In dieser Aus­ führungsform stehen zwei Lagen aus Lot zum Ausgleichen der in der Brennstoffzelle auftretenden mechanischen Spannungen zur Verfügung. Außerdem kann als keramische oder glaskeramische Lage ein vorgefertigter Rahmen verwendet werden. Dieser Rah­ men wird auf einfache Weise auf beiden Seiten mit den Lagen aus Lot verlötet. Der vorgefertigte Rahmen kann in der Regel nicht unmittelbar, sondern meistens nur unter Verwendung ei­ ner weiteren Kontaktschicht unmittelbar auf einer Verbundlei­ terplatte angeordnet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung besteht die Schicht aus einer Lage aus metallischem Lot und aus zwei keramischen oder glas­ keramischen Lagen, wobei die Lage aus Lot zwischen den beiden keramischen oder glaskeramischen Lagen angeordnet ist. Die beiden Lagen werden durch ein Plasmaspritzverfahren oder durch Aufsintern unmittelbar auf die Verbundleiterplatten aufgetragen.

Im inneren Fügebereich sind die beiden Bauelemente als eine metallische Verbundleiterplatte und ein Elektrolyt der Elek­ trolyt-Elektroden-Einheit ausgeführt und vorzugsweise besteht die Schicht nur aus einer Lage aus Lot. In diesem Fügebereich wird keine elektrische Isolierung, d. h. keine keramische Lage, benötigt. Die Verwendung einer einlagigen Schicht aus metallischem Lot ist ausreichend. Die Fuge besitzt in dem zu lötenden Fügebereich in der Regel eine Breite bis zu 100 µm.

Insbesondere kann die Lage aus metallischem Lot eine Dicke zwischen 20 und 100 µm aufweisen. Diese Dicke der Lage ist für die mechanische Stabilität der Brennstoffzelle ausrei­ chend und gewährleistet eine gute Fügung.

In einer weiteren Ausgestaltung enthält das Lot überwiegend Nickel, ferner Chrom und Silicium, z. B. etwa 70 Gew.-% Nickel (Ni), 19 Gew.-% Chrom (Cr) und 11 Gew.-% Silicium (Si). Zum Auftragen dieses Lotes auf die keramische Schicht wird die keramische Schicht zunächst auf ihrer Oberfläche, d. h. auf derjenigen Oberfläche, wo das Lot aufgetragen werden soll, metallisiert. Die Metallisierung wird beispielsweise durch Auftragen einer zwischen 20 und 30 µm dicken Platinschicht bewirkt. Auf diese Platinschicht wird dann die Schicht aus metallischem Lot aufgetragen. Durch die Metallisierung wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Schicht aus Lot und der keramischen oder glaskeramischen Schicht erreicht.

Vorzugsweise enthält das metallische Lot etwa 3 bis 7 Gew.-% Titan (Ti), Zirkonium (Zr) oder Niob (Nb). Dieses Lot kann unmittelbar auf eine keramische oder glaskeramische Schicht aufgetragen werden. Die im Lot enthaltenen Metalle besitzen eine ausreichende Sauerstoffionenaffinität, um eine stoff­ schlüssige Verbindung unmittelbar zwischen der Schicht aus Lot und der keramischen oder glaskeramischen Schicht zu ge­ währleisten. Als Basisanteil für diese Lote, d. h. wenigstens 50 Gew.-% des Lotes bestehen aus dieser Basis, sind bei­ spielsweise Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) geeignet. Eine zu­ sätzliche Metallisierung der Oberfläche der keramischen oder glaskeramischen Schicht wird hier nicht benötigt.

Gemäß der Erfindung besteht ein Hochtemperatur-Brennstoffzel­ lenstapel aus einer Anzahl dieser Brennstoffzellen. In der Regel enthält ein Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel we­ nigstens 40 Brennstoffzellen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü­ chen wiedergegeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer Weiterbil­ dungen werden mehrere Ausführungsbeispiele anhand von vier Figuren erläutert. Die Figuren zeigen jeweils einen Aus­ schnitt aus einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle in schemati­ scher Darstellung.

In der Fig. 1 erkennt man eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle 2 (Brennstoffzelle) mit zwei Bauelementen, die hier als me­ tallische Verbundleiterplatten 4, 6 ausgeführt sind. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann aber auch wenig­ stens eines der beiden Bauelemente ein plattenartiger Rahmen sein.

In der zwischen den beiden Verbundleiterplatten 4, 6 gebilde­ ten Fuge 8, welche den Abstand zwischen den beiden Verbund­ leiterplatten 4, 6 definiert, ist eine Schicht 10 angeordnet, die die Fuge 8 ausfüllt und die beiden Verbundleiterplatten 4, 6 miteinander fügt. Die Schicht 10 erstreckt sich über ei­ nen Fügebereich 12, wobei der Fügebereich 12 hier im Randbe­ reich der Verbundleiterplatten 4, 6 angeordnet ist.

Die Schicht 10 setzt sich aus einer Lage 14 aus einem metal­ lischen Lot und einer keramischen Lage 16 zusammen. Die Lage 16 kann auch als glaskeramische Lage ausgeführt sein. Die Lage 14 aus metallischem Lot ist unmittelbar auf der Oberflä­ che 18 der Verbundleiterplatte 4 angeordnet. Der noch ver­ bleibende Freiraum der Fuge 8 zwischen den beiden Verbundlei­ terplatten 4, 6 wird durch die keramische Lage 16 gefüllt. Die keramische Lage 16 ist somit zwischen der Lage 14 aus Lot und der Oberfläche 20 der Verbundleiterplatte 6 angeordnet. Die Reihenfolge der beiden Lagen 14, 16 zwischen den beiden Ver­ bundleiterplatten 4, 6 kann genausogut auch umgekehrt sein. Die Fuge 8 besitzt in der Regel eine Breite zwischen 200 und 800 µm, wobei die Lage 14 aus metallischem Lot eine Dicke zwischen 20 und 100 µm aufweist.

Das metallische Lot der Lage 14 enthält etwa 70 Gew.-% Nickel (Ni), 19 Gew.-% Chrom (Cr) und 11 Gew.-% Silicium (Si). Um das Lot der Lage 14 mit dem Werkstoff der keramischen Lage 16 stoffschlüssig zu verbinden, wird zunächst der Übergangsbe­ reich der keramischen Lage 16 zur Lage 14 metallisiert, bei­ spielsweise durch eine Platinbeschichtung mit einer Dicke zwischen 20 und 30 µm, welche in der Fig. 1 nicht weiter dargestellt ist. Mit Hilfe dieser Platinschicht kann eine gute stoffschlüssige Verbindung zwischen der Lage 14 aus Lot und der keramischen Lage 16 erreicht werden.

In einem zweiten nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ent­ hält das metallische Lot etwa 55 Gew.-% Cobalt (Co), 18 Gew.-% Nickel (Ni), 19 Gew.-% Chrom (Cr) und 8 Gew.-% Silicium (Si). Auch bei diesem Lot muß die Oberfläche der keramischen Lage 16 zunächst metallisiert werden. Allerdings ist die Metallisierung von keramischen Oberflächen aus dem Stand der Technik bekannt und einfach durchzuführen.

In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen enthält das Lot etwa 3 bis 7 Gew.-% (Ti), (Cr) oder Niob (Nb). Als Basiswerkstoff der metallischen Legierung des Lotes wird bei­ spielsweise Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) verwendet. Diese be­ sitzen dann einen Anteil von wenigstens 50 Gew.-% an der me­ tallischen Legierung des Lotes. Diese metallischen Lote kön­ nen aufgrund ihrer ausreichenden Sauerstoffionenaffinität für eine stoffschlüssige Verbindung unmittelbar auf die kerami­ sche Lage 16 aufgetragen werden.

Die keramische Lage 16 wird beispielsweise durch ein Plas­ maspritzverfahren hergestellt. Sie besteht vorsichtsweise aus wenigstens 20 Gew.-% ZrO₂ oder Al₂O₃ und/oder MgAl₂O₄ und/oder MgO. Der Längenausdehnungskoeffizient der keramischen Lage 16 wird vorzugsweise durch den Anteil an MgO angepaßt.

Die Lage 14 aus metallischem Lot und auch die Schicht 10, die die Lage 14 aus dem Lot enthält, ist mechanisch und chemisch stabil. Druckdifferenzen während des Betriebes zwischen einem Innenraum 22, der mit einem Betriebsmittel in Gasform unter erhöhtem Druck beaufschlagt ist, der Brennstoffzelle 2 und der Umgebungsatmosphäre haben keine Auswirkung auf die mecha­ nische Stabilität der Lage 14 aus metallischem Lot. Das im Stand der Technik verwendete Glaslot wird hingegen nach einer entsprechenden Betriebsdauer wenigstens teilweise aus der Brennstoffzelle herausgeblasen. Außerdem ist die Lage 14 ge­ genüber einer chemischen Reaktion mit dem Betriebsmittel im Innenraum 22 der Brennstoffzelle 2 resistent.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Schicht 10, die die Fuge 8 zwischen den Verbundleiterplatten 4, 6 schließt, zwei Lagen 24, 26 aus metallischem Lot und eine keramische Lage 28, wobei letztere zwischen den beiden Lagen 24, 26 aus Lot angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß zwei voneinander räum­ lich getrennte Lagen 24, 26 aus Lot zum Erfüllen der mechani­ schen Anforderungen an die Brennstoffzelle zur Verfügung ste­ hen. Außerdem kann hier die keramische Lage 28 als vorgefer­ tigter Rahmen ausgeführt sein. Der vorgefertigte Rahmen be­ sitzt den Vorteil, daß er gesondert, d. h. ohne Einbeziehung der Verbundleiterplatten 4, 6 der Brennstoffzelle 2, gefertigt werden kann. Das Lot hat in diesem Ausführungsbeispiel und auch in den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 eine Zusammensetzung, die bereits im Zusammenhang mit den Ausfüh­ rungsbeispielen in Fig. 1 angegeben wurde.

Gemäß Fig. 3 umfaßt die Schicht 10 zwei keramische Lagen 30, 32 und eine Lage 34 aus einem Lot. Die Lage 34 aus Lot ist zwi­ schen den beiden keramischen Lagen 30, 32 angeordnet. Die Fuge 8 ist hier durch einen Lötprozeß, d. h. durch Verlöten der Lage 10 aus einem Lot, geschlossen.

In der Brennstoffzelle 2 gemäß Fig. 4 ist eines der beiden Bauelemente 4, 6, in diesem Ausführungsbeispiel das Bauelement 4, als Verbundleiterplatte und das andere Bauelement 6 als Elektrolyt 6 der Elektrolyt-Elektroden-Einheit ausgestaltet. Die Schicht 10 zum Füllen der Fuge 40 zwischen der Verbund­ leiterplatte 4 und dem Elektrolyten 6, der beispielsweise Zirkoniumoxid (ZrO₂) enthält, weist nur eine Lage 42 aus me­ tallischem Lot auf. Eine weitere keramische Lage wird hier nicht benötigt, da zwischen der Verbundleiterplatte 4 und dem Elektrolyten 6 der Elektrolyt-Elektroden-Einheit keine elek­ trische Isolierung benötigt wird.

Der Fügebereich 44 ist - im Gegensatz zu den Ausführungsbei­ spielen der Fig. 1 bis 3, deren Fügebereich 12 im Randbereich der Verbundleiterplatten 4, 6 angeordnet ist - im Innenraum 22 der Brennstoffzelle 2 angeordnet und wird als innerer Fügebe­ reich bezeichnet. Die Schicht 10 dichtet die Gasräume zweier unterschiedlicher Betriebsmittel, beispielsweise von Wasser­ stoff (H₂) und Sauerstoff (O₂), gegeneinander ab.

Vorzugsweise besteht ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensta­ pel aus einer Anzahl solcher in den Fig. 1 bis 4 und den wei­ teren Ausführungsbeispielen dargestellten Brennstoffzellen 2.

Claims (12)

1. Hochtemperatur-Brennstoffzelle (2) mit zwei Bauelementen (4, 6), die in einem Fügebereich (12, 44) durch eine Schicht (10) miteinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem äußeren Fügebereich (12), in dem die beiden Bauelemente (4, 6) zwei metallische Verbundleiterplatten sind, die Schicht (10) mindestens eine Lage (14; 24; 26; 34) aus metallischem Lot und mindestens eine keramische oder glaskeramische Lage (16; 28; 30; 32) enthält und/oder in einem inneren Fügebereich (44), in dem die beiden Bauelemente (4, 6) eine metallische Verbundleiterplatte und eine Elektrolyt-Elektroden-Einheit ist, die Schicht (10) mindestens eine Lage aus metallischem Lot (42) enthält.

2. Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht rahmenförmig gestaltet ist.

3. Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (10) im äußeren Fügebereich und/oder auch im inneren Fügebereich aus der Lage (14) aus metallischem Lot und aus der keramischen oder glaskeramischen Lage (16) besteht.

4. Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (10) im äußeren Fügebereich und/oder auch im inneren Fügebereich aus zwei Lagen (24, 26) aus metallischem Lot und aus der keramischen oder glaskeramischen Lage (28) besteht, die zwischen den beiden Lagen (24, 26) aus metallischem Lot angeordnet ist.

5. Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kera­ mische oder glaskeramische Lage (28) ein vorgefertigter Rah­ men ist.

6. Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (10) aus zwei keramischen oder glaskeramischen Lagen (30, 32) und aus der Lage (34) aus metallischem Lot besteht, wobei die Lage (34) aus metallischem Lot zwischen den beiden keramischen oder glaskeramischen Lagen (30, 32) angeordnet ist.

7. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Füge­ bereich eine mit der Schicht (10) gefüllte Fuge (8) mit einer Breite zwischen 200 und 800 µm aufweist.

8. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (14; 24, 26; 34; 42) aus metallischem Lot eine Dicke zwi­ schen 20 und 100 µm aufweist.

9. Brennstoffzelle (2) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das metal­ lische Lot etwa 70 Gew.-% Nickel (Ni), 19 Gew.-% Chrom (Cr) und 11 Gew.-% Silicium (Si) enthält.

10. Brennstoffzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das metal­ lische Lot etwa 55 Gew.-% Cobalt (Co), 18 Gew.-% Nickel (Ni), 19 Gew.-% Chrom (Cr) und 8 Gew.-% Silicium (Si) enthält.

11. Brennstoffzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das metal­ lische Lot etwa 3 bis 7 Gew.-% Titan (Ti), Zirkonium (Zr) oder Niob (Nb) enthält.

12. Verwendung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapels.