DE20221582U1 - High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive - Google Patents

High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive Download PDF

Info

Publication number
DE20221582U1
DE20221582U1 DE20221582U DE20221582U DE20221582U1 DE 20221582 U1 DE20221582 U1 DE 20221582U1 DE 20221582 U DE20221582 U DE 20221582U DE 20221582 U DE20221582 U DE 20221582U DE 20221582 U1 DE20221582 U1 DE 20221582U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
adhesive
adhesive according
boron nitride
fuel cell
temperature
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 - Lifetime
Application number
DE20221582U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Priority to DE20221582U priority Critical patent/DE20221582U1/en
Priority claimed from DE10206863A external-priority patent/DE10206863A1/en
Publication of DE20221582U1 publication Critical patent/DE20221582U1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0282Inorganic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26Silicates of the alkali metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J1/00Adhesives based on inorganic constituents
    • C09J1/02Adhesives based on inorganic constituents containing water-soluble alkali silicates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00215Mortar or concrete mixtures defined by their oxide composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00637Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as glue or binder for uniting building or structural materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286Processes for forming seals
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive. Independent claims are also included for the following: (1) Process for gluing flat metal substrates using the above adhesive; and (2) Fuel cell consisting of several metal layers glued together. Preferred Features: The adhesive contains 1-40 wt. %,, preferably 7-25 wt.% boron nitride referred to the dry weight. The boron nitride is present in particle form with a mean particle size of 1-10 Micro.

Description

Die Erfindung betrifft ein hochtemperaturfestes Klebemittel auf Wasserglasbasis.The The invention relates to a high temperature-resistant adhesive based on water glass.

Auf Wasserglas basierende Klebemittel sind beispielsweise als hochtemperaturbeständige Kaltklebstoffe bekannt, die unter anderem zum Verkleben von Werkstoffen auf der Basis von Kalzium- und Tonerdesilikaten, Faserstoffzementen oder Keramik verwendet werden.On Waterglass-based adhesives are, for example, as high-temperature-resistant cold adhesives known, inter alia, for bonding materials on the Base of calcium and alumina silicates, fibrous cements or Ceramics are used.

Von diesen Klebstoffen ist bekannt, dass sie eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen und außerdem gegen viele Chemikalien, insbesondere Säuren, organische Lösemittel, Öl und Benzin beständig sind.From These adhesives are known to have high temperature resistance and also against many chemicals, especially acids, organic solvents, oil and gasoline resistant are.

Nachteilig bei den bekannten hochtemperaturfesten Klebemitteln auf Wasserglasbasis ist, dass diese bei ihrer Verwendung zum Verkleben von metallischen Substraten, insbesondere bei hohen Temperaturen, d.h. im Temperaturbereich oberhalb 700 °C, zum Ausgasen und Aufschäumen neigen, was zu einer Schwächung der Klebeverbindung und insbesondere auch zu einer verminderten Dichtigkeit derselben gegenüber Flüssigkeiten und Gasen führt.adversely in the known high temperature-resistant adhesives based on water glass is that these in their use for bonding metallic Substrates, especially at high temperatures, i. in the temperature range above 700 ° C, for outgassing and foaming tend to weaken the adhesive bond and in particular to a reduced Tightness of the same opposite liquids and gases.

In der Vergangenheit hat man sich zum Verkleben von metallischen Substraten beispielsweise mit Glasloten beholfen, wie sie beispielsweise in der EP 0907 215 A1 in der Anwendung bei Hochtemperaturbrennstoffzellen im Einzelnen beschrieben sind.In the past, for bonding of metallic substrates, for example, with glass solders have been obtained, as for example in the EP 0907 215 A1 in the application of high temperature fuel cells are described in detail.

Hochtemperaturfeste Klebemittel für Metallsubstrate sind insbesondere bei der Herstellung dieser Art von Brennstoffzellen von Bedeutung, bei denen eine große Vielzahl von flächigen Metallsubstraten im Stapel übereinander angeordnet sind und an vorgegebenen Flächen miteinander gasdicht und insbesondere elektrisch isolierend zu verbinden sind.High temperature Adhesives for Metal substrates are especially in the production of this kind of fuel cells of importance in which a large variety of flat Metal substrates stacked on top of each other are arranged and gas-tight at predetermined areas and in particular electrically insulating to connect.

Glaslote haben hier zunächst eine ausreichende Gasdichtheit als auch eine ausreichende elektrische Isolationseigenschaft bewiesen und sind auch bei den verlangten Temperaturen > 700 °C temperaturstabil.glass solders have here first adequate gas tightness as well as sufficient electrical Isolation property proved and are also among the required Temperatures> 700 ° C temperature stable.

Nachteilig bei den Glasloten ist, dass diese nur mit einem verhältnismäßig großen Aufwand auf die Klebestellen aufgetragen und nachher die Klebeverbindung hergestellt werden kann. Werden die Glaslote im Betrieb Temperaturzyklen unterworfen, wie dies beim üblichen Einsatz von Hochtemperaturbrennstoffzellen der Fall ist, neigen diese zur Rissbildung und die aus Glaslot gebildeten Klebestellen verlieren ihre Gasdichtheit.adversely with the Glasloten is that these only with a relatively large expenditure applied to the splices and then the adhesive bond can be produced. Are the glass solders in operation temperature cycles subjected as usual Use of high temperature fuel cells is the case this for the formation of cracks and the glued joints formed from glass solder lose their gas tightness.

Aufgabe der vorliegenden Verbindung ist es, ein hochtemperaturfestes Klebemittel vorzuschlagen, welches sich insbesondere auch zur Verklebung von Metallsubstraten eignet und welches auch bei hohen Betriebstemperaturen seine Gasdichtigkeit und elektrischen Isolatoreigenschaften nicht verliert.task The present invention is a high temperature adhesive to propose, which in particular also for the bonding of Metal substrates suitable and which also at high operating temperatures its gas tightness and electrical insulator properties are not loses.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einem hochtemperaturfesten Klebemittel auf Wasserglasbasis als Additiv Bornitrid zugesetzt wird.These Task is inventively characterized solved, that a high temperature-resistant adhesive based on water glass Boron nitride is added as an additive.

Erstaunlicherweise lässt sich durch das Zusetzen von Bornitrid zu dem Klebemittel auf Wasserglasbasis dessen Neigung zum Aufschäumen bei hohen Betriebstemperaturen in ausreichendem Umfang unterdrücken.Amazingly, let yourself by adding boron nitride to the water glass based adhesive its tendency to foam sufficiently suppress at high operating temperatures.

Damit lassen sich sehr dünne Klebeverbindungen herstellen, die trotzdem eine ausreichende Gasdichtigkeit aufweisen und die auch bei hohen Temperaturen ihre guten Isolatoreigenschaften beibehalten und beim Durchfahren von Temperaturzyklen nicht zu Rissbildung neigen.In order to can be very thin Bonded connections produce, nevertheless, a sufficient gastightness have and also at high temperatures their good insulator properties maintained and when passing through temperature cycles not to cracking tend.

Darüber hinaus eignen sich die erfindungsgemäßen Klebemittel auch noch zum Verkleben von Metall und Keramik sowie von zwei Keramikelementen miteinander.Furthermore the adhesives of the invention are suitable also for bonding metal and ceramic as well as two ceramic elements together.

Den Effekt des Unterdrückens oder Zurückdrängens der Aufschäumneigung von hochtemperaturfesten Klebemitteln auf Wasserglasbasis lässt sich bereits mit geringen Anteilen an Bornitrid erreichen, so z.B. mit einem Anteil von 1 Gew.-% auf die Trockenmasse bezogen. Die Anteile, die die Klebemittel an Bornitrid aufweisen können, sind im großen Umfang variabel und können auf die jeweiligen Anforderungen der Klebestellen angepasst werden. Vorzugsweise wird ein oberes Limit für den Anteil des Bornitrids an der Trockenmasse des Klebemittels von 40 Gew.-% eingehalten.The Effect of oppression or pushing back the Aufschäumneigung high-temperature waterglass-based adhesives are already possible reach with low levels of boron nitride, e.g. with a Proportion of 1 wt .-% based on the dry matter. The shares that The adhesives may have boron nitride are on a large scale variable and can adapted to the respective requirements of the splices. Preferably, an upper limit for the proportion of boron nitride adhered to the dry mass of the adhesive of 40 wt .-%.

Häufig findet man sehr gute Klebereigenschaften, insbesondere auch eine sehr gute Gasdichtheit der Klebestelle sowie gute Isolatoreigenschaften der Klebestelle bei Zugabe von Bornitrid zu dem Klebemittel im Bereich von 7 bis 25 Gew.-% bezogen auf die Trockenmasse des Klebemittels.Often finds you have very good adhesive properties, especially a very good Gas tightness of the splice and good insulator properties of the Bonding point when boron nitride is added to the adhesive in the range from 7 to 25 wt .-% based on the dry weight of the adhesive.

Das Bornitrid wird als partikelförmiger Zuschlagstoff zu dem Klebemittel verarbeitet, und hierbei empfiehlt es sich, Bornitrid mit einer mittleren Partikelgröße von 1 μm bis 10 μm zu verwenden.The Boron nitride is called particulate Aggregate processed to the adhesive, and recommends this it is to use boron nitride with an average particle size of 1 .mu.m to 10 .mu.m.

Besonders geeignete Produkte weisen eine spezifische Oberfläche des Bornitrids im Bereich von 2 bis 20 m2/g auf.Particularly suitable products have a specific surface area of the boron nitride in the range from 2 to 20 m 2 / g.

Eine der bevorzugten Modifikationen des BN ist das hexagonale, graphitanaloge BN.A The preferred modification of BN is hexagonal, graphite analog BN.

Die Wasserglaskomponente selbst, welche eine Zusammensetzung der Formel Me2O·SiO2 aufweist, wird vorzugsweise mit einem molaren Verhältnis von SiO2:Me2O von ≥ 2:1, insbesondere > 3 verwendet, wobei Me bevorzugt Na und/oder K repräsentiert. Die Wasserglaskomponente kann auch Lithiumwasserglas mitenthalten oder vollständig von Lithiumwasserglas gebildet sein.The water glass component itself, which is a composition of the formula Me 2 O.SiO 2 is preferably used with a molar ratio of SiO 2 : Me 2 O of ≥ 2: 1, in particular> 3, wherein Me preferably represents Na and / or K. The waterglass component may also be included in lithium waterglass or formed entirely of lithium waterglass.

Entscheidend für eine gute Hochtemperaturfestigkeit der Klebestelle ist, dass die Wasserglaskomponente einen hohen Schmelzpunkt, insbesondere einen Schmelzpunkt im Bereich von 1100 bis 1150 °C oder mehr aufweist.critical for one good high-temperature strength of the splice is that the waterglass component a high melting point, in particular a melting point in the range from 1100 to 1150 ° C or more.

Dem Klebemittel können bei Bedarf ferner ein oder mehrere mineralische Füllstoffe beigemischt sein, wobei hier zu beachten ist, dass der Füllstoff so ausgewählt werden muss, dass er bis zu einer Temperatur von 1100 °C oder mehr nichtgasend ist.the Adhesives can if necessary, one or more mineral fillers be added here, it should be noted that the filler so selected he must be able to reach a temperature of 1100 ° C or more is non-gasrous.

An sich ist die Partikelgröße der mineralischen Füllstoffmaterialien wenig kritisch. Im Hinblick auf die häufig angestrebten Schichtdicken der Klebestellen von ca. 10 bis 100 μm werden Partikelgrößen verwendet, die im Mittel ca. 0,5 bis 30 μm, bevorzugt 1 bis 20 μm betragen. Bei plättchenförmigen Füllstoffen, wie z.B. Glimmer, sind auch größere Ausdehnungen in der Plättchenebene möglich, da sich diese beim Auftragen mindestens teilweise zur Oberfläche des beaufschlagten Substrats ausrichten.At is the particle size of the mineral filler little critical. In view of the often desired layer thicknesses 10 to 100 microns are used particle sizes, on average about 0.5 to 30 microns, preferably 1 to 20 microns be. For platelet-shaped fillers, such as. Mica, are also larger dimensions in the platelet level possible, since these are at least partially applied to the surface of the Align applied substrate.

Die Menge an mineralischem Füllstoff in dem Klebemittel lässt sich in weiten Grenzen variieren. Dies gibt die Möglichkeit des Zusatzes des mineralischen Füllstoffes derart, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des getrockneten Klebemittels ähnlich dem des zu verklebenden metallischen Substrates, insbesondere Stahl ist.The Amount of mineral filler in the adhesive leaves vary within wide limits. This gives the opportunity additive of mineral filler such that the thermal expansion coefficient similar to the dried adhesive that of the metallic substrate to be bonded, in particular steel is.

Häufig als günstig gefundene Anteile des mineralischen Füllstoffs im Klebemittel (wiederum bezogen auf die Trockenmasse des Klebemittels) betragen 1 bis 40 Gew.-%, weiter bevorzugt 4 bis 20 Gew.-%.Often as Cheap Found proportions of the mineral filler in the adhesive (turn based on the dry mass of the adhesive) are from 1 to 40 Wt .-%, more preferably 4 to 20 wt .-%.

Die Füllstoffe können dabei auch als Mittel zum Modifizieren der Viskosität des Klebemittels verwendet werden, so dass unter Umständen ein Verdickungsmittel entfallen kann.The fillers can as well as a means for modifying the viscosity of the adhesive may be used, so that may be a thickener can be omitted.

Bevorzugte mineralische Füllstoffe sind Kaolin, Glimmer und Talkum. Andere mineralische Füllstoffe lassen sich auswählen nach der zuvor gegebenen Regel, dass der mineralische Füllstoff bei einer Temperatur von bis zu 1100 °C keine Gasanteile freisetzten darf.preferred mineral fillers are kaolin, mica and talc. Other mineral fillers can be selected according to the previously given rule that the mineral filler at a temperature of up to 1100 ° C released no gas fractions may.

Es hat sich herausgestellt, dass Klebemittel mit mineralischen Füllstoffen besonders gute Eigenschaften aufweisen, wenn Kaolin der Hauptbestandteil des Füllstoffanteils bildet oder als alleiniger Füllstoff eingesetzt wird. Kaolin lässt sich aber auch erfolgreich in Mischungen mit Talkum und Glimmer einsetzen.It has been found to be adhesive with mineral fillers have particularly good properties when kaolin is the main constituent the filler content forms or as a sole filler is used. Kaolin leaves but also successful in mixtures with talc and mica deploy.

In dem Klebemittel wird die Wasserglaskomponente bevorzugt mit einem Festglasgehalt von 30 bis 40 Gew.-% verarbeitet. Wird ein relativ hoher Anteil an Bornitrid verwendet, empfiehlt es sich den Wassergehalt an der Gesamtmischung etwas zu erhöhen.In the adhesive, the waterglass component is preferably with a Solid glass content of 30 to 40 wt .-% processed. Will be a relative high content of boron nitride, it is recommended that the water content to increase the overall mix slightly.

Ferner kann es angezeigt sein, dem Klebemittel ein Dispergiermittel zuzusetzen, wobei hier häufig Anteile im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,4 bis 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Trockenmasse des Klebemittels, in der Regel ausreichend sind um insbesondere mineralische Füllstoffe dispergiert in dem erfindungsgemäßen Klebemittel zu stabilisieren.Further it may be appropriate to add a dispersing agent to the adhesive, being here often Proportions in the range of 0.1 to 5 wt .-%, more preferably 0.4 to 1.5% by weight, based in each case on the dry mass of the adhesive, are generally sufficient in particular mineral fillers dispersed in the adhesive of the invention to stabilize.

Werden geringe Anteile von Füllstoffen verwendet oder fallen diese Füllstoffe vollständig weg, ist es empfehlenswert dem Klebemittel ein Verdickungsmittel zuzusetzen, insbesondere in Form von Kieselsäure und in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% (bezogen auf die Trockenmasse des Klebemittels).Become low levels of fillers used or dropped these fillers Completely away, it is recommended to add a thickener to the adhesive, especially in the form of silica and in an amount of up to 10 wt .-% (based on the dry matter of the adhesive).

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Klebemittels wie es zuvor beschrieben wurde zum Verkleben von flächigen Metallsubstraten, insbesondere zum Verkleben von Stahlblechlagen.The The invention further relates to the use of an adhesive such as it has been described above for bonding flat metal substrates, in particular for bonding sheet steel layers.

Als flächige Metallsubstrate eignen sich hier insbesondere Elemente, aus denen Brennstoffzellen hergestellt werden. Hier kommen die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen hochtemperaturfesten Klebemittels zur Geltung, denn hier wird eine hochtemperaturfeste Klebestelle benötigt, die darüber hinaus eine hohe Gasdichtheit aufweist und zusätzlich gute Isolatoreigenschaften zeigt. Alle drei Forderungen werden in idealer Weise von dem erfindungsgemäßen Klebemittel erfüllt. Darüberhinaus sind die Klebemittelschichten auch nach dem Trocknen und Aushärten flexibel, d.h. leichte elstische Verformungen der metallischen Substrate führen nicht zu Rissen in den Klebemittelanteilen und auch nicht zu deren Abplatzen.When area Metal substrates are particularly suitable here elements from which Fuel cells are produced. Here are the special advantages the high temperature resistant according to the invention Adhesive to advantage, because here is a high temperature resistant Splice needed, the above In addition, has a high gas-tightness and also good Isolatoreigenschaften shows. All three requirements are ideally met by the adhesive of the invention Fulfills. Beyond that are the adhesive layers remain flexible even after drying and curing, i.e. slight elastic deformations of the metallic substrates do not result Cracks in the adhesive portions and not to their chipping.

Solcher Art verklebte Metallsubstrate lassen Betriebstemperaturen bis zu 850 °C oder sogar teilweise noch etwas mehr zu, ohne dass deren Klebeeigenschaften, insbesondere auch deren Gasdichtheit und Isolatoreigenschaften darunter leiden.Such Type bonded metal substrates allow operating temperatures up to 850 ° C or sometimes even a bit more, without their adhesive properties, in particular also their gas tightness and insulator properties underneath Suffer.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verkleben von flächigen Metallsubstraten, wobei dieses dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Klebemittel der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Art verwendet wird und auf mindestens eine der miteinander zu verklebenden Flächen (in der Regel bei Raumtemperatur) aufgetragen wird, dass die zu verklebenden Metallsubstrate dann miteinander mindestens im Bereich der Klebestellen in Kontakt gebracht werden und dass dann das Klebemittel bei erhöhter Temperatur getrocknet und ausgehärtet wird.The invention further relates to a method for bonding flat metal substrates, this being characterized in that an adhesive of the type according to the invention described above is used and applied to at least one of the surfaces to be bonded together (usually at room temperature) that the metal substrates to be bonded then at least in the Be contacted area of the splices and that then the adhesive is dried and cured at elevated temperature.

Das erfindungsgemäße Klebemittel erlaubt ein Auftragen des Klebemittels bei Raumtemperatur und dies vereinfacht die Handhabung des erfindungsgemäßen Klebemittels erheblich. Beispielsweise lassen sich die erfindungsgemäßen Klebemittel mittels Siebdruck auftragen. Verglichen mit den nach dem Auftragen zunächst noch mindestens anzuschmelzenden Glasloten ergeben sich hier erhebliche Vorteile.The adhesives according to the invention allows application of the adhesive at room temperature and this simplifies the handling of the adhesive according to the invention considerably. For example, the adhesives of the invention can be screen-printed Instruct. Compared with the first after applying At least to be melted glass solders arise here considerable Advantages.

Die Trocknung des Klebemittels erfolgt bevorzugt bei höherer Temperatur, insbesondere bei Temperaturen von 70 °C oder höher, besonders bevorzugt im Bereich von 70 bis 80 °C.The Drying of the adhesive is preferably carried out at a higher temperature, especially at temperatures of 70 ° C or higher, more preferably in Range from 70 to 80 ° C.

Die Erfindung betrifft schließlich eine Brennstoffzelle mit mehreren, miteinander verklebten Metalllagen, wobei die Verklebung der Metalllagen mittels eines erfindungsgemäßen Klebemittels, wie zuvor beschrieben, hergestellt ist.The Invention finally relates a fuel cell with several metal layers glued together, wherein the bonding of the metal layers by means of an adhesive according to the invention, as described above.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und der Beispiele noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:The Invention will be described below with reference to the drawings and examples even closer explained. They show in detail:

1 Hochtemperaturbrennstoffzellen in Explosionsdarstellung; und 1 High-temperature fuel cells in exploded view; and

2 ein Hochtemperaturbrennstoffzellenblock in Schnittdarstellung in zusammengebautem Zustand. 2 a high temperature fuel cell block in sectional view in assembled condition.

1 enthält eine perspektivische Explosionsdarstellung zweier längs der Stapelrichtung 112 aufeinanderfolgender Brennstoffzelleneinheiten 114. Jede der Brennstoffzelleneinheiten 114 umfaßt eine im wesentlichen plattenförmige Kathoden-Anoden-Elektrolyt-Einheit 116 (im folgenden kurz als KAE-Einheit bezeichnet), die zwischen einer Kontaktplatte 118 und einem Fluidführungsrahmen 120 gehalten ist. 1 contains an exploded perspective view of two along the stacking direction 112 successive fuel cell units 114 , Each of the fuel cell units 114 comprises a substantially plate-shaped cathode-anode-electrolyte unit 116 (hereinafter referred to briefly as KAE unit), between a contact plate 118 and a fluid guide frame 120 is held.

Die KAE-Einheit 116 umfaßt ein gasdurchlässiges, elektrisch leitfähiges Substrat, das beispielsweise als Metalldrahtgeflecht, Metalldrahtvlies, Metalldrahtgewebe, Metalldrahtgestrick oder als ein aus gesinterten oder gepreßten Metallpartikeln bestehender poröser Körper ausgebildet sein kann, wobei durch das Substrat ein Brenngas aus einem an das Substrat angrenzenden Brenngasraum hindurchtreten kann.The KAE unit 116 comprises a gas-permeable, electrically conductive substrate, which may be formed, for example, as a metal wire mesh, metal wire fleece, metal wire mesh, metal wire mesh, or as a porous body made of sintered or pressed metal particles, whereby a fuel gas may pass through a substrate from a fuel gas space adjacent to the substrate.

Ferner umfaßt die KAE-Einheit 116 eine auf dem Substrat angeordnete plattenförmige Anode aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material, beispielsweise Ni-ZrO2-Cermet (Keramik-Metall-Gemisch) sowie eine hierzu parallel angeordnete plattenförmige Kathode, die aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material, beispielsweise aus LaMnO3, gebildet ist.Further, the KAE unit includes 116 an arranged on the substrate plate-shaped anode made of an electrically conductive ceramic material, such as Ni-ZrO 2 cermet (ceramic-metal mixture) and a parallel thereto arranged plate-shaped cathode, which consists of an electrically conductive ceramic material, for example of LaMnO 3 formed is.

Zwischen Anode und Kathode ist ein Elektrolyt angeordnet, welcher vorzugsweise als Feststoffelektrolyt ausgebildet und beispielsweise aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumdioxid gebildet ist.Between Anode and cathode, an electrolyte is arranged, which is preferably formed as a solid electrolyte and, for example, yttrium-stabilized Zirconia is formed.

Die Kontaktplatten 118 dienen dazu, die bei der Reaktion an der Anode frei werdenden Elektronen von der Anode über das Substrat abzuführen bzw. die für die Reaktion an der Kathode benötigten Elektronen der Kathode zuzuführen.The contact plates 118 serve to dissipate the released during the reaction at the anode electrons from the anode via the substrate or to supply the required for the reaction at the cathode electrons of the cathode.

Hierzu besteht jede der Kontaktplatten 118 aus einem elektrisch gut leitfähigen Metallblech, das mit einer Vielzahl sich in der Längsrichtung der Kontaktplatte 118 erstreckender paralleler Rippen versehen ist, welche einen Kontaktbereich 134 bilden. Dieser Kontaktbereich 134 weist nach oben und somit zu der Anode der derselben Brennstoffzelleneinheit 114 zugehörigen KAE-Einheit 116 vorspringende anodenseitige Rippen und von dem Kontaktbereich 134 nach unten und damit zu der Kathode der einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit 114 zugehörigen KAE-Einheit 116 vorspringende kathodenseitige Rippen auf.For this purpose, each of the contact plates 118 of a highly electrically conductive metal sheet having a plurality in the longitudinal direction of the contact plate 118 extending parallel ribs, which is a contact area 134 form. This contact area 134 points upward and thus to the anode of the same fuel cell unit 114 associated KAE unit 116 projecting anode-side ribs and from the contact area 134 down and thus to the cathode of an adjacent fuel cell unit 114 associated KAE unit 116 projecting cathode-side ribs on.

Die kathodenseitigen Rippen des Kontaktbereichs 134 stehen jeweils mit der Kathode der einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit 114 zugehörigen KAE-Einheit 116 in elektrisch leitfähigem Flächenkontakt, so daß Elektronen von der Kontaktplatte 118 zu der Kathode gelangen können. Auf diese Weise ermöglichen die Kontaktplatten 118 den Ladungsausgleich zwischen den Anoden und den Kathoden längs der Stapelrichtung 112 aufeinanderfolgender KAE-Einheiten 116.The cathode-side ribs of the contact area 134 each stand with the cathode of an adjacent fuel cell unit 114 associated KAE unit 116 in electrically conductive surface contact, so that electrons from the contact plate 118 can get to the cathode. In this way, the contact plates allow 118 the charge balance between the anodes and the cathodes along the stacking direction 112 successive KAE units 116 ,

Die an den Enden eines Brennstoffzellenblockverbunds 106 (vgl. 2) angeordneten Kontaktplatten 118 sind (auf zeichnerisch nicht dargestellte Weise) mit einem externen Stromkreislauf verbunden, um die an diesen endständigen Kontaktplatten 118 entstehenden elektrischen Ladungen abzugeben.The at the ends of a fuel cell block composite 106 (see. 2 ) arranged contact plates 118 are (not shown in the drawing way) connected to an external power circuit to those at these terminal contact plates 118 to give up arising electric charges.

In einem Seitenbereich einer jeder Kontaktplatte 118 sind mehrere, beispielsweise zwei, im wesentlichen kreisförmige Brenngasdurchgangsöffnungen 142 ausgebildet. Jede der Brenngasdurchgangsöffnungen 142 ist von einem ringförmigen nach unten versetzten Randbereich 144 umgeben.In a side area of each contact plate 118 are a plurality, for example two, substantially circular fuel gas passage openings 142 educated. Each of the fuel gas passage openings 142 is of an annular downwardly offset edge region 144 surround.

Ein diesem Seitenbereich bezüglich der Kontaktfläche 134 gegenüberliegender Seitenbereich jeder Kontaktplatte 118 ist mit mehreren, beispielsweise mit drei, im wesentlichen kreisförmigen Abgasdurchgangsöffnungen 152 versehen. Jede der Abgasdurchgangsöffnungen 152 ist von einem ringförmigen nach unten versetzten Randbereich 154 umgeben.A side area with respect to the contact surface 134 opposite side area of each contact plate 118 is with a plurality, for example, three, substantially circular exhaust gas passage openings 152 Mistake. Each of the exhaust gas passage openings 152 is of an annular downwardly offset edge region 154 surround.

Die Abgasdurchgangsöffnungen 152 der Kontaktplatte 118 ermöglichen den Durchtritt von aus den Brennstoffzelleneinheiten 114 abzuführendem Abgas durch die Kontaktplatte 118, welches überschüssiges Brenngas und Verbrennungsprodukte, insbesondere Wasser, enthält.The exhaust gas passage openings 152 the contact plate 118 allow the passage of from the fuel cell units 114 exhaust gas to be discharged through the contact plate 118 containing excess fuel gas and products of combustion, especially water.

Jeder der Fluidführungsrahmen 120 weist eine im wesentlichen rechteckige, mittige Durchtrittsöffnung 176 für den Durchtritt der KAE-Einheit 116 derselben Brennstoffzelleneinheit 114 auf.Each of the fluid guide frames 120 has a substantially rectangular, central passage opening 176 for the passage of the KAE unit 116 same fuel cell unit 114 on.

In einem Seitenbereich des Fluidführungsrahmen 120 sind mehrere, beispielsweise zwei, im wesentlichen kreisförmige Brenngasdurchgasöffnungen 182 ausgebildet, welche den Durchtritt von Brenngas durch den Fluidführungsrahmen 120 ermöglichen.In a side area of the fluid guide frame 120 are a plurality, for example two, substantially circular Brenngasdurchgasöffnungen 182 formed, which the passage of fuel gas through the fluid guide frame 120 enable.

In einem diesem Seitenbereich bezüglich der Durchtrittsöffnung 176 gegenüberliegenden Seitenbereich sind mehrere, beispielsweise drei, im wesentlichen kreisförmige Abgasdurchgangsöffnungen 184 ausgebildet, welche den Durchtritt von aus den Brennstoffzelleneinheiten 114 abzuführendem Abgas durch den Fluidführungsrahmen 120 ermöglichen.In a side area with respect to the passage opening 176 opposite side region are a plurality, for example three, substantially circular exhaust gas passage openings 184 formed, which the passage of from the fuel cell units 114 exhaust gas to be discharged through the fluid guide frame 120 enable.

Jeweils ein Fluidführungsrahmen 120 und eine Kontaktplatte 118 bilden zusammen ein Gehäuse einer Brennstoffzelleneinheit 114. Der Fluidführungsrahmen 120 und die Kontaktplatte 118 eines solchen Gehäuses einer Brennstoffzelleneinheit 114 an ihren Verbindungsflanschen 192 aneinander festgelegt und gasdicht gegeneinander mittels einer Klebemittelschicht aus dem erfindungsgemäßen hochtemperaturfesten Klebemittel abgedichtet.In each case a fluid guide frame 120 and a contact plate 118 together form a housing of a fuel cell unit 114 , The fluid guide frame 120 and the contact plate 118 such a housing of a fuel cell unit 114 at their connecting flanges 192 fixed to each other and sealed gas-tight against each other by means of an adhesive layer of the high-temperature resistant adhesive according to the invention.

Im Bereich der Abgasdurchgangsöffnungen 152, 184 sind ringförmige Abstützelemente 200 angeordnet, welche mit ihrer Unterseite jeweils an der Oberseite eines eine Abgasdurchgangsöffnung 152 umgebenden Randbereichs 154 einer Kontaktplatte 118 und mit ihrer Oberseite jeweils an der Unterseite des eine Abgasdurchgangsöffnung 184 in dem Fluidführungsrahmen 120 umgebenden Bereichs anliegen.In the area of the exhaust gas passage openings 152 . 184 are annular support elements 200 arranged, which with its underside each at the top of an exhaust passage opening 152 surrounding border area 154 a contact plate 118 and with their upper side respectively at the bottom of the exhaust passage opening 184 in the fluid guide frame 120 surrounding area.

Ähnliche, sich nur in ihren Abmessungen von den Abstützelementen 200 an den Abgasdurchgangsöffnungen 152, 184 unterscheidende Abstützelemente 200 sind zwischen der Kontaktplatte 118 und dem Fluidführungsrahmen 120 im Bereich der Brenngasdurchgangsöffnungen 142, 182 angeordnet.Similar, only in their dimensions of the support elements 200 at the exhaust gas passage openings 152 . 184 distinctive support elements 200 are between the contact plate 118 and the fluid guide frame 120 in the area of the fuel gas passage openings 142 . 182 arranged.

Die Abstützelemente 200 dienen dazu, die Kontaktplatte 118 und den Fluidführungsrahmen 120 eines Gehäuses einer Brennstoffzelleneinheit 114 auf Abstand voneinander zu halten und so ein Zusammendrücken des Gehäuses durch die bei der Montage des Brennstoffzellenblockverbunds 106 (vgl. 2) auf das Gehäuse einwirkende Einspannkraft zu verhindern.The support elements 200 serve to the contact plate 118 and the fluid guide frame 120 a housing of a fuel cell unit 114 Keep at a distance from each other and so a compression of the housing by the during assembly of the fuel cell block assembly 106 (see. 2 ) to prevent clamping force acting on the housing.

Die Abstützelemente 200 können massiv mit radial verlaufenden Gasdurchtrittskanälen ausgebildet sein, es können aber auch Abstützelemente 200 verwendet werden, welche als poröse, gasdurchlässige Sinterelemente aus einem keramischen und/oder einem metallischen Material gebildet sind.The support elements 200 can be solid with radially extending gas passage channels, but it can also support elements 200 are used, which are formed as porous, gas-permeable sintered elements of a ceramic and / or a metallic material.

Wie am besten aus 1 zu erkennen ist, begrenzen die in der Stapelrichtung 112 aufeinanderfolgenden Kontaktplatten 118 und Fluidführungsrahmen 120 mit den jeweils dazwischen angeordneten Abstützelementen 200 mehrere, beispielsweise drei, Abgaskanäle 240, in welche Abgas aus den Brenngasräumen der Brennstoffzelleneinheiten 114 durch die Gasdurchtrittskanäle in den Abstützelementen 200 eintreten kann und die durch Klebemittel-Dichtungen gasdicht von den Oxidationsmittelräumen der Brennstoffzelleneinheiten 114 getrennt sind.How best 1 can be seen, limit those in the stacking direction 112 successive contact plates 118 and fluid guide frame 120 with the respectively arranged therebetween support elements 200 several, for example three, exhaust ducts 240 into which exhaust gas from the fuel gas chambers of the fuel cell units 114 through the gas passageways in the support elements 200 can enter and sealed by adhesive gaskets from the oxidant spaces of the fuel cell units 114 are separated.

In entsprechender Weise sind auch zwischen den Randbereichen 144 der Brenngasdurchgangsöffnungen 142 jeder Kontaktplatte 118 und dem Fluidführungsrahmen 120 einer in der Stapelrichtung 112 unter der betreffenden Kontaktplatte 118 angeordneten Brennstoffzelleneinheit 114 Klebemittel-Dichtungen angeordnet, welche die Brenngasdurchgangsöffnungen 142 und 182 in der Kontaktplatte 118 bzw. in dem Fluidführungsrahmen 120 ringförmig umschließen, so daß die in der Stapelrichtung 112 aufeinanderfolgenden Kontaktplatten 118 und Fluidführungsrahmen 120 zusammen mit den jeweils dazwischen angeordneten Abstützelementen 200 und Klebemittel-Dichtungen mehrere, beispielsweise zwei, Brenngaskanäle 260 bilden, welche sich längs der Stapelrichtung 112 erstrecken, aus welchen Brenngas durch die Gasdurchtrittskanäle in den Abstützelementen 200 in die Brenngasräume der Brennstoffzelleneinheiten 114 austreten kann und wel che durch die Klebemittel-Dichtungen gasdicht von den Oxidationsmittelräumen der Brennstoffzelleneinheiten 114 getrennt sind.In a similar way are also between the border areas 144 the fuel gas passage openings 142 every contact plate 118 and the fluid guide frame 120 one in the stacking direction 112 under the relevant contact plate 118 arranged fuel cell unit 114 Adhesive seals arranged which the fuel gas passage openings 142 and 182 in the contact plate 118 or in the fluid guide frame 120 enclose annular, so that in the stacking direction 112 successive contact plates 118 and fluid guide frame 120 together with the respective intermediate supporting elements 200 and adhesive gaskets multiple, for example, two, fuel gas channels 260 form, which are along the stacking direction 112 extend from which fuel gas through the gas passageways in the support elements 200 in the fuel gas chambers of the fuel cell units 114 can emerge and wel che through the adhesive seals gas-tight from the oxidant spaces of the fuel cell units 114 are separated.

Erfindungsgemäß werden die Klebemittel-Dichtungen jeweils von einer gasdichten, elektrisch isolierenden Beschichtung aus einem hochtemperaturfesten erfindungsgemäßen Klebemittel gebildet, welches als Paste im Siebdruckverfahren oder mittels Walzenbeschichtung oder über eine Düse in Form einer Raupe auf die Oberfläche der Kontaktplatte 118 oder auf die Oberfläche des Fluidführungsrahmens 120 aufgebracht wird.According to the invention, the adhesive gaskets are each made of a gas-tight, electrically insulating coating from a high formed temperature-resistant adhesive according to the invention, which as a paste by screen printing or by roll coating or via a nozzle in the form of a bead on the surface of the contact plate 118 or on the surface of the fluid guide frame 120 is applied.

Ferner wird der Brenngasraum jeder Brennstoffzelleneinheit 114 von dem Oxidationsmittelraum einer in der Stapelrichtung 112 darüber angeordneten Brennstoffzelleneinheit 114 gasdicht durch eine Brenngasraum-Dichtung getrennt, welche ebenfalls aus dem erfindungsgemäßen hochtemperaturfesten Klebemittel gebildet werden kann.Further, the fuel gas space of each fuel cell unit becomes 114 from the oxidant space one in the stacking direction 112 above arranged fuel cell unit 114 gas-tight separated by a fuel gas space seal, which can also be formed from the high temperature resistant adhesive according to the invention.

Die Brennstoffzelleneinheiten 114 des Brennstoffzellenblockverbunds 106 von 2 sind längs der Stapelrichtung 112 so aufeinandergestapelt, daß die kathodenseitigen Rippen jeder Kontaktplatte 118 sich zu der Kathode der KAE-Einheit 116 der darunter angeordneten Brennstoffzelleneinheit 114 erstrecken und im elektrisch leitenden Kontakt an derselben anliegen.The fuel cell units 114 of the fuel cell block assembly 106 from 2 are along the stacking direction 112 stacked so that the cathode-side ribs of each contact plate 118 to the cathode of the KAE unit 116 the underlying fuel cell unit 114 extend and abut in the electrically conductive contact on the same.

Dabei fluchten die Brenngasdurchgangsöffnungen 142, 182 und die Abgasdurchgangsöffnungen 152, 184 längs der Stapelrichtung 112 aufeinanderfolgender Brennstoffzelleneinheiten 114 miteinander, um so die Brenngaskanäle 260 bzw. die Abgaskanäle 240 zu bilden.The fuel gas passage openings are aligned 142 . 182 and the exhaust passage openings 152 . 184 along the stacking direction 112 successive fuel cell units 114 with each other, so the fuel gas channels 260 or the exhaust ducts 240 to build.

Wie aus 2 zu ersehen ist, mündet an dem unterem Ende jedes Brenngaskanals 260 in denselben eine Brenngaszuführöffnung 234, welche eine untere Endplatte 108 des Brennstoffzellenblockverbunds 106 koaxial zu dem jeweiligen Brenngaskanal 260 durchsetzt.How out 2 can be seen, flows at the lower end of each fuel gas channel 260 in the same a Brenngaszuführöffnung 234 which is a lower end plate 108 of the fuel cell block assembly 106 coaxial with the respective fuel gas channel 260 interspersed.

An das dem jeweiligen Brenngaskanal 260 abgewandte Ende der Brenngaszuführöffnung 234 ist eine Brenngas-Zweigleitung 236 angeschlossen, welche zu einer (nicht dargestellten) Brenngaszufuhr führt.At the the respective fuel gas channel 260 opposite end of Brenngaszuführöffnung 234 is a fuel gas branch line 236 connected, which leads to a (not shown) fuel gas supply.

Die Abgaskanäle 240 des Brennstoffzellenblockverbunds 106 münden an ihren oberen Enden jeweils in eine zum betreffenden Abgaskanal 240 koaxiale Abgasabführöffnung 262, welche die seitliche obere Endplatte 111 durchsetzt und an ihrem dem jeweiligen Abgaskanal 240 abgewandten Ende an jeweils eine Abgas-Zweigleitung 242 angeschlossen ist.The exhaust ducts 240 of the fuel cell block assembly 106 open at their upper ends in each case to a respective exhaust duct 240 coaxial exhaust discharge opening 262 which the lateral upper end plate 111 interspersed and at her the respective exhaust duct 240 opposite end to a respective exhaust branch line 242 connected.

Diese Abgas-Zweigleitungen 242 münden in eine (nicht dargestellte) Abgasbehandlungseinheit.These exhaust branch lines 242 open into an exhaust treatment unit (not shown).

Im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 106 strömt das Brenngas durch die Brenngas-Zweigleitungen 236 und die Brenngaszuführöffnungen 234 in die beiden Brenngaskanäle 260 ein und verteilt sich von dort durch die Gasdurchtrittskanäle in den brenngaskanalseitigen Abstützelemente 200 auf die Brenngasräume der Brennstoffzelleneinheiten 114, welche jeweils durch die Kontaktplatte 118, den Fluidführungsrahmen 120 und die KAE-Einheit 116 der betreffenden Brennstoffzelleneinheit 114 umschlossen sind.During operation of the fuel cell device 106 the fuel gas flows through the fuel gas branch lines 236 and the fuel gas supply ports 234 in the two fuel gas channels 260 and distributed from there through the gas passageways in the fuel gas channel side support elements 200 on the fuel gas chambers of the fuel cell units 114 , which respectively through the contact plate 118 , the fluid guide frame 120 and the KAE unit 116 the fuel cell unit concerned 114 are enclosed.

Das Brenngas wird zumindest teilweise an der den jeweiligen Brenngasraum begrenzenden Anode der jeweiligen KAE-Einheit 116 oxidiert.The fuel gas is at least partially at the respective fuel gas space limiting anode of the respective KAE unit 116 oxidized.

Das Oxidationsprodukt (Wasser) gelangt zusammen mit überschüssigem Brenngas aus den Brenngasräumen der Brennstoffzelleneinheiten 114 durch die Gasdurchtrittskanäle in den abgaskanalseitigen Abstützelementen 200 in die drei Abgaskanäle 240, aus welchen es der (nicht dargestellten) Abgasbehandlungseinheit zugeführt wird.The oxidation product (water) arrives together with excess fuel gas from the fuel gas chambers of the fuel cell units 114 through the gas passage channels in the abgaskanalseitigen supporting elements 200 into the three exhaust channels 240 from which it is supplied to the (not shown) exhaust treatment unit.

Um die längs der Stapelrichtung 112 aufeinanderfolgenden Brennstoffzelleneinheiten 114 durch äußere Verspannung aneinander festzulegen, sind mehrere Verbindungsschrauben 250 (siehe 2) vorgesehen, welche Durchgangsbohrungen 252 in der mittleren oberen Endplatte 110 des Brennstoffzellenblockverbunds 106 durchsetzen und an ihrem dem jeweiligen Schraubenkopf 254 abgewandten Ende mit einem Außengewinde 256 versehen sind, welches in jeweils eine Gewindebohrung 258 in der unteren Endplatte 108 des Brennstoffzellenverbunds 106 eingedreht ist, so daß die mittlere obere Endplatte 110 und die untere Endplatte 108 durch die Verbindungsschrauben 250 gegeneinander verspannt werden und eine gewünschte Presskraft über die Endplatten 108, 110 auf den mittigen, die Kontaktfelder 134 umfassenden Bereich des Stapels der Brennstoffzelleneinheiten 114 übertragbar ist (siehe 2).To the along the stacking direction 112 successive fuel cell units 114 to fix each other by external tension, are several connecting screws 250 (please refer 2 ), which through holes 252 in the middle upper end plate 110 of the fuel cell block assembly 106 enforce and at her the respective screw head 254 opposite end with an external thread 256 are provided, which in each case a threaded hole 258 in the lower end plate 108 of the fuel cell network 106 is screwed in, so that the middle upper end plate 110 and the lower end plate 108 through the connecting screws 250 be braced against each other and a desired pressing force on the end plates 108 . 110 on the middle, the contact fields 134 comprehensive area of the stack of fuel cell units 114 is transferable (see 2 ).

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen hochtemperaturfesten Klebemittels lassen sich die Brennstoffzelleneinheiten mit größerer Wirtschaftlichkeit fertigen und die Klebestellen bleiben auch bei den hohen Betriebstemperaturen der Zellen von 850 °C und mehr gasdicht und weisen auch im trockenen Zustand eine Flexibilität auf, die ausreichend ist um den bei der Montage des Zellenblockverbunds auftretenden Kräfte und Verformungen problemlos zu widerstehen. Auch die beim Anfahren der Zellenblöcke, bei dem die Zellenblöcke zunächst auf die Betriebstemperatur gebracht werden macht sich die Eigenschaft der durch das erfindungsgemäße Klebemittel gebildeten hochtemperaturfesten Dichtungsstellen positiv bemerkbar. Auch hier bleiben etwaige elastische Verformungen der Metalllagen ohne nachteilige Folgen für die Gasdichtheit der Verbindung der Abstützelemente mit den Metalllagen bzw. der Metalllagen miteinander.By the use of the high temperature resistant according to the invention Klebemittels can be the fuel cell units with greater efficiency finished and the splices remain even at high operating temperatures the cells of 850 ° C and more gas-tight and have a flexibility even in the dry state, the is sufficient for the occurring during assembly of the cell block assembly personnel and resist deformation easily. Also when starting the cell blocks, at which the cell blocks first brought to operating temperature makes the property by the adhesive according to the invention formed high temperature resistant sealing points positively noticeable. Here, too, remain any elastic deformations of the metal layers without adverse consequences for the gas-tightness of the connection of the supporting elements with the metal layers or the metal layers with each other.

Die folgenden Beispiele sind Rezepturen, wie sie mit Erfolg beiden Hochtemperaturbrennstoffzellen zur Ausbildung der Dichtungsbereiche wie oben beschrieben eingesetzt werden können.The The following examples are recipes, as they successfully with high-temperature fuel cells used to form the sealing regions as described above can be.

Beispiel 1:Example 1:

73 Gew.teile Natrium-Wasserglas mit einem SiO2:Me2O-Verhältnis von 3,3 und einem Festglasgehalt von ca. 35 Gew.% werden mit 8 Gew.teile Kaolin, 3 Gew.teile Glimmer und 16 Gew.teile Bornitrid (alpha-BN, hexagonales graphitanaloges BN, mittlere Korngröße 4 μm).73 parts by weight of sodium water glass having a SiO 2 : Me 2 O ratio of 3.3 and a glass content of about 35 wt.% Be with 8 parts by weight of kaolin, 3 parts by weight of mica and 16 parts by weight of boron nitride (alpha-BN, hexagonal graphite-analogous BN, average particle size 4 μm).

Das so erhaltene Klebemittel wird über eine Düse als Raupe auf die zu verklebenden Metall- bzw. Keramikoberflächen einer Komponente einer Hochtemperaturbrennstoffzelle aufgetragen. Die einzelnen Komponenten der Brennstoffzelle werden zusammengefügt und der Brennstoffzellenblock bei einer Temperatur von 70 bis 80 °C getrocknet. Eine Aushärtung der Klebestellen erfolgt beim ersten Aufheizen des Blocks auf Betriebstemperatur. Die Klebestellen erweisen sich als gasdicht und halten den Betriebsbedingungen bei 850 °C im Dauertest problemlos Stand. Auch die elektrischen Widerstandswerte bei Betriebstemperatur sind ausreichend hoch. Insbesondere beobachtet man kein Aufschäumen beim Aufheizen auf die Betriebstemperatur der Zellen. Die Klebestellen weisen auch nach dem Durchfahren mehrerer Temperaturzyklen keine Rissbildung auf.The so obtained adhesive is about a nozzle as a bead on the metal or ceramic surfaces to be bonded Component of a high-temperature fuel cell applied. The individual components of the fuel cell are joined together and the Fuel cell block dried at a temperature of 70 to 80 ° C. A curing The splice is carried out at the first heating of the block to operating temperature. The splices prove to be gas-tight and keep the operating conditions at 850 ° C in the endurance test without problems. Also the electrical resistance values at operating temperature are sufficiently high. In particular, observed you do not foaming at Heating up to the operating temperature of the cells. The splices have no after passing through several temperature cycles Cracking up.

Je nach gewähltem Auftragverfahren kann es erwünscht sein die Viskosität der Klebemittelmasse zu erhöhen. Hierbei lassen sich an sich bekannte viskositätsmodifizierende Agenzien wie hochdisperse Kieselsäure ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften der Klebeverbindungen bei der oben angegebenen Rezeptur verwenden. Die Anteile der hochdispersen Kieselsäure an der Gesamtrezeptur betragen vorzugsweise 0,2 bis 5 Gew.% womit man einen weiten Gestaltungsspielraum beim Einstellen der Viskosität hat.ever after selected Ordering may be desired its the viscosity to increase the adhesive mass. This can be known per se viscosity-modifying agents such highly dispersed silicic acid without impairment the properties of the adhesive bonds in the above Use recipe. The proportions of fumed silica on the Total formulation is preferably 0.2 to 5 wt.% Which one wide Has leeway in adjusting the viscosity.

Wird eine geringere Viskosität für das gewählte Auftragverfahren benötigt, lässt sich diese einfach durch Wasserzugabe erreichen.Becomes a lower viscosity for the elected Application process needed, let yourself to achieve this simply by adding water.

Beispiel 2:Example 2:

Zu 68 Gew.teilen Wasserglas werden 20 Gew.teile Kaolin und 12 Gew.teile Bornitrid gegeben (Spezifikationen wie oben). Auch diese Rezeptur für das erfindungsgemäße Klebemittel ergibt im Test vergleichbare Resultate wie die Rezeptur von Beispiel 1.To 68 parts by weight of water glass, 20 parts by weight of kaolin and 12 parts by weight Boron nitride given (specifications as above). Also this recipe for the adhesives according to the invention results in the test comparable results as the recipe of example 1.

Beispiel 3:Example 3:

Zu 79 Gew.teilen Wasserglas werden 7 Gew.teile Kaolin, 4 Gew.teile Talkum und 10 Gew.teile BN zugegeben (Spezifikationen wie zuvor). Auch hier werden im Test vergleichbar befriedigende Resultate erzielt wie in Beispiel 1.To 79 parts by weight of water glass are 7 parts by weight of kaolin, 4 parts by weight Talc and 10 parts by weight BN added (specifications as before). Again, comparably satisfactory results are achieved in the test as in Example 1.

Beispiel 4:Example 4:

Aus einem kommerziell erhältlichen Kaltkleber auf Wasserglasbasis, nämlich Canol 460 der Fa. Segliwa GmbH, Wiesbaden, Deutschland wird unter Zugabe von BN eine Klebemittelmischung hergestellt, die 17 Gew.% BN beinhaltet.Out a commercially available Waterglass-based cold glue, namely Canol 460 from Segliwa GmbH, Wiesbaden, Germany becomes an adhesive mixture with the addition of BN manufactured, which contains 17 wt.% BN.

Auch diese Mischung lässt sich mit Erfolg als Klebemittel bei Hochtemperaturbrennstoffzellen einsetzen.Also leaves this mixture successfully used as an adhesive in high temperature fuel cells deploy.

Claims (14)

Hochtemperaturfestes Klebemittel auf Wasserglasbasis, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel als Additiv Bornitrid umfasst.High temperature-resistant adhesive based on water glass, characterized in that the adhesive comprises boron nitride as an additive. Klebemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bornitrid mit einem auf die Trockenmasse bezogenen Anteil von 1 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bevorzugt 7 bis 25 Gew.-%, in dem Klebemittel enthalten ist.Adhesive according to claim 1, characterized in that that boron nitride has a dry matter content of From 1% to 40% by weight, preferably 7 to 25 wt .-%, is contained in the adhesive. Klebemittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bornitrid in Partikelform vorliegt mit einer mittleren Partikelgröße von 1 μm bis 10 μm.Adhesive according to Claim 1 or 2, characterized that the boron nitride is in particle form with a middle Particle size from 1 μm to 10 μm. Klebemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bornitrid in Form der hexagonalen, graphitähnlichen Modifikation in dem Klebemittel enthalten ist.Adhesive according to one of Claims 1 to 3, characterized that the boron nitride in the form of hexagonal, graphite-like Modification is contained in the adhesive. Klebemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserglaskomponente eine Zusammensetzung der Formel Me2O·SiO2 aufweist mit einem molaren Verhältnis SiO2:Me2O von > 3, wobei Me bevorzugt Li, Na und/oder K repräsentiert.Adhesive according to one of claims 1 to 4, characterized in that the waterglass component is a composition of the formula Me 2 O.SiO 2 has a molar ratio SiO 2 : Me 2 O of> 3, wherein Me preferably represents Li, Na and / or K. Klebemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserglaskomponente einen Schmelzpunkt im Bereich von 1100 bis 1150 °C aufweist.Adhesive according to one of claims 1 to 5, characterized the water glass component has a melting point in the range of 1100 to 1150 ° C having. Klebemittel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel ferner einen mineralischen Füllstoff umfasst, welcher bis zu einer Temperatur von 1100 °C oder mehr nichtgasend ist.Adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive further comprises a mineral filler, which is non-gasifying up to a temperature of 1100 ° C or more. Klebemittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff in einer Menge in dem Klebemittel enthalten ist, dass der Wärme-Ausdehnungskoeffizient des getrockneten Klebemittels ähnlich dem von Stahl ist.Adhesive according to claim 7, characterized in that that the mineral filler included in an amount in the adhesive is that the coefficient of thermal expansion similar to the dried adhesive that is steel. Klebemittel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des mineralischen Füllstoffs im Klebemittel (bezogen auf die Trockenmasse) 1 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bevorzugt 4 bis 20 Gew.-%, beträgt.Adhesive according to claim 6 or 7, characterized that the proportion of the mineral filler in the adhesive (relative to the dry mass) 1 wt.% to 40 wt.%, preferably 4 to 20 wt. is. Klebemittel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Füllstoff ausgewählt ist aus Kaolin, Glimmer und/oder Talkum.Adhesive according to one of claims 7 to 9, characterized that the mineral filler selected is kaolin, mica and / or talc. Klebemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserglaskomponente einen Festglasgehalt von 20 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 40 Gew.-%, aufweist.Adhesive according to one of Claims 1 to 10, characterized the waterglass component has a glass content of 20 to 50% by weight, preferably 30 to 40 wt .-%, having. Klebemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Dispergiermittel, vorzugsweise mit einem Anteil von 0,2 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,4 bis 1,5 Gew.-% (bezogen auf die Trockenmasse) umfasst.Adhesive according to one of Claims 1 to 11, characterized that it also a dispersant, preferably with a proportion from 0.2 to 5 wt .-%, more preferably 0.4 to 1.5 wt .-% (relative on the dry mass). Klebemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel ferner ein Verdickungsmittel, insbesondere in Form von Kieselsäure in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% umfasst.Adhesive according to one of Claims 1 to 12, characterized the adhesive further comprises a thickening agent, in particular in the form of silica in an amount of up to 10% by weight. Brennstoffzelle mit mehreren, miteinander verklebten Metalllagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklebung mittels eines Klebemittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist.Fuel cell with several, glued together Metal layers, characterized in that the bonding means an adhesive according to a the claims 1 to 13 is made.
DE20221582U 2002-02-18 2002-02-18 High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive Expired - Lifetime DE20221582U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE20221582U DE20221582U1 (en) 2002-02-18 2002-02-18 High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10206863A DE10206863A1 (en) 2002-02-18 2002-02-18 High temperature resistant adhesive
DE20221582U DE20221582U1 (en) 2002-02-18 2002-02-18 High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE20221582U1 true DE20221582U1 (en) 2006-07-27

Family

ID=36794476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE20221582U Expired - Lifetime DE20221582U1 (en) 2002-02-18 2002-02-18 High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE20221582U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0907215B1 (en) Sealing a high temperature fuel cell of a high temperature fuel cell stack
EP1662596B1 (en) Seal arrangement for a high temperature fuel cell stack and process to manufacture such a stack
DE4004271A1 (en) FUEL CELL WITH SOLID OXIDE ELECTROLYTE
DE602005001711T2 (en) Fluoroelastomer sealant
DE10196698B3 (en) A fuel cell separator, manufacturing method thereof, and solid polymer fuel cell using the separator
DE19936405A1 (en) Electrostatic clamping device, used e.g. for clamping wafers for further processing, has a ceramic layer attached to a metal substrate by an elastic insulating layer containing rubber and phenolic antioxidant
WO2008071137A1 (en) Fuel cell stack and seal for a fuel cell stack, as well as a production method for it
EP1336646B1 (en) High temperature adhesive
EP1246283B1 (en) Electrically insulating spacer/seal system
EP1314217A1 (en) High temperature fuel cell
EP1990856B1 (en) Method for creating contacts between electrochemically active discs and interconnectors in high-temperature fuel cells
DE69907316T2 (en) Ozonizer discharge cell and process for its manufacture
EP2132814B1 (en) Contact arrangement and method for assembling a fuel cell stack from at least one contact arrangement
DE20221582U1 (en) High-temperature-resistant adhesive based on water glass comprises boron nitride as an additive
DE4132723A1 (en) LAMINATED SHIFTING DEVICE
EP1866989A1 (en) Interconnector for high temperature fuel cells
DE19846638C2 (en) Composite panel and method for producing and using such a composite panel
EP2210308B1 (en) Functional layer for high-temperature fuel cells and method for production
EP1261052B1 (en) Sealing
DE4324181A1 (en) High temp. fuel cell - has seal forming load free junction between solid electrolyte and separator element
DE102007025479A1 (en) Single fuel cell for a fuel cell stack
DE19819453A1 (en) Solid oxide fuel cell
DE10210293B4 (en) Fuel cell block assembly and method for producing a fuel cell block assembly
DE19542808A1 (en) Vitreous coating of substrate by spraying
DE102005028114A1 (en) Sealing compound for producing sealing layer for gas-sealed connection between high temperature fuel cells, has liquid precursor, which is converted into ceramic binding agent by organic peroxid and glass powder slurried in liquid precursor

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification

Effective date: 20060831

R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years

Effective date: 20060727

R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years

Effective date: 20080408

R158 Lapse of ip right after 8 years

Effective date: 20100901