DE3437500A1 - Festoxidbrennstoffzelle mit monolithischem querflusskern und sammelleitung - Google Patents

Festoxidbrennstoffzelle mit monolithischem querflusskern und sammelleitung

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DE3437500A1
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Joseph Thomas Downers Grove Ill. Dusek
Roger Brian Glen Ellyn Ill. Poeppel
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US Department of Energy
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

• · ····■■■
R 7620
Festoxidbrennstoffaelle mit monolithischem Querflußkern und
Sammelleitung
Eine Brennstoffzelle ist grundsätzlich eine galvanische Energieumwandlungsvorrichtung, die Wasserstoff oder einen Koh]enwasserstoffbrennstoff und ein Oxidationsmittel innerhalb katalytischer Umschließungen chemisch umwandelt und eine elektrische GleichstromausgangsgröBe erzeugt. In einer Form einer Brennstoffzelle definiert das Kathodenmaterial Durchlässe für das Oxidationsmittel und das Anodenmaterial definiert Durchlässe für den brennstoff, wobei ein Elektrolyt die Kathoden- und Anodenmaterialien trennt. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel, typischerweise in der Form von Gasen, werden sodann kontinuierlich durch die voneinander getrennten Zellendurchlässe geleitet, und der von der Brennstoffzelle abgegebene nichtgebrauchte Brennstoff und das nichtverbrauchte Oxidationsmittel entfernen im allgemeinen auch die Reaktionsprodukte und die in der Zelle erzeugte Wärme. Da es sich bei dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel um Einspeisungen handelt, werdet' Brenstoff und Oxidationsmittel typischerweise nicht als ein integraler Teil der Brennstoffzelle selbst angesehen.
Die Brennstoffzellenart, bei der die vorliegende Erfindung direkt anwendbar ist, ist als die sogenannte Festelektrolyt-
oder Festoxid-Brennstoffzelle bekannt, wo der Elektrolyt in fester (solider) Form in der Brennstoffzelle vorliegt. In der Festoxid-Brennstoffzelle wird Wasserstoff oder ein Kohlenwasserstoff höherer Ordnung als der Brennstoff verwendet und das verwendete Oxidationsmittel ist Sauerstoff oder Luft, wobei die lietriebstemperaturen für die Brennstoffzelle im Bereich zwischen 700 und "MOO0C liegen.
Die Wasserstoffreaktion an der Anode (der negativen Elektrode) mit den Oxidionen erzeugt Wasser unter Freigabe von Elektronen; die Sauerstoffreaktion an der Kathode mit den Elektronen bildet in effektiver Weise die Oxidionen. Elektronen fließen von der Anode durch die geeignete externe Last zur Kathode und der Kreis schließt sich intern durch den Transport von Oxidionen durch den Elektrolyt. Der Elektrolyt jedoch isoliert die Kathode und die Anode elektrisch voneinander. Demgemäß sind die Reaktionen die folgenden:
Kathode 1/2 O2 + 2e~ -»· O~2 (1)
Anode H2 + θ"2 ■» H2O + 2e~. (2)
Die Gesamtzellenreaktion ist folgende:
H2 + 1/2 O2 ■» H2O. (3)
Zusätzlich zu Wasserstoff kann der Brennstoff aus einem Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Methan (CH4) abgeleitet sein, und zwar reformiert durch Aussetzen gegenüber Dampf bei 350 bis 8000C, wobei anfangs Kohlenmonoxid (CO) und drei Moleküle Wasserstoff erzeugt werden. Wenn der Wasserstoff verbraucht ist,tritt eine Schiebereaktion wie folgt auf:
CO + H2O · CO2 + H2. (4)
343?500
Die Gesamtreaktion der Kohlenwasserstoffe wird veranschau- ' licht durch:
CH4 + 2O2 *. CO2 + 2H2O. ' (5) ..'
Da die Umwandlung elektrochemischer Natur ist, können die I thermischen Grenzwerte des Carnot-Kreislaufes nicht umfangen ; werden; daher werden Wirkungsgrade im Bereich von 50% Ijrenn- ι Stoffwärmeenergieumwandlung 2u elektrischer Ausgangsgröße ■.■! theoretisch erhalten. Dies ist wesentlich mehr als äquiva- ι lente thermische Maschinen unter Verwendung der gleichen Brennstoffumwandlung erreichen, selbst einschließlich einer konventionellen Diesel-angetriebenen Maschine.
Der Eletrolyt isoliert die Brennstoff- und Oxidationsmittelgase voneinander, sieht aber dennoch ein Medium vor, weiches den Ionentransfer und den Spannungsaufbau über den Elektrolyt hinweg gestattet. Die Elektroden (Kathode und Anode) sehen Pfade für die interne Bewegung des elektrischen Stromes innerhalb der Brennstoffzelle zu den Zellenklemmen vor, die auch die Verbindung mit einer externen Last herstellen. Die Spannung an jeder oder der Zelle liegt in der Größenordnung von 0,7 Volt maximal, so daß die einzelne Zelle in einer elektrischen Serienschaltung angeordnet werden muß, um eine brauchbare Spannung zu erhalten. Eine Serienschaltung wird zwischen benachbarten Zellen mit einem Verbindungsmaterial erreicht, welches Brennstoff und Oxidationsmittelgase von- J einander isoliert, aber dennoch eine elektronische Verbindung der Anode einer Zelle mit der Kathode einer benachbarten Zelle vorsieht. Da die aktive elektrochemische Erzeugung von Elektrizität nur über den Elektrolytteilen der Brennstoffzelle erfolgt, macht jede Zwischenverbindungstrennung 'zwischen der Kathode und der Anode, um die elektrische Serienverbindung zwischen den Zellen vorzusehen, den Teil der Brennstoffzelle ·' elektrisch nicht produktiv. Der Prozentsatz der Zwischenver-
bindung zur Elektrolytwandfläche, die jede !Seile definiert, könnte, wenn sie hoch ist, in signifikanter Weise die Energie oder Leistungsdichten einer selchen Brennstoffzelle vermindern.
Die Diffusion der reagierenden Verbindung oder Spezies (Brennstoff oder Oxidationsmittel) durch die Elektrode begrenzt auch die Zellenleistungsfähigke-it. Brennstoff und Oxidationsmittel müssen rechtwinklig vor. der Strömung in den entsprechenden Durchlässen durch den Elektrolyt zu den Reaktionsplätzen diffundieren. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel diffundieren durch den Elektrolyten und reagieren an (oder nahe) der Drei-Phasen-Grenze der Gase, der Elektroden (Anode oder Kathode) und des Elektrolyten, wobei dort die elektrochemische Konsumption auftritt. Da der Wasserstoffpartialdruck der Brennstoffgase längs der Länge der Brennstoffdurchlässe abnimmt, wird weniger Spannung nahe oder am stromabwärts gelegenen Ende der Brennstoffdurchlässe erzeugt.
Obwohl es möglich ist, thermisch und elektrisch große Ener- §| giemengen aus dem Brennstoff herauszuziehen, so ist es von Natur aus ineffizient, solche Energien bis zur vollständigen Verarmung des Brennstoffs und Oxidationsmittels herauszuziehen. Die vollständige Umwandlung des Brennstoffs in Brennstoffzellen ist somit nicht erwünscht, da dies von Natur aus hinsichtlich der Gesamtausgangsgröße der Zellenspannung ineffizient ist. Für sowohl eine einzige Zelle wie auch Zellen in Gasströmungsserien nimmt die maximale theoretische Spannung längs der Zelle ab. Praktische Brennstoffzellen verbrauchen daher nur 80 bis 90% des Brennstoffs, weil die Zellenspannung schnell abnimmt, wenn der Wasserstoff weniger wird als 5% des Brennstoffgases. Die Reduktion der maximalen Zellenspannung beim Verbrauch des Brennstoffs ist eine wichtige Einschränkung.
Eine vorgeschlagene Serie aus Festoxid-Brennstoffzellen verwendet ein keramisches Tragrohr unc die Elektroden (Anode und Kathode) und der Elektrolyt sird als Schichten auf dem Tragrohr ausgebildet. Das Tragrohr ist in einem abgedichtete ι Gehäuse umschlossen und Brennstoff und Oxidationsmittel wer- , den über Sanmelleitungen dem Gehäuse zugeführt und die Reaktionsprodukte werden vom Gehäuse nach Erfordernis abgeleitet. Abhängig von dem Schichtaufbau wird der Brennstoff entweder innerhalb des Tragrohrs transportiert und das Oxidationsmittel wird außerhalb des Tragrohrs transportiert, oder aber umgekehrt. Eine praktikable Brennstoffzelleneinheit würde aus vielen solcher Rohre zusammengesetzt sein, und zwar getragen innerhalb eines Außengehäuses und die Sammelleitungsmittel würden Brennstoff und Oxidationsmittel, benachbart zu den Rohren, trennen und leiten.
Ein typisches Tragrohr könnte aus Calcium stabilisiertem Zirkoniumoxid (ZrO2 +CaO) bestehen; die Kathode würde typischerweise auf die Außenoberfläche des Tragrohrs aufgebracht sein und könnte in der Form von Lanthanmanganit (LaMnO,) vorliegen; der Elektrolyt würde über einem Teil der Kathode geschichtet sein und beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumoxid (ZrO2 +Y2O3) aufweisen; und schließlich würde die Anode über dem Elektrolyt geschichtet sein, der beispielsweise aus einem Kobaltyttriumoxid-stabilisierten Zirkoniumoxidcermet oder einer Mischung (Co+Zr02+Y203) bestehen. Das Oxidationsmittel würde dadurch intern zum Strukturrohr fliessen, wohingegen der Brennstoff extern gegenüber dem Rohr zirkuliert. Für den Teil der Zelle, wo eine Serienverbindung mit einer benachbarten Zelle hergestellt werden soll, würde die Zwischenverbindung über der Kathode an dieser Stelle anstelle des Elektrolyts und der Anode geschichtet sein, um mit der benachbarten Zelle in Eingriff zu stehen. Die Zwischenverbindung könnte beispielsweise aus Lanthanchromit (LaCrO3) bestehen.
'■ . Um diese Bauart der Brennstoffzelle zu bilden, muß das Tragrohr mit einem hohen Ausmaß an Porosität ausgebildet sein. Selbst bei 40%iger Porosität bilden die geschichtete Anode
ι und Kathode große Diffusionsbarrieren. Die Diffusionsverluste steigen sehr steil bei hohen Stromdichten an und re-
', präsentieren einen Grenzwert hinsichtlich Strom und somit
Leistung. Die< minimale Größe des Tragrohrs betrug ungefähr
• 1 cm im Durclimesser, und zwar mit einer Seitenwand von ungefähr 1 mm Dicke. Ein begrenzender Faktor für diese Tragrohrkernanordnung ist die Pfadiänge, die der Strom längs der Kathoden- und Anodonmaterialien durchlaufen muß, wodurch signifikante elektrische Widerstandsverluste induziert werden. Ein Versuch dies zu minimieren, sieht vor, daß die entsprechenden Rohre in Längsrichtung gekürzt und Ende-anEnde aufeinandergestapelt sind, und die Anoden und Kathoden der aufeinanderfolgenden entsprechenden Rohre sind miteinander serienmäßig mit einer Zwischenverbindung verbunden. Dies ergibt ein einziges Rohr, durch welches Brennstoff und/oder Oxidationsmittel läuft, wobei die Serienverbindung eine
j höhere Spannung liefert, und zwar kumulativ aus der Gesamtzahl von seriengeschalteten einzelnen Rohren. Der Stromfluß geschieht auf einer Linie mit der Richtung des Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelflusses, nämlich axial zur Rohrkonfiguration.
Eine alternative Konstruktion sieht eine elektrische Zwischenverbindung an einem Sehnenbogenabschnitt des Rohrs, verbunden mit der Innenanode beispielsweise vor, wodurch benachbarte Rohre tangential benachbart zueinander gestapelt sind und eine Kathoden-Anoden-Serienanordnung bilden. Wenn der Strom umfangsmäßig längs der Kathoden-und Anodenmaterialien , laufen muß, werden signifikante elektrische Widerstandsverluste auftreten.
Darüber hinaus sind die Rohrstützen nicht-produktiv und schwer, so daß die Leistungs- und Energiedichten beim
-J
Vergleich mit anderen Energieumwandlungsformen leiden, und j zwar (iinschließlich selbst der Flüssigelektrolyt-Brenn.1 stoff- ), zelleii, die üblicherweise bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden.
Bei zahlreichen bekannten Konstruktionen von Festoxid-Brennstoffzellen muß ein Speiserohr für das Oxidationsmittel in den Oxidationsmitteldurchlaß passen, was zur Folge hat, daß dieser Durchlaß hinreichend groß zur Aufnahme dieses Rohrs sein muß. Die Leistungsdichte von Brennstoffzellen ■'.. steht mit der Zellengröße in Beziehung, so daß eine Verminderung der Zellengröße eine höhere Leistungsdichte ergibt. Gewisse Konstruktionen sehen eine komplizierte Ableitung oder Sammelleitungsverbindung der Zellen vor mit Uberein- : anderlagen der Materialien, was eine große Sorgfalt bei der Herstellung erforderlich macht, und zwar infolge des möglichen Werfens im Rohzustand der Materiallagen (Schichten) , was wiederum eine Uberbemessung der Einheit erfordert, um so einen gewissen Federbereich zu ermöglichen, falls das Werfen auftreten sollte und weil dieser Nachteil nicht überprüft und korrigiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Festoxid-Brennstoffzelle vor, mit einem verbesserten monolithischen Kern und mit Sammelleitungsmitteln für die Brennstoff- und Oxidationsmittelgase, die zum Kern fließen und für die gasförmigen Reaktionsprodukte, die vom Kern abgegeben werden.
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3A375Ü0
Die Erfindung bezieht sich auf eine Festoxid-Brennstoffz( lie ■ mit einem Kern, der eine Vielzahl von langgestreckten Durchlässen definiert, die zum Leiten von Brennstoff und Oxidetionsmittelgasen dienen. Die Brennstoff-Strcimungsdurchlässe sind jeweils durch Anodenmaterial definiert und die Oxidationsmittel-Strömungsdurchlässe sind jeweils! durch kathodenmaterial definiert. Die Kathoden- und Anoderimaterialien sind voneinander in bestimmten Gebieten oder Zone'n des Kerns getrennt, und zwar durch ein Elektrolytirateric1.!, um eine Elektrolytwand zu definieren, über die hinweg ein elektrisches Potential erzeugt wird? die Kathoden- und Ai odenmaterialien sind voneinander in anderen Zonen des Kerns durch ein Zwischenverbindungsmaterial getrennt, um eine Zwischenverbindungswand zu definieren, über die hinweg die elektrischen an den Elektrolytwänden erzeugten Potentiale miteinander in Serie addiert werden. In der bevorzugten Anordnung sind die Anodendurchlässe quer zu den Kathodendurchlässen orientiert.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die Sammelleitungsmittel für die Brannstoff- und Oxidationsmittelgase zur Anordnung aus Anoden-bzw. Kathodendurchlässen. Der Kernkörper hat annähernd die Form eines rechteckigen Parallelepipeds mit sechs Stirnflächen. Die entgegengesetzten Seitenflächen enthalten die offenen Enden für die Oxidationsmitteldurchlässe, wohingegen die anderen beiden entgegengesetzten Seitenflächen um annähernd 90° gegenüber den ersten Seitenflächen verdreht sind und die offenen Enden für die Brennstoffdurchlässe enthalten. Eine Gehäusestruktur umschließt gesondert diese Flächen oder Stirnflächen zum Kernkörper, um gesonderte Sammelleitungen zu definieren für frisches Oxidationsmittel, welches in das eine Ende der Oxidationsdurchlässe fließt und für den nichtbenutzten Teil des Oxidationsmittels, welches aus dem anderen Ende dieser Durchlässe austritt und ferner für frischen Brennstoff, der in das eine Ende der Brennstoffdurchlässe fließt und für die Reaktionsprodukte, die von dem anderen Ende dieser Durchlässe abgegeben werden.
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Die verbleibenden beiden Stirnflächen des Kerns (oben und unten) sind freiliegend gegenüber elektrischen Kontakten, um den Strom zwischen dem Brennstoff zellenJiern und einer äußeren Schaltung oder Last zu führen.
In dieser Erfindung kann eine hohe Leistungsdichte erreicht werden, weil die Zellensammelleitungsmittel die Notwendigkeit für die Oxidationseinspeisrohre vermeiden, so daß der Zellendurchlaßquerschnitt dadurch bestimmt werden kann, daß man den Widerstand gegenüber der Strömung des Oxidationsmittels oder der Brennstoffgase gegenüber dem für solche Gase erforderlichen Volumen ausgleicht. Nicht nur sind kleinere Zellendurchlässe und somit höhere Leistungsdichten in der hier beschriebenen Kreuz- und Querströmungskonstruktion des Kerns erreichbar, sondern die Sammelleitungsanschließung der Strömungsdurchlässe ist einfach im Aufbau und zuverlässig im Betrieb.
Jede Kathoden- und Anodenschicht (Lage) an der Zwischenverbindung oder Elektrolytwand ist im allgemeinen wesentlich dicker als entweder die Zwisrhenverbindungs- oder die Elektrolytlage (0,2 bis 5 mm gegenüber 0,02 bis 0,1 mm). Jöäes Material (Anoden-, Kathoden-, Elektrolyt- und Zwischenvferbindungs-) kann gesondert in einem Rohzustand geformt wierden; solange das Material sich noch im Rohzustand befindet, kann es aufeinander in der richtigen Sequenz gestapelt Werden, um die Kernkonfiguration zu definieren; die gestapelten Lagen oder Schichten können zur Bildung eines starren selbsttragenden und dirnensionsmäßig stabilen Kernkörpers gebrannt werden.
Das deutsche Patent No (deutsche Patentanmeldung
vom vorhergehenden Tage- wie die vorliegende Anmeldung in dem Namen der gleichen Anmelderin mit dem Anwaltsaktenzeichen R 7618 und dem Titel "Festoxidbrennstoffzelle mit monolithischem Kern".
beschreibt einen monolithisch gebildeten Kern, bestehend nur aus in den elektrochemischen Reaktionen aktiven Materialien. Dies bedeutet, daß die Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Wände des Kerns jeweils nur aus Anoden- bzw. Kathodenmaterialien, geschichtet auf entgegengesetzten Seiten des Elektrolytmaterials, gebildet sind, oder aber auf entgegengesetzten Seiten des Zwischenverbindunysmaterials. IV Dies ermöglicht die Verwendung sehr dünner Materiallagen und sehr dünne zusammengesetzte Kernwändt· ergeben sich. Die dünnen zusammengesetzten Kernwände können derart geformt sein, daß kleine Durchlässe definier!, werden, wobei dennoch genügend strukturelle Integrität vorhanden ist, um den Strömungsmitteldrücken zu widerstehen, die durch die Gasströmung erzeugt werden, welche durch die Durchlässe fließt, und es wird dabei auch den mechanischen Beanspruchungen standgehalten, die infolge des Gewichts der gestapelten Kernwände aufeinander auftreten. Dadurch wird ein Anstieg der Leistungsdichte der Brennstoffzelle erreicht, wobei eine reduzierte Größe und ein reduziertes Gewicht vorliegen.
Es ist ferner möglich, wiederholte und sequentielle Aufbringungen von Abscheidungen von jeweils Anoden-, Kathoden-, Elektrolyt- und Zwischenverbindungsmaterialien auf jeweils sich selbst vorzunehmen, um so die Zwischenverbindungs- und · Elektrolytkernwände an den Enden der Wände oder in Ausrichtung mit den durch die Wände definierten Strömungsdurchlässen vorzusehen. Jede gesonderte Abscheidung jedes gesonderten Materials wird jedoch über den gesamten Kernquerschnitt gleichzeitig vorgenommen, wodurch komplizierte Formen oder Querschnitte der Strömungsdurchlässe für Brennstoff und Oxidationsmittel so einfach hergestellt werdeh können, wie dies für reguläre oder symmetrische Gesamtcüerschnitte möglich ist. !
Ferner können Mittel vorgesehen sein, um die Brennstoff- und Oxidationsmittelgase zu parallelen Strömungsdurchlässen im
Kern zu leiten. iSine Kernwand ragt über die offenen Endiän
der definierten Kerndurchlässe und ist annähernd mittig >
zwischen und parallel zu benachbarten darüber- und darvlh- j
terliegenden Zwischenverbindungswänden angeordnet, um £äm- {
melleitungskammern dazwischen auf entgegengesetzten Seiten j
der Wand zu definieren. Jede ίströmungsmittel durchlässe de- [
finierende Elektrolytwand ist derart geformt, daß sie iii die- !
se Wand hineinverläuft und mil: dieser verbunden ist, um die '
entsprechenden Brennstoff- und Oxidationsittitteldurchlässe ! zu den entsprechenden Sammelleitungskammern entweder ober- , halb oder unterhalb dieser Zwischenwand zurückzuleiten. Einlaß- und Auslaßverbindungen werden jeweils mit diesen gesonderten Sammelleitungskammern vorgeseher, um Brennstoff- und Oxidationsmittelgase zum Kern zu führen und um deren Reaktionsprodukte vom Kern abzuführen.
Es kann ferner eine Kernkonstruktion vorgesehen sein, die sowohl parallele wie auch Kreuz- oder Querströmungspfade für die Brennstoff- und Oxidationsmittelgase aufweist. Jede Zwischenverbindungswand der Zelle ist als ein Flächenelement aus inertem Tragmaterial ausgebildet, und zwar mit Abstand angeordneten kleinen Stopfen aus Zwischenverbindungsmaterial, wobei die Kathoden- und Anodenmaterialien als Schichte!1!! oder Lagen auf entgegengesetzten Seiten jedes Flächenelements angeordnet sind und elektrisch miteinander durch die Stoffen des Zwischenverbindungsmaterials kontaktiert sind. Jede5 Zwischenverbindungswand in einer welligen Form ist läncfs der mit Abstand angeordneten, im ganzen parallel linienartigen Kontaktflächen zwischen entsprechenden mit Abstand angeordneten Paaren von im ganzen parallelen Elektrolytwänden verbunden und betätigbar, um eine Reihe von im ganzen parallelen Strömungsdurchlässen für die Brennstoff- und Oxidationsmittelgase zu definieren. Alternative Reihen sind derart angeordnet, daß sie senkrecht zueinander angeordnete Durchlässe aufweisen. Dadurch wird eine solide mechanische Verbindung der
Zwischenverbindungswände von benachbarten Reihen zu den entgegengesetzt liegenden Seiten der gemeinsamen Elektrolytwand dazwischen nur an mit Abstand angeordneten punktartigen Kontaktflächen erreicht, wo die zuvor erwähnten linienartigen Kontaktgebiete einander kreuzen ο Das inerte Tragmaterial weist zwischen 2 und 98 Gew.-% des gesamten Kerns auf, wobei Veränderungen möglich sind, um nach Bedarf die unterschiedliche thermische Ausdehnung der zusammengesetzten Kernwandstrukturen zu minimieren.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1
eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
Fig. 2 Fig,
eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1, wobei die Brennstoffzelle in einem zusammengebauten Zustand dargestellt ist,
eine vergrößerte Ansicht eines "Teils der Fig. 2, wobei Einzelheiten des Aufbaus der Brennstoffzelle offenbart sind.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Brennstoffzelle 10 mit einem Kern 11, angeordnet innerhalb eines Gehäuses 12. Der Kern 11 ist eine einstückige Anordnung von annähernd Parallelepipidform mit zwei Sätzen von entgegengesetzt liegenden Seitenflächen (Seitenstirnflächen), verdreht um annähernd 90° bezüglich einander, und entgegengesetzten oberen und unteren Flächen (Oberseite, Unterseite), die um annähernd 90° gegenüber den Seitenflächen angeordnet sind. Durchlässe 13 und 14 erstrekken sich durch den Kern 11 zwischen entgegengesetzten Seitenflächen. Strukturen 15 und 17, benachbart zu entgegenge-
setzten Seitenflächen des Kerns 'i 1 definieren mit Abstand angeordnete Sammelleitungen 18 und 20, die miteinander übtr Durchlässe 13, ausgebildet im Kern 11, in Verbindung stehen. Ferner definieren Strukturen 21 und 23, benachbart zu den anderen Seitenflächen des Kerns, mit Abstand angeordnete Sammelleitungen (nicht gezeigt), die miteinander über Durchlässe 14,ausgebildet im Kern 11, in Verbindung stehen.. Eine Einlaßleitung 30 in Struktur 17 dient zum Leiten ve η gasförmigem Brennstoff zur Sammelleitung 20 zur Strömung durch die Durchlässe 13 und eine Auslaßleitung 32 in Struktur 15 dient zum Führen sämtlichen nichtverbrauchten oder verbleibenden Brennstoffs und der Reaktionsprodukte von der Sammelleitung 18. In gleicher Weise ist die Einlaßleitung 34 in der Struktur dazu geeignet, Oxidationsmittel zur Kernsammelleitung zu leiten, und zwar zur Strömung durch die Durchlässe 14 und die Leitung 36 in der Struktur 23 dient dazu, jedwedes verbleibendes Oxidationsmittel vom Kern wegzuleiten. Die Durchlässe · 13 und 14 sind quer zueinander angeordnet, so daß die entsprechenden Einlaß- und Auslaßsammelleitungen für den Brennstoff 20 und 18 und für das Oxidationsmittel (nicht numeriert) abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind. Der Kern 11 und die Sammelleitungsstrukturkomponenten 15, 17, 21 und 23 sind im zusammengebauten Zustand zusammenge-* steckt oder in anderer Weise miteinander befestigt und pausen in das Gehäuse 12, wobei die Isolation 38 diese Kompoi? nenten umgibt und sie vom Gehäuse trennt. Der Ringraum zwischen dem Kern 11 und den gesonderten Sammelleitungsstrukturen kann auch,wie bei 39 gezeigt, mit einer keramischen Paste oder einer ähnlichen Dichtung gepackt oder gefüllt sein, um daä Leck von Gasen zwischen Brennstoff und Auslaßsammelleitungen zu minimieren.
Fig. 3 zeigt im vergrößerten Querschnitt den Kern 11 für die Brennstoffzelle 10 der Fig. 1. Speziell sind die Durchlässe 13 für den Brennstoff derart dargestellt, daß sie sich
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in der Papierbetrachtungsebene erstrecken und1 sie sind nur aus Anoden-Elektrodenmaterial 40 ausgebildet und sie definieren freiliegende Wände der Durchlässe 13; hingegen sind die Durchlässe 14 für das Oxidationsmittel derart dargestellt, daß sie sich senkrecht zur Papierebene erstrecken und sie sind nur aus Kathoden-Elektrodenmaterial 42 ausgebildet, was die freiliegenden Wände der Durchlässe 14 definiert.
Jede Anode 40 und jede Kathode 42 ist ferner sandwichartig an mit Abstand angeordneten entgegengesetzt liegenden Seiten zwischen Elektrolytmaterial 44 und Zwischenverbindungsmaterial 4 7 angeordnet. Diese zusammengesetzten Anoden- und Kathodenwandstrukturen sind ferner alternativ aufeinandergestapelt (wobei der trennende Elektrolyt 44 oder Zwischenverbindung 47 typischerweise eine einzige gemeinsame Lage oder Schicht bilden), wodurch die Brennstoff- und Oxidationsmittel-Durchlässe quer zueinander angeordnet sind.
Somit ist auf einer Seite die Anode 4 0 von der Kathode 42 durch eine dünne Schicht oder Lage aus Elektrolytmaterial 44 getrennt, um eine Elektrolytwand 45 zu bilden. Dies definiert auch eine "Zelle" und der Spannungsaufbau tritt an dieser Elektrolytwand 4 5 zwischen diesen Elektroden 40 und 4 2 in Anwesenheit von Brennstoff- und Oxidationsmittel auf*, Der Aufbau tritt auf, wenn der Brennstoff in den Anodendurchlässen 20 und das Oxidationsmittel in den Kathodendurchlässen 26 sich chemisch über den Elektrolyten 44 kombinieren. Die Spannung ist für jede Anoden- und Kathoden-Elektrodenzellenkombination (oder Elektrolytwand 45) klein, im allgemeinen kleiner als 1,0 Volt und selbst diese Spannung fällt ab, wenn von außen ein Abzug an den Elektroden erfolgt.
Andererseits sind Anode 4 0 und Kathode 4 2 durch eine im allgemeinen dünne Schicht oder Lage aus Zwischenverbindungsmaterial 47 getrennt, um eine Zwischenverbindungswand 48
zu bilden. Die Zwischenverbindungswand 48 dient zur Isolierung der Brennstoff- und Oxidationsmittel-Gase voneinander und auch zur elektrischen Verbindung der Anodenelektrode der einen Zelle mit der Kathodenelektirode der benachbarten Zelle. Dies schafft eine Serienschal :ung mit den benachbarten Zellen und dadurch werden progressiv die kleinen gesonderten Spannungen der ger.onder :en Zellen akkumuliert.
In einer tatsächlichen Brennstoffzelle der hier gezeigten Bauart sind viele seriengeschaltete Anoden-Kathodenzellenkombinationen 45 vorhanden, die möglicherweise selbst mehrere Hundert übersteigen. Die äußersten Zwischenverbindungen (oder benachbarte Elektrode) des Kerns 11 sind elektrisch über Leiter mit außenliegenden Klemmen 50 und 51 der Brennstoffzelle verbunden, um die kumulative elektrische Ausgangsgröße an den Klemmen vorzusehen. In den Fig. 1, 2 und 3 ist dies schematisch durch Leiter 52 und 53 dargestellt, die verbunden sind zwischen den Klemmen 50 bzw. 51 und der untersten Zwischenverbindung oder Kathode 42 und der obersten Zwischenverbindung oder Anode 40, wie beispielsweise durch die Kontakte 54 bzw. 55. Auf diese Weise kann-die Gesamtbrennstoff Zellenspannung an den Außenklemmen 50 und 51 in der Größenordnung zwischen zwanzig und vierhundert Volt, abhängig von der Konstruktion, liegen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des hier offenbarten Brennstoffzellenkerns 11 werden die Kernwände gebildet nur durch die aktiven Anoden-, Kathoden-, Elektroden- und Zwischenverbindungsmaterialien und es wird kein ί nichtaktives Material ansonsten für die Halterung oder Stützung verwendet. Jede aktive Materialschicht ist,wenn sie benachbart zueinander angeordnet ist und die Brennstoff- ' und Oxidationsmitteldurchlässe 13 und 14 definiert, recht
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kurz oder mit geringer Spannweite, um so vorzusehen, daß < die Durchlässe selbst einen kleinen Querschnitt (möglicherweise nur mehrere Quadratmillimeter) besitzen. Die Durchlässe 13 und 14 sind mit rechteckiger Form dargestellt, aber dikse Form kann verändert werden, und zwar kann die Form beispielsweise kreisförmig, hexagonal, dreieckförmig oder via-Ie andere Formen besitzen. Somit hat das Anodenmaterial 40 eine dünne Schicht 60 zwischen den Brennstoffdurchlassen 13 und der entsprechenden Schicht des Elektrolyten 44 und der Zwischenverbindung 47; dahingegen hat die Kathode 42 eine dünne Schicht oder Lage 62 zwischen den Oxid itionsmitteldurchlässen 14 und der entsprechenden Schicht aus Elektrolyt 44 und Zwischenverbindung 47. Die Stege oder Wä:ide 70 der Anode 40 oder die Stege oder Wände 72 der Kathode 42, deren jedes sich zwischen den Anodenschichten 60 oder Kathodenschichten 62 kreuzen, bestehen allein aus dem entsprechenden Anodenoder Kathodenmaterial und liegen in der Tat in der direkten Strömung des entsprechenden Oxidationsmittels oder Brennstoffs. Diese Wände 70 oder 72 dienen zur Führung des erzeugten elektrischen Stromes über die Spanne zwischen den Elektrolytlagen 60 und 62, die die Elektrolytwände 45 und die Zwischenverbindungswände 4 8 bilden. Diese Wände 70 und 72 verbinden auch strukturell die dünnen Elektrodenschichten 60 und 62 ,der benachbarten Elektrolytwände 45 und der Zwischenverbindun^swände 48, um den Kern gegenüber Drücken und mechanischen Belastungen zu stützen, dem der Kern ausgesetzt sein wird.
Sämtliche aktiven Kernmaterialien (die Anoden-, Kathoden-ij Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Materialien) sind integral miteinander verbunden oder verschmolzen, um den Kern 11 in einer monolithischen Konstruktion vorzusehen. Der Kern 11 wird jedoch tatsächlich aus gesonderten Materialien in einer sequentiellen Art und Weise gebildet, wobei diese Art und Weise die Form mehrerer Lösungsmöglichkeiten annehmen kann. Demgemäß könnten die gesonderten Anordnungen aus Anoden- und Kathodendurchlässen in einer nachgiebigen oder Rohform extru-
diert werden, wohingegen die dünneren Schichten aus Elektrolyt 44 und Zwischenverbindung 47 bandgegossen sein könne i. Die Materialien können sodann aufeinander gestapelt werden, und zwar wiederum während die Materialien sich noch in einem rohen oder nachgiebigen (biegsamen) Zustand befinden, und zwar erfolgt die Stapelung an e-iner entsprechenden Stelle und mit entsprechenden Orientierung en derart, daß benachbarte Anoden- und Kathoden-Durchlaßanordnungen entweder die Elektrolyt- oder die Zwischenverbindungs-Schicht oder -Lage sandwichartig einschließen würden. Schließlich würde die gestapelte Kernkonfiguration gesintert oder in anderer Weise gebrannt oder wärmegehärtet, und zwar in einem Ofen ο.dgl. (nicht gezeigt), und zwar bei Temperaturen von annähernd 1500-18000C für Zeitdauern, die 1-2 Stunden übersteigen und sogar 20-40 Stunden sich nähern können, wodurch sich eine selbsttragende dimensionsmäßig stabile Konstruktion ergibt.
Man erkennt, daß im beschriebenen Kern 11 die Brennstoff- und Oxidationsmittel-Durchlässe 13 und 14 in einem kreuzweisen Muster ausgelegt sind, so daß die Brennstoff- und Oxidationsmittelströmung quer zueinander erfolgt. Diese Kreuzströmungsanordnung gestattet die direkte und effiziente Sammelleitungsanschließung der entgegengesetzt liegenden Enden der Strömungsdurchlässe und die Sammelleitungen 18 und 20 usw. können über nahezu die gesamten entgegengesetzten Seitenflächen des Kerns erstreckt werden. Die Brennstoff- und Oxidationsmittel-Gase würden zum Kern mit den erforderlichen Reinheiten und Strömungsgeschwindigkeiten fließen und der verbleibende nichtverbrauchte Brennstoff und die Reaktionsprodukte und Oxidationsmittel würden typischerweise entweder in der Auslaßsammelleitung oder in einer speziellen Verbrennung (nicht gezeigt) verbrannt werden, wo sämtliche verfügbaren Energien des Brennstoffs vollständig ausgenutzt und/oder verbrannt werden können. Im allgemeinen ist die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und Auslaß des Brennstoffs, wie beispielsweise zwischen Brennstoff-
und Sammelleitungen 20 und 18 recht niedrig und die Geschwindigkeit der Gase innerhalb oder durch die Durchlässe 13 und ist in gleicher Weise niedrig.
Die Anode und Kathode in den Elektrolytwänden 4 5 sind porös in einem Ausmaß, wie es erforderlich ist, um zu gestatten, daß die Brennstoff- und Oxidationsmittel-Gase umschlossen von den entgegengesetzt liegenden Seiten davon sich elektrochemisch vereinigen, wohingegen der Elektrolyt 44 und die Zwischenverbindung 47 undurchdringlich sind und dazu dienen, die Brennstoff- und Oxidationsmittelgase körperlich voneinander zu trennen. In gleicher Weise sind die Elektrolytwände 45 elektronisch nichtleitend,wie zwischen der Kathode und Anode,ausgebildet auf entgegengesetzt liegenden Seiten des Elektrolyten, aber der Elektrolyt sieht keine ionische Leitfähigkeit zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel vor; darüber hinaus sind sowohl Kathode wie auch Anode elektrisch leitend. Andererseits verbinden die Zwischenverbindungswände elektronisch die Anode und Kathode der Zellen auf entgegengesetzten Seiten der Wand in Serie miteinander, während der Transfer von Sauerstoffionen blockiert ist.
Der Elektrolyt 44 (vgl. Fig. 3) kann bei 64 heruntergefaltet sein (oder nach oben gefaltet sein, was nicht gezeigt ist), um die Endstirnfläche des Anoden- oder Kathodenmaterials zu umschließen, welches ansonsten direkt gegenüber Luft und Brennstoff in der Sammelleitung freiliegen würde. Dies würde erfolgen, während sich das Material noch im Rohzustand befindet und wäre erforderlich, um die Brennstoff- und Oxidationsmittel-Gase auf entgegengesetzten Seiten der porösen Elektrodenmaterialien (ohne das Elektrolyt- oder äquivalente Material) zu trennen, damit diese Gase einander nicht erreichen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnte eine Leistungszelle gemäß dieser Erfindung bis zu 10 000 - 15
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gesonderte Kerndurchlässe aufweisen, wöbe:, jeder Durchlaß einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt von möglicherweise nur mehreren Quadratmillimetern besitzt. Die Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Schichten könnten im Bereich zwischen 0,002 und 0,01 cm Dicke liegen und zwar vorzugsweise zwischen I 0,002 und 0,005 cm Dicke; die Anoden- und Kathoden-Schichten '\ können jeweils im Bereich zwischen 0,002 und 0,05 cm Dicke < \ liegen, und zwar vorzugsweise zwischen 0,005 und 0,02 dm , Dicke. Die Länge der Stegwände 70, 72 zwischen den EleRtrodenschichten könnte zwischen 0,002 bis 0,2 cm liegen, wohinge- \ gen der Abstand zwischen solchen Stegwänden ähnliche Atistände aufweisen könnte. Jede Stegwand könnte in der Größenordnung von 0,002 bis 0,1 cm Dicke aufweisen. Die monolithische Kernkonstruktion liefert selbst bei diesen Wandstärken einfl hinreichende strukturelle Integrität und dimensionsmäßige Stabilität. Die Leistungsdichte würde erhöht werden, weil keine aktive Tragstruktur in der Zelle Verwendung findet.
Die Anoden-, Kathoden-, Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Materialien für die Schichten würden so eng als möglich aneinander angepaßt werden, und zwar bezüglich jedes thermischen Ausdehnungskoeffizienten, um so die Trennungsprobleme zu minimieren, die infolge von unterschiedlicher thermischer Ausdehnung auftreten könnten. Die Tatsache, daß die Materialschichten außerordentlich dünn sind, wird dieses Problem tendenziell reduzieren.
Eine typische Kathode würde typischerweise aus Lanthanmanganit (LaMnO3) bestehen; der Elektrolyt würde Yttriumoxidstabilisiertes Zirkonoxid (ZrO2 +Y2O3) aufweisen und die Anode wäre ein Kobalt-Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxidcermet oder eine Mischung (Co+Zr02+Y203). Die Zwischenverbindüng könnte beispielsweise Lanthanchromit (LaCrO3) aufweisen, wobei das Lanthanmanganit (LaMnO3) und das Lanthanchromit (LaCrO3) in geeigneter Weise dotiert wären, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
Obwohl oben die Struktur als eine Brennstoffzelle offenbart wurde, so ist es doch auch möglich, eine Elektrolysezelle mit den gesonderten Sammelleitungsmitteln an beiden Enden der Strömungsdurchlässe zu betreiben. Demgemäß könnte Dampf an einem Ende der Brennstoffdurchlässe und Luft am entsprechenden Ende der Oxidationsmitteldurchlässe eingelassen werden, und zwar in Anwesenheit eines elektrischen Potentials, welches in die Vorrichtung über die externen Klemmen eingegeben wird; die Elektrolyse kann dann Platz greifen und Wasserstoffgas und Dampf am Auslaßende der Brennstoffdurchlässe und Sauerstoff angereicherte Luft am Auslaßende der Oxidationsdurchlässe vorzusehen.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Die Erfindung offenbart eine monolithische Kernkonstruktion mit Strömungsdurchlässen für Brennstoff- und für Oxidationsmittel-Gase, wobei sich die Durchlässe quer zueinander erstrecken, und wobei ein voller Stirnflächenkern-Sammelleitungsanschluß für diese Gase und deren Reaktionsprodukte vorgesehen werden kann. Die Kernkonstruktion sieht vor, daß nur Anodenmaterial jeden Brennstoffdurchlaß umgibt, und daß nur Kathodenmaterial jeden Oxidationsmitteldurchlaß umgibt, wobei jede Anode und jede Kathode ferner sandwichartig an mit Abstand angeordneten entgegengesetzt liegenden Seiten Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Materialien umgibt, um Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Wände zu definieren. Stege aus Kathoden- und Anoden-Material halten Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Wände mit Abstand voneinander, um Strömungsdurchlässe zu definieren. Die zusammengesetzten Anoden- und Kathoden-Wandstrukturen sind ferner abwechselnd aufeinandergestapelt (wöbe- das trennende Elektrolyt- oder Zwischenverbindungs-Material typischerweise eine einzige gemeinsame Schicht bildet), wodurch die Brennstoffdurchlässe und die Oxidationsmitteldurchlässe quer zueinander angeordnet sind.

Claims (11)

t · t · tr·)1 »■#·· * · t 343750) Ansprüche
1. Brennstoffzelle (10) zur elektrochemischen Kombination von Brennstoff und Oxidationsmittel zur !Urzeugung einer galvanischen Ausgangsgröße, gekennze :. c h η e t durch die Kombination eines Kerns (11) mit einer Anordnung aus Elektrolyt (45)- und Zwischenverbindungs (48)-Wänden, wobei jede Elektrolyt-Wand (44) aus dünnen Schichten aus Kathoden (62)-bzw. Anoden (60)-Materialien besteht, und zwar unter sandwichartiger Einschließung einer dünnen Schicht aus Elektrolyt (44)-Material dazwischen, wobei jede Zwischenverbindungs-Wand (48) aus dünnen Schichten von Kathoden (62)- bzw. Anoden (60)-Materialien besteht, die eine dünne Schicht aus Zwischenverbindungsmaterial (47) dazwischen sandwichartig umschließen, wobei die Elektrolytwände (45) und die Zwischenverbindungswände (48) mit Abstand voneinander und abwechselnd angeordnet sind, wobei die entsprechenden Kathoden (62)- und Anoden (60)-Schichten auf jeder benachbart zueinander angeordnet sind, wobei mit Abstand angeordnete Stege (72, 70) der Kathoden- und Anoden-Materialien sich quer zu und zwischen den Schichten des entsprechenden Materials jedes benachbarten Paars von Elektrolyt (45)- und Zwischenverbindungs (48)-Wänden erstreckt, um eine Vielzahl von Kerndurchlässen (13, 14) dazwischen zu definieren, wobei die Innenstirnflächen der Durchlässe gebildet sind entweder nur aus dem Anoden-Material oder nur aus dem Kathoden-Material, wobei jeder Kerndurchlaß (13) mit dem Anoden-Material (60) auf den Innenstirnflächen desselben für den Brennstoff dient, während jeder Kerndurchlaß (14) mit dem Kathodenmaterial (62) auf den Innenstirnflächen für das Oxidationsmittel dient, und wobei schließlich Sammelleitungen (beispielsweise 20 und 18) vorgesehen sind, um den Brennstoff und das Oxidationsmittel zur Strömung durch die entsprechenden Anoden- und Kathoden-Kanäle zu leiten, und wobei ferner elektrische Klemmen (50
und 51) zur Verbindung der galvanischen Ausgangsgröße mit einer externen Gebrauchsschaltung dienen.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrolyt-Wand und jeds Zwischenverbindungs-Wanfl im · ganzen planar ist, und wobei die Wände im wesentliche! parallel zueinander angeordnet sind.
3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe für den Brennstoff jeweils im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und wobei die Durchlässe für das Oxidationsmittel jeweils im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und wobei schließlich die Durchlässe für den Brennstoff und für das Oxidationsmittel quer zueinander angeordnet sind.
4. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen definiert sind zwischen benachbarten Brennstoff- und Oxidationsmittel-Durchlässen, angeordnet auf entgegengesetzten Seiten irgendeiner Elektrolyt-Wand, die betätigbar ist, um elektrisches Potential in Parallelverbindungen miteinander zu erzeugen, und wobei die Anoden- ■ und Kathoden-Materialien, die die benachbarten Brennstoff- und Oxidationsmittel-Durchlässe, angeordnet auf entgegengesetzten Seiten jeder Zwischenverbindungs-Wand definieren, in Serienschaltungen miteinander vorliegen, um die erzeugten elektrischen Potentiale der Zellen zu akkumulieren.
5. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht aus Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Materialien in der Größenordnung von 0,00! bis 0,01 cm dick ist. i
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6. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ; zeichnet, daß jede Schicht der Kathoden- und Anoden-Materialien in der Größenordnung von 0,002 bis 0,05 cm dick ist.
7. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden .· Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege der Anoden- und Kathoden-Materialien in der Größenordnung von 0,002 bis 0,1 cm dick sind. '■ '■
8. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehende! :■ Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege der Anoden- und Kathoden-Materialien zwischen die Elektrolyt- und Zwischenverbindungs-Wände mit ; Abständen in der Größenordnung von 0,002 bis 0,2 cm erstreckt sind.
9. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Stegwänden in der Größenordnung von 0,002 bis 0,2 cm liegt.
10. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Leitung des Brennstoffs- und des Oxidationsmittels zur Strömung durch die entsprechenden Durchlässe gesonderte Sammelleitungsstrukturen aufweisen, ; deren jede über die volle Stirnfläche des Kerns sich erstreckt, wo die offenen Enden der Durchlässe angeordnet sind, und wobei die gesonderten Sammelleitungsstrukturen für den Brennstoff und für das Oxidationsmittel entgegengesetzt zueinander bezüglich des Kerns angeordnet sind.
11. Zelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
zeichnet, daß die Kathode !Janthanmanganit (LaMnO3) : st, daß die Anode Kobalt-Yttritunoxid-stabilisiertes Zir! oniumoxidcermet oder eine Mischung daraus (Co+Zr02+Y203) ist, daß der Elektrolyt Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid (Zr02+Y203) ist und daß die Zwischenverbindung Lanthanchromit (LaCrO3) ist, wobei das Jt.nthanmanganit und das Lanthanchromit in geeigneter Weise dotiert sind, um elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
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