DE3235240C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Matrixmaterial der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein solches Matrixmaterial ist in der DE 31 22 787 A1 beschrieben.

Karbonatschmelzenbrennstoffzellen sind beispielsweise aus den US-PS 40 09 321 und 40 79 171 bekannt. Der Elektrolyt ist in einer solchen Brennstoffzelle bei Raumtemperatur fest und bei Betriebstemperaturen, die im allgemeinen zwischen 500°C und 750°C liegen, schmelzflüssig. Einige bekannte Elektrolyten dieses Typs sind Alkalimetallkarbonatmischungen, wie ternäre Lithium-Kalium-Natriumkarbonatmischungen und binäre Lithium-Kalium-, Lithium-Natrium- oder Kalium-Natriumkarbonatmischungen. Der Elektrolyt ist in einer im wesentlichen inerten Matrix angeordnet, die zwischen einer Anoden- und einer Katodenelektrode angeordnet ist. Außer baulichem Zusammenhalt muß die Matrix in Kombination mit dem Elektrolyten für eine vollständige Trennung von Brennstoff- und Oxidationsmittelgasen sorgen, die auf ihren entgegengesetzten Seiten angeordnet sind. Die Elektrolyt- und Matrixkombination wird häufig auch als Elektrolytplatte oder -kachel bezeichnet. Die Matrix wird üblicherweise aus Submikronkeramikteilchen hergestellt, die mit der Brennstoffzellenumgebung kompatibel sind. Beispielsweise ist Lithiumaluminat gegenüber ternären und binären Karbonatzusammensetzungen, wie sie oben erwähnt sind, im wesentlichen inert und kann als Matrixmaterial in Zellen benutzt werden, die diese Arten von Elektrolyten enthalten.

Üblicherweise werden solche Elektrolytplatten durch Formpressen des inerten Materials, das mit den Alkalimetallkarbonaten vermischt ist, hergestellt. Dieses Verfahren zum Herstellen des Matrixgebildes hat viele Nachteile. Das Formpressen ist ein relativ teueres Formverfahren, das einen relativ großen Aufwand an Zeit, Energie und Kapital erfordert. Die sich ergebende formgepreßte Platte ist eine relativ dicke, zerbrechliche Keramiktafel. Sie neigt demgemäß zum Reißen, und es muß bei dem Entwurf der Brennstoffzelle sehr sorgfältig darauf geachtet werden, daß sich eine ebene Oberfläche für diese Tafel ergibt, damit minimale Biege- und Druckkräfte auf die Platte ausgeübt werden, bis diese über ihren Schmelzpunkt erhitzt wird.

Die schlechte Handhabbarkeit und die erforderlichen kritischen Toleranzen, die durch die Verwendung dieses Typs von Matrixgebilde diktiert werden, machen deren Vergrößerung auf kommerzielle Größen und Mengen unattraktiv. Darüber hinaus ist eine die Lebensdauer begrenzendes Funktionsproblem bei formgepreßten Platten dieses Typs vorhanden. Wenn die Zelle in Betrieb ist, wird durch korrodierende Reaktionen, Verdampfung und Oberflächenwanderung Elektrolyt verbraucht. In einer typischen Plattenzelle wird der Elektrolyt aus den größeren Poren der Matrix herausgezogen. Das Lithiumaluminat kann in einer Elektrolytplatte durch Formpressen nicht so ausreichend dicht untergebracht werden, daß bei Betriebstemperatur eine kleine, gleichmäßige Porengröße vorliegt. Durch das Herausziehen des Elektrolyten aus der Platte kommt es deshalb zur Kontraktion des Zweiphasengebildes (Matrix und Elektrolyt), was später zur Bildung von Gastaschen führt, die zum Gasübertritt und zu einem hohen inneren Widerstand beitragen.

Ein weiteres Problem, das bei Matrixmaterial für Karbonatschmelzenbrennstoffzellen auftritt, resultiert aus der thermischen Wechselbeanspruchung, die Brennstoffzellen erfahren, beispielsweise im Verlauf einer Routinewartung. Temperaturwechselbeanspruchungen von der Betriebstemperatur von 649°C-760°C der Karbonatschmelzenbrennstoffzellen bis herunter auf Raumtemperatur sind nicht ungewöhnlich. Im Verlauf einer solchen thermischen Wechselbeanspruchung können sich in dem Plattenmaterial Risse bilden, insbesondere in dem Dichtungsbereich, was weiter zum Gasübertritt beiträgt.

Auch das in der oben erwähnten DE 31 22 787 A1 beschriebene Matrixmaterial ist zerbrechlich und kann während des Zusammenbaus und des Betriebes einer Karbonatschmelzenbrennstoffzelle unter Umständen Biege- und Druckkräften nicht ausreichend standhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Matrixmaterial der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß es in der Lage ist, die während des Zusammenbaus und des Betriebes einer Karbonatschmelzenbrennstoffzelle auftretenden Biege- und Druckkräfte auszuhalten, und daß sich mit ihm Karbonatschmelzenbrennstoffzellen mit verbesserten Dichtungs-, Stabilitäts- und Leistungseigenschaften herstellen lassen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Bei dem Matrixmaterial nach der Erfindung ist das Matrixband eine Tafel oder allgemein ein Flächenmaterial, das aus einem Gemisch aus Keramikteilchen, d. h. Teilchen, die gegen die Karbonatschmelzenumgebung inert sind, besteht und das organische polymere Bindemittel unter Brennstoffzellenbetriebsbedingungen verbrennt oder verdampft. Die Metallschicht dient als Sperre und ist ein feinporiges, ionendurchlässiges, in Verbindung mit dem Elektrolyten bei den Betriebsbedingungen in Karbonatschmelzenbrennstoffzellen ein gasdurchlässiges Flächenmaterial, das mit dem Matrixband verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Karbonatschmelzenbrennstoffzelle.

In einem Matrixband des Matrixmaterials sind vorzugsweise drei Komponenten enthalten. Die erste Komponente sind inerte Teilchen, die vorzugsweise eine Größe von weniger als 1 µm haben. Das ergibt eine feine Porengröße (z. B. 0,15 bis 0,3 µm mittlere Porengröße) in der fertigen Matrix, die gewährleistet, daß der Elektrolyt festgehalten wird. γ-Lithiumaluminat ist zwar das bevorzugte inerte Material, es kann jedoch auch anderes Material verwendet werden, das gegenüber der Karbonatschmelzenumgebung inert ist, wie beispielsweise Zerdioxid, Strontiumtitanat, Strontiumzirkonat, usw.

Die zweite Komponente des Matrixbandes ist korrosionsbeständiges keramisches Teilchenmaterial, das einen mittleren Größenbereich von über 25 µm und vorzugsweise von über 50 µm (z. B. 50-150 µm) im Durchmesser hat. Die Funktion dieser Komponente ist hauptsächlich die Rißdämpfung. Sie kann aus dem gleichen Material wie die oben erwähnten inerten Teilchen oder aus einem reaktionsfähigeren Material bestehen, wie beispielsweise Aluminiumoxid, das wegen der größeren Teilchengröße einen kleineren Oberflächeninhalt hat und deshalb eine geringere Reaktionsfähigkeit gegenüber dem Karbonatschmelzenelektrolyten ergibt. Das gestattet die Verwendung von keramischen Materialien, die im allgemeinen als unkompatibel mit einem Karbonatschmelzensystem angesehen werden.

Die dritte Komponente ist das vorübergehend vorhanden polymere Bindemittel. Dieses Bindemittel gibt dem Band Handhabbarkeit, Flexibilität und Anpaßbarkeit, wobei es sich um drei wichtige bauliche Eigenschaften handelt. Es kann zwar jedes Polymer benutzt werden, das bei Temperaturen zerfällt, die unter den Betriebstemperaturen der Karbonatschmelzenbrennstoffzelle liegen, Polyvinylbutyral wird jedoch bevorzugt. Verschiedene Weichmacher und andere Modifizierungsmittel, wie Fließfähigkeitssteuermittel, können dem Polymer für Aufbringzwecke zugesetzt werden.

Die Komponenten werden mit einem organischen Lösungsmittel vermischt und auf eine Formoberfläche aufgebracht, die mit einem Trennmittel behandelt ist. Nach dem Trocknen wird das so gebildete Band entfernt und ist bereit, in die Karbonatschmelzenbrennstoffzelle eingebaut zu werden. Die Mengen der Materialien können sich ändern, vorzugsweise werden sie aber in einem Bereich von 40 Vol.-% bis 45 Vol.-% an inerten Submikronteilchen und 5 Vol.-% bis 30 Vol.-% und vorzugsweise 15 Vol.-% an größeren, rißdämpfenden Keramikteilchen benutzt, wobei der Rest das polymere Bindemittel ist. Die Materialien werden vorzugsweise in einer Kugelmühle mit organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise chlorierten Kohlenwasserstoffen und Alkohol, vermischt.

Die Überzüge können auf die Formoberfläche durch irgendein Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Bürsten, Sprühen usw., obgleich die Verwendung von herkömmlichen Vorhangbeschichtern und Rakeln bevorzugt wird. Es sei der "Rakelprozeß" von J.C. Williams beachtet, bei dem es sich um ein Verfahren zum Herstellen von elektronischen Keramikbändern durch die Verwendung eines Rakelprozesses handelt (Treatise On Materials Science and Technology, Band 9, Ceramic Fabrication Processes, Franklin F.Y. Wang).

Bei dem Überzugsvorgang wird eine Glasformoberfläche bevorzugt, und es ist zwar eine Vielfalt von Formentrennmitteln wie Polytetrafluorethylen und Bienenwachs benutzt worden, es hat sich jedoch gezeigt, daß Bienenwachs leicht auftragbar ist und mehrere Formvorgänge aushält. Das Bienenwachs kann, gelöst in Perchlorethylen, mit einem sauberen Tuch aufgebracht werden. Bienenwachs in Blattform hat sich für diesen Zweck als besonders geeignet erwiesen. Es ist insbesondere erwünscht, mehrere Schichten des Matrixmaterials aufzubringen, wobei zwischen jeder Aufbringung getrocknet wird, bevor es von der Formoberfläche entfernt wird.

Chlorierte Kohlenwasserstoffe und Alkohole haben sich als bevorzugte organische Lösungsmittel zum richtigen Trocknen und zur Fließfähigkeitssteuerung des Matrixbandmaterials während des Gießens herausgestellt. Alkohole, wie beispielsweise Ethanol und Butanol, vermischt mit chlorierten Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Perchlorethylen, haben der Aufschlämmung geeignete Fließeigenschaften gegeben. Eine Aufschlämmungsviskosität in dem Bereich von 80-120 cPa · s wird für das Gießen der Schichten, entweder mittels einer Rakel oder mittels eines Vorhangbeschichters, bevorzugt. Weitere Materialien werden zugesetzt, die das Mischen und Gießen und die Eigenschaften des fertigen Bandes fördern. Ein Entflockungsmittel, wie beispielsweise Rohfischöl, unterstützt das Dispergieren der Keramikteilchen. Ein Antischaummittel, wie beispielsweise eine Mischung aus Polydimethylsiloxan und Kieselerde unterstützt das Entweichen von eingeschlossenen Gasblasen während des Trocknens. Weichmacher wie N-ethyl-ortho- und -para-toluolsulfonamid verhindern die Versprödung des getrockneten Bandes. Das Fischöl trägt außerdem zur Flexibilität bei.

Das Einschließen von Gasblasen in das Band erfordert, daß die Gasblasen vor dem Trocknen entfernt werden. Um das zu unterstützen, muß das Trocknen durch die Verwendung von Lösungsmitteln mit niedrigerem Dampfdruck, wie beispielsweise Butanol, verzögert werden, oder, was noch wirksamer ist, durch Halten des gerade gegossenen Bandes in einer Atmosphäre, die mit Lösungsmitteldämpfen gesättigt ist. Eine Verzögerung von 15 min vor dem Trocknen wird den Blasen zu entweichen gestattet. Die Verwendung eines Antischaummittels unterstützt das Aufbrechen und Freisetzen der Blasen. Wenn die Lösungsmitteldampfbehandlung angewandt wird, um eingeschlossene Gasblasen vor dem Trocknen zu entfernen, so kann irgendeine der oben erwähnten Chlorkohlenwasserstoff- oder Alkohollösungsmittel benutzt werden, obgleich die Verwendung eines azeotropen Gemisches aus Perchlorethylen und Ethanol bevorzugt wird. Die Behandlungszeit sollte ausreichen, um die Gasblasen zu entfernen; in den meisten Fällen sind Zeiten von wenigstens 5 min erforderlich.

Es kann zwar jedes Metall, das bei dem Anodenpotential stabil ist, als Blasensperre benutzt werden, Nickel und Kupfer und deren Legierungen werden jedoch besonders bevorzugt. Die als Blasensperre dienende Metallschicht wird durch herkömmliche Metallformverfahren hergestellt, beispielsweise durch Pulversintern. In Abhängigkeit von den Entwurfsüberlegungen der Brennstoffzelle, in der die Blasensperre benutzt werden sollen, können diese in jeder gewünschten Größe hergestellt werden, vorzugsweise werden sie aber in einer Größe von 0,093 m² bis 0,83 m² hergestellt. Die durch dieses Verfahren hergestellten Metallschichten haben außerdem vorzugsweise eine Porosität von 25 Vol.-% bis 35 Vol.-% und eine mittlere Porengröße von 1 µm oder weniger.

Es wird zwar bevorzugt, ein anodenstabiles Metall (wie beispielsweise Nickel) in Verbindung mit dem Matrixband zu verwenden, ein katodenstabiles Metall könnte jedoch ebenfalls benutzt werden, wie beispielsweise ein rostfreier Stahl oder eine Nickellegierung, bestehend beispielsweise aus 20-23% Chrom, 8-10% Molybdän, 0,5-2,5% Kobalt, 17-20% Eisen, Rest Nickel (Hastalloy®), wobei dann die Brennstoffzelle so aufgebaut ist, daß sich die feinporige Metallschicht an der Kathode befindet. Eine dritte Alternative besteht darin, die feinen Poren mit einem keramischen Sintermaterial herzustellen und dieses mit dem Matrixband zu verbinden, in welchem Fall es mit der Anode oder mit der Kathode in Berührung gebracht werden könnte. Weiter könnte eine Kombination benutzt werden, die ein anodenstabiles Metall auf einer Seite des Matrixbandes und ein kathodenstabiles Metall auf der anderen Seite oder eines der beiden zusammen mit dem keramischen Sintermaterial enthält.

Alle Verbindungsmittel, die mit der Metallschicht und dem Matrixband in dieser Umgebung kompatibel sind, können benutzt werden, um die beiden aneinander zu befestigen. Es wird jedoch bevorzugt, das Matrixband einfach durch Warmpressen mit der Metallschicht zu verbinden, wobei das organische polymere Bindemittel des Bandes als Klebstoff dient.

Weiter wird zwar bevorzugt, für Handhabungs- und Betriebszwecke die feinporige Metallschicht mit dem Matrixband zu verbinden, das ist jedoch nicht notwendig. Beispielsweise könnten die beiden unabhängig voneinander in die Brennstoffzelle gelegt werden, obgleich eine bessere Ausrichtung sichergestellt werden kann, wenn sie miteinander verbunden sind. Während das Matrixband vorzugsweise eine Übergröße von wenigstens 0,5 cm (vorzugsweise 0,5 cm bis 1,3 cm) im Vergleich zu der feinporigen Metallschicht hat, können die beiden auch die gleiche Abmessung haben.

Hauptvorteile, die das integrale Matrixband und die als Blasensperre dienende Metallschicht in der Karbonatschmelzenbrennstoffzelle ergeben, sind eine Haltesperrschicht zum Verhindern des Gasübertritts, wenn die Keramikmatrix während thermischer Wechselbeanspruchung aufgrund von Differenzen im Ausdehnungskoeffizienten zwischen der mit Elektrolyt gefüllten Keramikmatrix und dem baulichen Metall der Brennstoffzelle reißen sollte; da die Anode und die Anodenschienen (vgl. die Bezugszahl 3 in der Figur) nicht spaltfrei sind, d. h. nicht vollkommen zusammenpassen, besteht die Gefahr, daß Matrixmaterial in die Risse eindringt, wodurch sich Stellen für einen Gasdurchtritt durch die Matrix ergeben, was durch das integrale Matrixband und die Metallschicht ebenfalls verhindert wird.

Im Betrieb wird sich aufgrund der hohen Temperaturen, die in einer Karbonatschmelzenbrennstoffzelle auftreten, die feinporige Metallschicht des Matrixmaterials mit dem Metall der Anode und dem Dichtungsmaterial von selbst verbinden. Dadurch wird die Abdichtung der Brennstoffzelle verbessert, insbesondere während thermischer Wechselbeanspruchung.

In Tests, die an Karbonatschmelzenbrennstoffzellen ausgeführt worden sind, welche ein Matrixband und eine feinporige Metallschicht enthielten, zeigte sich nach 3000 h keine meßbare Zunahme des inneren Widerstands oder des Druckabfalls an der Zelle, wenn die feinporigen Metallschichten benutzt wurden. Weiter gab es keinen Übertritt von reaktionsfähigem Gas. Weiter wurden thermische Wechselbeanspruchungstests zwischen Raumtemperatur und 649°C-760°C bis zu achtmal durchgeführt, ohne daß sich irgendein Anzeichen für eine Rißbildung in der Matrix oder für einen Gasübertritt zeigte.

Die feinporige Metallschicht ergibt nicht nur zusätzliche Stabilität und erleichtert die Handhabung des Matrixbandes und der Matrix im Betrieb der Brennstoffzelle, sondern ermöglicht das auch ohne jeden meßbaren Verlust an Leistungseigenschaften wie innerem Widerstand oder anderer Anodenpolarisierung in der Brennstoffzelle.

Ein weiterer Vorteil des Matrixbandes ist im Vergleich zu den bekannten Matrizen seine Biegsamkeit und Nachgiebigkeit, die ihm gestatten, sich, wenn es zwischen den Elektroden in einer Karbonatschmelzenbrennstoffzelle angeordnet ist, den Unregelmäßigkeiten von deren Oberflächen anzupassen, wodurch ein innigerer Kontakt erzeugt wird und so Zwischenräume beseitigt werden, die sonst den erforderlichen Ionenübergang stören könnten.

Nachdem das Matrixband hergestellt worden ist, wird die Anode mit Elektrolyt vorgefüllt, die ein ausreichendes Porenvolumen hat, das ihr ermöglicht, genug Elektrolyten für die Lebensdauer der Zelle (z. B. 4000 h) und genug Elektrolyten zum Füllen der Matrix aufzunehmen. Solche Anoden werden im allgemeinen so hergestellt, daß sie eine Porosität von 50 Vol.-% bis 70 Vol.-% (vorzugsweise 50 bis 55 Vol.-%) haben, wobei 30 bis 95 Vol.-% (vorzugsweise 95 Vol.-%) dieser Porosität mit Elektrolyt gefüllt werden. Die Zelle wird allmählich erhitzt, um das polymere Bindemittel zu zersetzen und zu beseitigen, bevor der Elektrolyt schmilzt, was dem Elektrolyten gestattet, die Anode zu verlassen und in die Matrix zu gehen, wobei er die Poren der Matrix und der Metallschicht im wesentlichen füllt. Zellendichtungen und Kathoden können ebenfalls mit Elektrolyt aus derselben Anodenquelle versorgt werden.

788 g Perchlorethylen, 260 g sekundäres Isobutanol und 36 g der Mischung aus Polydimethylsiloxan und Kieselerde wurden mit 1200 g gebranntem (4 h bei 704°C), in einer Strahlmühle gemahlenem γ-LiAlO₂ vermischt und mit Aluminiumoxidkugeln in einer Kugelmühle 24 h lang gemahlen, um das LiAlO₂ gründlich zu dispergieren. 150 g N-ethyl-ortho- und -paratoluolsulfonamid, 750 g denaturiertes Ethanol und 275 g Polyvinylbutyral wurden dann zugesetzt, und das Mahlen in der Kugelmühle wurde 48 h lang fortgesetzt. Die Aluminiumoxidmahlkugeln wurden dann entfernt, und 60 g Rohfischöl und 632 g 120-Hartstoff-Alundum-38 (Al₂O₃) wurden zugesetzt. Das alles wurde dann ohne Kugeln in der Kugelmühle umgewälzt, um die Bestandteile ohne weiteres Mahlen miteinander zu vermischen. Die Mühle wurde dann langsam genug gedreht (0,02-0,03 s^-1), um das Entweichen der meisten eingeschlossenen Gasblasen zu gestatten, ohne dem Aluminiumoxid zu gestatten sich abzusetzen. Diese Lösung wurde mit einer Rakel auf Glastafeln aufgebracht, die mit einem Bienenwachsformentrennmittel behandelt waren. Überzüge mit einer Dicke von 229-305 µm wurden aufgebracht und an Luft für 5-15 min bis zu einer Dicke von 127-152 µm trocknen gelassen. Dieser Prozeß wurde wiederholt, bis Überzüge mit einer Dicke von 305-635 µm erzielt waren. Das fertige getrocknete Band war von der Formoberfläche leicht entfernbar und hatte eine nachgiebige Konsistenz. Bei der Messung auf einem Shore-A-Härtemesser konnte der Wert 94 abgelesen werden.

Ein Gemisch aus 0,5 bis 10 Gew.-% Chrompulver (vorzugsweise 2 Gew.-%) und im übrigen aus Nickelpulver (mittlerer Durchmesser 25,4 bis 127 µm) wird hergestellt. Das gemischte Pulver wird auf einer Keramiktragplatte ausgebreitet und in einer aus 10% Wasserstoff und im übrigen aus Stickstoff bestehenden Atmosphäre bei 871°C-1093°C gesintert. Anschließend daran wird das Flächenmaterial bis zu einer Dicke von etwa 76 bis etwa 127µm auf herkömmliche Weise kaltgewalzt und bei 816°C geglüht. Nach der Herstellung des Bandes und des Metalls werden die beiden Flächenmaterialien bei 93°C bis 204°C (bevorzugt bei 135°C) und bei Drücken von 3,4-13,8 MPa warm zusammengepreßt. Vorzugsweise ist das Band 381 µm dick, und das feinporige Flächenmaterial ist 127 µm dick, was eine Gesamtdicke von 508 µm ergibt.

Ein zehnzelliger Karbonatschmelzenbrennstoffzellenstapel aus Flächenmaterialien von 0,093 m² wurde dann zusammengefügt, indem Matrixbänder zwischen porösen Nickelanoden, die mit Elektrolyt bis 95% ihrer Porosität vorgefüllt waren, und porösen Nickelkathoden (Nickeloxid wurde ebenfalls benutzt) angeordnet wurden, mit Separatorplatten zwischen den Zellen, und indem sie nach dem folgenden angegebenen Plan erhitzt wurden. Es sei angemerkt, daß dieses Beispiel zwar auf einer Elektrode-Matrix-Baugruppe in einem zehnzelligen Stapel basiert, daß ein gesamter Brennstoffzellenstapel jedoch aus 500 derartigen Elektrode-Matrix-Baugruppen bestehen kann, die auf die beschriebene Weise wärmebehandelt werden können. Der zehnzellige Stapel der oben beschriebenen Zellen wurde von Raumtemperatur auf 205°C in einer Luftumgebung bei einer Temperaturzunahme von 40°C pro Stunde erhitzt. Nachdem eine Temperatur von 205°C erreicht worden war, wurde der Stapel für 6 h auf dieser Temperatur gehalten. Die Temperatur des Stapels wurde anschließend in Schritten von 40°C auf 315°C erhöht, wobei diese Temperatur dann 6 h lang aufrechterhalten wurde. Dadurch wird sämtliches Lösungsmittel aus dem Band entfernt, und das Verdampfen des Polymers beginnt. Die Temperatur des Stapels wurde dann wieder mit 40°C pro Stunde auf 470°C erhöht und dann für 2 h aufrechterhalten. Es erfolgte nun die vollständige thermische Zersetzung und Verdampfung des Polymers. Anschließend daran wurde ein reduzierendes Gas in den Stapel eingeleitet, und die Temperatur wurde über den Schmelzpunkt des Elektrolyten (490°C) mit der Geschwindigkeit von 40°C pro Stunde erhöht, bis eine Stapelbetriebstemperatur von 650°C erreicht worden war.

Das Verbundmatrixmaterial ist in Fig. 1 angegeben, in welcher das Matrixband mit der Bezugszahl 1a und die feinporige Metallschicht als Blasensperre mit der Bezugszahl 1b bezeichnet ist. Die Anode 2 ruht auf der Metallschicht 1b. Schienen 3 und 4 dienen zur Gasabdichtung an den Rändern der Zelle, um das Brennstoffgas von dem Oxidationsmittelgas weiter zu trennen. Separatorplatten 5 dienen, außer zum Trennen der Gase, zum Hindurchleiten von Strom durch den Stapel. Die Kathode ist mit der Bezugszahl 6 bezeichnet und hat eine Kathodenkatalysatorschicht 7.

Claims (7)

1. Matrixmaterial für Karbonatschmelzenbrennstoffzellen, gekennzeichnet durch eine feinporige, gasdurchlässige, anodenstabile Metallschicht (1b), die eine Porosität von 25 bis 35 Vol.-% hat und mit einem Matrixband (1a) verbunden ist, das Teilchen, die gegen den Elektrolyten inert sind und eine Teilchengröße von weniger als 1 µm haben, Keramikteilchen mit einer Teilchengröße von über 25 µm und ein organisches polymeres Bindemittel, das in einer Menge von wenigstens 25 Vol.-% vorliegt, enthält und bei Raumtemperatur flexibel, geschmeidig und nachgiebig ist.

2. Matrixmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inerten Teilchen 40 bis 45 Vol.-% ausmachen und daß die Keramikteilchen in einer Menge von wenigstens 15 Vol.-% vorliegen.

3. Matrixmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Bindemittel Polyvinylbutyral ist.

4. Matrixmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inerten Teilchen Lithiumaluminat sind.

5. Matrixmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikteilchen Aluminiumoxid sind.

6. Matrixmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (1b) 76 µm bis 127 µm dick ist und daß das Matrixband (1a) 254 µm bis 381 µm dick ist.

7. Matrixmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (1b) Nickel mit 2 bis 10 Gew.-% Chrom ist.