DE4033708A1 - Conductive part for interconnection of high temp. fuel cells - comprises sheet metal folded to form sepg. wall and contact area for fuel electrode of one cell and oxygen-electrode of another cell - Google Patents
Conductive part for interconnection of high temp. fuel cells - comprises sheet metal folded to form sepg. wall and contact area for fuel electrode of one cell and oxygen-electrode of another cellInfo
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Abstract
Description
Hochtemperatur-Brennstoffzellen zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Die elektrochemische Energieumwandlung und die hierzu benötigten Vorrichtungen gewinnen dank ihres guten Wirkungsgrades gegenüber anderen Umwandlungsarten an Bedeutung.High temperature fuel cells for converting chemical Energy in electrical energy. The electrochemical Energy conversion and the devices required for this win thanks to their good efficiency compared to others Types of conversions in importance.
Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung der elektrochemischen Hochtemperatur-Zellen unter Verwendung von keramischen Feststoffelektrolyten als Ionenleiter, wobei die Zellen weitgehend unabhängig vom verwendeten Brennstoff sein sollen und eine raumsparende Anordnung gewähren sollen.The invention relates to the further development of using high temperature electrochemical cells of ceramic solid electrolytes as ion conductors, whereby the cells are largely independent of the fuel used should be and provide a space-saving arrangement should.
Im engeren Sinne betrifft die Erfindung ein Bauelement zur Stromübertragung zwischen benachbarten flachen, ebenen, stapelförmig angeordneten Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Feststoffelektrolyt auf der Basis von stabilisiertem Zirkonoxyd, wobei jeweils die Sauerstoffelektrode der einen Brennstoffzelle mit der Brennstoffelektrode der nächstfolgenden Brennstoffzelle elektrisch verbunden und der zwischen den Elektroden liegenden Zwischenraum durch eine gasdichte, elektrisch leitende trennende Wand in zwei, die unterschiedlichen gasförmigen Medien Brennstoff (CH₄) und Sauerstoffträger (O₂) führenden Räume unterteilt ist.In the narrower sense, the invention relates to a component for Power transmission between neighboring flat, flat, stacked high-temperature fuel cells with solid electrolyte based on stabilized Zirconium oxide, with the oxygen electrode in each case Fuel cell with the fuel electrode of the next one Fuel cell electrically connected and the between the gap between the electrodes through a gas-tight, electrically conductive separating wall in two, the different gaseous media fuel (CH₄) and Oxygen carrier (O₂) leading rooms is divided.
Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit keramischem Feststoffelektrolyten sind aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt. Die eigentlichen Elemente für derartige Zellen können die verschiedensten Formen und Abmessungen aufweisen. Um die ohmschen Spannungsverluste klein zu halten, wird allenthalben versucht, die Dicke der Elektrolytschicht möglichst niedrig zu halten. Form und Abmessung der Elemente richten sich zudem nach der Forderung der Möglichkeit der elektrischen Serieschaltung einer Vielzahl von Zellen, um auf die nötige Klemmenspannung zu kommen und die Ströme vergleichsweise niedrig zu halten.High-temperature fuel cells with ceramic solid electrolytes are known from numerous publications. The actual elements for such cells can have a wide variety of shapes and dimensions. In order to keep the ohmic voltage losses small, everywhere tried the thickness of the electrolyte layer as possible to keep low. Shape and dimension of the elements are also based on the requirement of the possibility of electrical series connection of a variety of cells to to come to the necessary terminal voltage and the currents to keep comparatively low.
Im Falle einer stapelförmigen Anordnung einer Vielzahl von plattenförmigen ebenen Brennstoffzellen ähnlich dem Filterpresse- Prinzip muß der Strom senkrecht zur Plattenebene von der Sauerstoffelektrode der einen Zelle zur Brennstoffelektrode der nächstfolgenden Zelle geleitet werden. Als wesentliche Bauelemente sind für diese Funktion elektrische Verbindungsglieder zu den Elektroden (Stromkollektoren) und Trennplatten (Bipolarplatten) erforderlich.In the case of a stacked arrangement of a plurality of plate-shaped flat fuel cells similar to the filter press In principle, the current must be perpendicular to the plate level from the oxygen electrode of one cell to the fuel electrode the next succeeding cell. As essential components for this function are electrical Links to the electrodes (current collectors) and Separation plates (bipolar plates) required.
Die bisher bekannten Bauelemente befriedigen vielfach bezüglich der verwendeten Werkstoffe, der Konstruktion und Fabrikation sowie dem Langzeitverhalten den modernen Anforderungen nicht. The previously known components are satisfactory in many respects the materials used, the construction and Manufacturing as well as the long-term behavior of the modern requirements Not.
Die bekannten, für Brennstoffzellen verwendeten Grundelemente zeichnen sich meistens durch eine vergleichsweise komplizierte Geometrie aus, die den Bau von kompakten, raumsparenden Anlagen erschwert. Insbesondere fehlt eine für eine optimale Serienschaltung der Einzelzellen brauchbare Konfiguration, die sich mit einfachen Fabrikationsmitteln realisieren läßt.The known basic elements used for fuel cells are usually characterized by a comparative complicated geometry that required the construction of compact, space-saving systems difficult. In particular, one is missing usable for an optimal series connection of the single cells Configuration that can be done with simple manufacturing tools can be realized.
Es besteht daher ein großes Bedürfnis nach Weiterentwicklung, Vereinfachung und Rationalisierung des Aufbaus und der Herstellung von stromführenden Grund-Bauelementen und deren optimale konstruktive und fabrikationsgerechte Gestaltung.There is therefore a great need for further development, Simplification and rationalization of construction and the production of current-carrying basic components and their optimal design and production-oriented design.
Zum Stand der Technik werden die nachfolgenden Druckschriften genannt:The following publications become state of the art called:
- - O. Antonsen, W. Baukal und W. Fischer, "Hochtemperatur- Brennstoffbatterie mit keramischem Elektrolyten", Brown Boveri Mitteilungen Januar/Februar 1966, Seiten 21-30,- O. Antonsen, W. Baukal and W. Fischer, "High temperature Fuel battery with ceramic electrolyte ", Brown Boveri Announcements January / February 1966, pages 21-30,
- - US-A-46 92 274- US-A-46 92 274
- - US-A-43 95 468- US-A-43 95 468
- - W. J. Dollard und W. G. Parker, "An overview of the Westinghouse Electric Corporation solid oxide Fuel cell program", Extended Abstracts, Fuel Cell Technology and Applications, International Seminar, Den Haag, Niederlande, 26. bis 29. Oktober 1987,- W. J. Dollard and W. G. Parker, "An overview of the Westinghouse Electric Corporation solid oxide fuel cell program ", Extended Abstracts, Fuel Cell Technology and Applications, International Seminar, Den Haag, Netherlands, October 26-29, 1987,
- - F. J. Rohr, High-Temperature Fuel Cells, Solid Electrolytes, 1978 by Academic Press, Inc. Seite 431 ff.- F. J. Rohr, High-Temperature Fuel Cells, Solid Electrolytes, 1978 by Academic Press, Inc. page 431 ff.
- - D. C. Fee et al., Monolithic Fuel Cell Development, Argonne National Laboratory, Paper presented at the 1986 Fuel Cell Seminar, Oct. 26-29, 1986 Tucson, AZ, U. S. Department of Energy.- D.C. Fee et al., Monolithic Fuel Cell Development, Argonne National Laboratory, Paper presented at the 1986 Fuel Cell Seminar, Oct. 26-29, 1986 Tucson, AZ, U.S. Department of Energy.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement zur Stromübertragung zwischen benachbarten ebenen, stapelförmig angeordneten Hochtemperatur-Brennstoffzellen anzugeben, welches einen guten elektrischen Kontakt zu den Elektroden der Brennstoffzellen bei Temperaturen bis zu 1000°C gewährleistet und seinerseits eine hohe metallische elektrische Leitfähigkeit besitzt und sowohl in reduzierender, neutraler wie in oxydierender Atmosphäre eingesetzt werden kann und außerdem eine hinreichende Langzeitstabilität aufweist. Das Bauelement soll kostengünstig, reproduzierbar und auswechselbar hergestellt werden können.The invention has for its object a component for power transmission between neighboring levels, stacked high-temperature fuel cells indicate which has good electrical contact to the Electrodes of the fuel cells at temperatures up to Guaranteed 1000 ° C and in turn a high metallic has electrical conductivity and both in reducing, neutral as in an oxidizing atmosphere can be used and also a sufficient Has long-term stability. The component should be inexpensive, reproducibly and interchangeably manufactured can be.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das eingangs erwähnte Bauelement aus einem einzigen, mehrfach gefalteten monolithischen Blechteil besteht, das derart geformt ist, daß ein mittlerer Teil die trennende Wand und die beiden äußeren Teile die senkrecht zur Plattenebene der Brennstoffzelle vollelastischen Stromkollektoren bilden, welche eine Vielzahl von die elektrisch leitenden Berührungspunkte zu den benachbarten Elektroden gewährleistenden Erhebungen in Form von Wellen, Falten oder Noppen aufweisen.This object is achieved in that the aforementioned Component from a single, multiple folded consists of a monolithic sheet metal part which is shaped in such a way that a middle part separates the wall and the two outer parts perpendicular to the plate plane of the fuel cell form fully elastic current collectors, which a variety of the electrically conductive points of contact to the neighboring electrodes in the form of waves, folds or nubs.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.The invention is illustrated by the following figures described exemplary embodiments.
Dabei zeigtIt shows
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus von benachbarten Brennstoffzellen und einem dazwischenliegenden Bauelement zur Stromübertragung, Fig. 1 is a schematic perspective view of the basic construction of adjacent fuel cells and an intermediate device for power transmission,
Fig. 2 einen Grundriß eines Blechelements entsprechend einem abgewickelten Bauelement vor der Formgebung, Fig. 2 is a plan view of a sheet member according to an unwound component prior to shaping,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stomübertragung mit rechteckigem Grundriß, Fig. 3 is a perspective view of a device for Stomübertragung with a rectangular ground plan,
Fig. 4 einen Grundriß eines Blechelements mit rechteckigen Lappen vor der Formgebung, Fig. 4 is a plan view of a plate member having rectangular cloth prior to shaping,
Fig. 5 einen Grundriß aneinanderstoßender Blechelemente (rechteckige Lappen) mit geringem Abfall beim Blechschnitt, Fig. 5 is a plan view of abutting sheet metal elements (rectangular cloth) with little waste in the sheet metal section,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren mit dreieckigem Grundriß, Fig. 6 is a perspective view of a device for power transmission with the current collectors with a triangular ground plan,
Fig. 7 einen Grundriß eines Blechelements mit dreieckigen Lappen vor der Formgebung, Fig. 7 is a plan view of a plate member with triangular flaps prior to shaping,
Fig. 8 einen Grundriß aneinanderstoßender Blechelemente (dreieckige Lappen) mit geringem Abfall beim Blechschnitt, Fig. 8 is a plan view of abutting sheet metal elements (triangular lobes) with little waste in the sheet metal section,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren mit kammartig ineinandergreifenden rechteckigen federnden Lamellen, Fig. 9 is a perspective view of a device for power transmission with the current collectors with a comb-like interlocking rectangular resilient lamellae,
Fig. 10 einen Grundriß eines Blechelements mit rechteckigen Lamellen vor der Formgebung, Fig. 10 is a plan view of a plate member having rectangular lamellae before molding,
Fig. 11 einen Grundriß aneinanderstoßender Blechelemente (rechteckige Lamellen) mit geringem Abfall beim Blechschnitt, Fig. 11 is a plan view of abutting sheet metal elements (rectangular fins) with little waste in the sheet metal section,
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren mit kammartig ineinandergreifenden dreieckigen federnden Lamellen, Fig. 12 is a perspective view of a device for power transmission with the current collectors with a comb-like interlocking triangular resilient lamellae,
Fig. 13 einen Grundriß eines Blechelements mit dreieckigen Lamellen vor der Formgebung, Fig. 13 is a plan view of a plate member with triangular lamellae before molding,
Fig. 14 einen Aufriß/Schnitt eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren als gewellte, stumpf aneinanderstoßende rechteckige federnde Lamellen. Fig. 14 is an elevation / section of a component for power transmission with current collectors as corrugated, butt-jointed rectangular resilient slats.
Fig. 1 bezieht sich auf eine schematische perspektivische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus von zwei benachbarten Brennstoffzellen und einem dazwischenliegenden Bauelement zur Stromübertragung. Die eigentliche Brennstoffzelle besteht aus dem keramischen Feststoffelektrolyten 1 aus dotiertem, stabilisiertem ZrO₂, der porösen (positiven) Sauerstoffelektrode 2 aus dotiertem La/Mn-Perowskit und der ebenfalls porösen (negativen) Brennstoffelektrode 3 aus Ni/ZrO₂-Cermet. Dazwischen befindet sich ein monolithisches Bauelement 4 zur Stromübertragung zwischen benachbarten Brennstoffzellen. 5 ist der als trennende Wand (Trennplatte) wirkende Teil des monolithischen Bauelements. 6 stellt den auf der Brennstoffseite als Stromkollektor wirkende Teil des monolithischen Bauelements dar. 7 ist der als Stromkollektor auf der Sauerstoffseite wirkende Teil des monolithischen Bauelements. Mit 9 ist die Faltzone des Elements angedeutet. Fig. 1 relates to a schematic perspective view of the basic structure of two adjacent fuel cells and an intermediate component for power transmission. The actual fuel cell consists of the ceramic solid electrolyte 1 made of doped, stabilized ZrO₂, the porous (positive) oxygen electrode 2 made of doped La / Mn perovskite and the also porous (negative) fuel electrode 3 made of Ni / ZrO₂ cermet. In between is a monolithic component 4 for power transmission between adjacent fuel cells. 5 is the part of the monolithic component which acts as a separating wall (separating plate). 6 represents the part of the monolithic component which acts as a current collector on the fuel side. FIG. 7 is the part of the monolithic component which acts as a current collector on the oxygen side. The fold zone of the element is indicated by 9 .
Das Symbol CH₄ steht allgemein für den vom gasförmigen Brennstoff durchfluteten, das Symbol O₂ für den vom gasförmigen Sauerstoffträger (Luft) durchfluteten Raum der Brennstoffzelle. Im vorliegenden Fall sind die Ströme der gasförmigen Medien parallel gerichtet: Gleichstromprinzip für CH₄ und O₂!The symbol CH₄ generally stands for that of the gaseous Flooded with fuel, the symbol O₂ for the gaseous Oxygen carrier (air) flooded space of the fuel cell. In the present case, the currents are the gaseous media directed in parallel: direct current principle for CH₄ and O₂!
In Fig. 2 ist ein Grundriß eines Blechelements entsprechend einem abgewickelten Bauelement vor der Formgebung grundsätzlich dargestellt. 8 ist das abgewickelte rechteckige Bauelement: Grundriß des entsprechenden Blechelements. 5 ist der als Trennplatte wirkende mittlere Teil des Elements, an den die nach der Formgebung als Stromkollektoren wirkenden Teile beidseitig anschließen. Mit 9 sind in Form von gestrichelten Linien die Faltzonen des Elements angedeutet. 10 sind die in der Abwicklung oben liegenden, elektrisch leitenden Berühungspunkte (Kontaktstellen) der - im Vorliegenden nicht gezeichneten - Erhebungen des Elements auf der Sauerstoffseite. 11 sind die entsprechenden Berühungspunkte (Kontaktstellen) der Erhebungen auf der Brennstoffseite.In Fig. 2, a plan view of a sheet metal element corresponding to a developed component is basically shown before shaping. 8 is the developed rectangular component: plan of the corresponding sheet metal element. 5 is the middle part of the element which acts as a separating plate and to which the parts which act as current collectors after shaping are connected on both sides. The fold zones of the element are indicated by 9 in the form of dashed lines. 10 are the electrically conductive contact points (contact points) located at the top of the development of the elevations of the element on the oxygen side (not shown here). 11 are the corresponding contact points (contact points) of the elevations on the fuel side.
Fig. 3 bezieht sich auf eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren mit rechteckigem Grundriß. 4 ist das aus einem einzigen Blechkörper bestehende monolithische Bauelement. Der als Stromkollektor auf der Brennstoffseite wirkende Teil 6 besteht aus zwei in der Mitte der Projektion der Brennstoffzelle stumpf zusammentreffenden rechteckigen Hälften. Das gleiche gilt für den auf der Sauerstoffseite als Stromkollektor wirkenden Teil 7, mit dem Unterschied, daß die Mittellinie der stumpf zusammentreffenden Hälften senkrecht auf derjenigen von Teil 6 steht. Die Faltzonen 9 des Elements bilden somit einen rechten Winkel zueinander. Dadurch werden zwischen dem als Trennplatte 5 wirkenden Teil und dem Teil 6 einerseits und dem Teil 7 andererseits zwei Kanäle für die strömenden gasförmigen Medien geschaffen, die mit ihren Öffnungen senkrecht aufeinander stehen: Kreuzstromprinzip für CH₄ und O₂! Fig. 3 relates to a perspective view of a component for power transmission with current collectors with a rectangular plan. 4 is the monolithic component consisting of a single sheet metal body. The part 6 , which acts as a current collector on the fuel side, consists of two rectangular halves meeting bluntly in the middle of the projection of the fuel cell. The same applies to part 7 , which acts as a current collector on the oxygen side, with the difference that the center line of the butt-meeting halves is perpendicular to that of part 6 . The fold zones 9 of the element thus form a right angle to one another. As a result, two channels for the flowing gaseous media are created between the part acting as the separating plate 5 and the part 6 on the one hand and the part 7 on the other hand, with their openings perpendicular to one another: cross-flow principle for CH₄ and O₂!
In Fig. 4 ist ein Grundriß eines Blechelements mit rechteckigem Lappen vor der Formgebung dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechend genau denjenigen von Fig. 2. Statt lediglich 2 sind hier jedoch 4 Lappen für den als Stromkollektoren wirkenden Teil vorhanden. Entsprechend ergeben sich dadurch insgesamt 4 Faltzonen 9 des Elements. Um den für die mit größtmöglichem Krümmungsradius auszuführende Faltung sowie für die Profilierung (Wellen, Erhebungen etc.) der Stromkollektoren - in der Figur nicht dargestellt - notwendigen Materialaufwand zu berücksichtigen, ist die Fläche des Stromkollektoranteils am Blechelement größer als dem doppelten Wert des Trennplattenanteils (Projektion der Brennstoffzellenfläche) entspricht.In FIG. 4 a plan view is shown of a plate member having a rectangular cloth before forming. The reference numerals correspond exactly to those of FIG. 2. Instead of only 2, however, there are 4 tabs for the part acting as current collectors. Accordingly, this results in a total of 4 folding zones 9 of the element. In order to take into account the material expenditure required for the folding with the greatest possible radius of curvature and for the profiling (waves, elevations, etc.) of the current collectors - not shown in the figure - the area of the current collector portion of the sheet metal element is greater than twice the value of the partition plate portion (projection corresponds to the fuel cell area).
Fig. 5 stellt einen Grundriß von aneinanderstoßenden Blechelementen mit rechteckigen Lappen dar. Daraus geht hervor, daß bei geschicktem Aneinanderreihen der abgewickelten Bauelemente 8 mit nur geringem Abfall beim Blechschnitt gerechnet werden kann. Fig. 5 shows a plan of abutting sheet metal elements with rectangular lobes. From this it can be seen that with skilful stringing together of the unwound components 8 , only a small drop in sheet metal cutting can be expected.
Fig. 6 gibt eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren mit dreieckigem Grundriß wieder. 4 ist das aus einem einzigen Blechkörper bestehende monolithische Bauelement. Der als Stromkollektor auf der Brennstoffseite wirkende Teil 6 besteht aus zwei dreieckigen, in der Diagonalen der Projektion der Brennstoffzelle stumpf zusammentreffenden Hälften. Fig. 6 shows a perspective view of a component for power transmission with current collectors with a triangular plan again. 4 is the monolithic component consisting of a single sheet metal body. Part 6 , which acts as a current collector on the fuel side, consists of two triangular halves that meet bluntly in the diagonal of the projection of the fuel cell.
In gleicher Weise ist der auf der Sauerstoffseite als Stromkollektor wirkende Teil 7 ausgebildet. Im vorliegenden Fall liegen die Stoßfugen der stumpf zusammentreffenden Hälften auf parallelen Flächendiagonalen. Selbstverständlich können sie auch auf sich kreuzenden Diagonalen liegen. Für die möglichst abfallfreie Blechverwertung ist jedoch die erste Variante besser (siehe Fig. 7!). Im übrigen entsprechen die Bezugszeichen genau denjenigen der Fig. 3. Das gilt auch für den grundsätzlichen Aufbau des Elements: Kreuzstromprinzip für CH₄ und O₂!In the same way, the part 7 acting on the oxygen side as a current collector is formed. In the present case, the butt joints of the butt-meeting halves lie on parallel surface diagonals. Of course, they can also lie on intersecting diagonals. For the most waste-free sheet metal recycling, however, the first variant is better (see Fig. 7!). Otherwise, the reference numerals correspond exactly to those of Fig. 3. This also applies to the basic structure of the element: cross-flow principle for CH₄ and O₂!
In Fig. 7 ist ein Grundriß eines Blechelements mit dreieckigen Lappen vor der Formgebung dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen genau denjenigen von Fig. 4. Für den als Stromkollektoren wirkenden Teil sind 4 dreieckige Lappen vorhanden. Die 4 Faltzonen 9 des Elements schließen im vorliegenden Fall ein Quadrat ein. Wegen des unter Fig. 4 bereits beschriebenen Materialaufwandes sind die Lappen länger als den Abmessungen des Trennplattenanteils entspricht.In Fig. 7 is a plan view of a sheet metal element with triangular lobes before shaping. The reference numerals correspond exactly to those in FIG. 4. There are 4 triangular tabs for the part which acts as current collectors. The 4 folding zones 9 of the element enclose a square in the present case. Because of the material expenditure already described under FIG. 4, the tabs are longer than the dimensions of the partition plate portion.
Fig. 8 stellt einen Grundriß aneinanderstoßender Blechelemente mit dreieckigen Lappen dar. Das optimale Aneinanderreihen der abgewickelten Bauelemente 8 führt zu geringem Abfall beim Blechschnitt. Fig. 8 shows a plan of abutting sheet metal elements with triangular lobes. The optimal lining up of the unwound components 8 leads to little waste in sheet metal cutting.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren mit kammartig ineinandergreifenden rechteckigen Lamellen. 4 stellt wieder das aus einem einzigen Blechkörper bestehende monolithische Bauelement dar. Der als Stromkollektor auf der Brennstoffseite wirkende Teil 6 besteht aus einer Vielzahl von federnden rechteckigen Lamellen 12, die von zwei gegenüberliegenden Seiten unter Wahrung von seitlichem Spiel ineinandergreifen. In der Regel sind diese Lamellen als wellenförmige Zungen ausgebildet (nicht gezeichnet in Fig. 9). Der auf der Sauerstoffseite als Stromkollektor wirkende Teil 7 ist in gleicher Weise in der Form von federnden rechteckigen Lamellen 13 ausgebildet. Im weiteren entsprechen die Bezugszeichen genau denjenigen der Fig. 3. Kreuzstromprinzip für CH₄ und O₂! Fig. 9 shows a perspective view of a component for power transmission with current collectors with comb-like interlocking rectangular slats. 4 again shows the monolithic component consisting of a single sheet metal body. The part 6 , acting as a current collector on the fuel side, consists of a large number of resilient rectangular lamellae 12 which engage from two opposite sides while maintaining lateral play. As a rule, these lamellae are designed as wavy tongues (not shown in FIG. 9). The part 7 acting on the oxygen side as a current collector is designed in the same way in the form of resilient rectangular lamellae 13 . Furthermore, the reference numerals correspond exactly to those of Fig. 3. Cross-flow principle for CH₄ and O₂!
In Fig. 10 ist ein Grundriß eines Blechelements mit rechteckigen Lamellen vor der Formgebung dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen im allgemeinen denjenigen von Fig. 4 und Fig. 9. Für den als Stromkollektoren wirkenden Teil sind kammartige rechteckige federnde Lamellen 12 für die Brennstoffseite und ebensolche 13 für die Sauerstoffseite vorhanden. Die Lamellen der einen Seite entsprechen Aussparungen der gegenüberliegenden Seite, wobei letztere breiter gehalten sind, so daß beim Zusammenbiegen ein gewisses seitliches Spiel gewährleistet ist. Für den Materialaufwand gilt das unter Fig. 4 und Fig. 7 Gesagte.In Fig. 10 a plan view is shown of a plate member having rectangular lamellae before molding. The reference numerals generally correspond to those of FIG. 4 and FIG. 9, for acting as a current collector part are comb-like rectangular resilient fins 12 on the fuel side and 13 just such available for the oxygen side. The lamellae on one side correspond to recesses on the opposite side, the latter being kept wider, so that a certain lateral play is ensured when bending together. For the cost of materials is true for FIG. 4 and FIG. 7 is said.
Fig. 11 stellt einen Grundriß aneinanderstoßender Blechelemente mit rechteckigen Lamellen dar. Das Aneinanderreihen der abgewickelten Bauelemente 8 kann so gestaltet werden, daß durch kammartiges Ineinandergreifen beim Blechschnitt ein minimaler Abfall entsteht. Fig. 11 shows a plan of abutting sheet metal elements with rectangular lamellas. The stringing together of the unwound components 8 can be designed so that a minimal waste arises through comb-like interlocking during sheet metal cutting.
Fig. 12 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren mit kammartig ineinandergreifenden dreieckigen federnden Lamellen. 4 ist das aus einem einzigen Blechkörper bestehende monolithische Bauelement. Der als Stromkollektor auf der Brennstoffseite wirkende Teil 6 besteht aus einer Vielzahl von federnden dreieckigen, spitz zulaufenden Lamellen 12, die von zwei gegenüberliegenden Seiten unter Wahrung eines gewissen seitlichen Spiels ineinandergreifen. Die Lamellen sind im vorliegenden Fall als wellenförmige Zungen ausgebildet (nicht gezeichnet in Fig. 12). Der als Stromkollektor wirkende Teil 7 ist in derselben Weise in der Form von federnden dreieckigen Lamellen 13 ausgebildet. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 3. Für die Ströme der gasförmigen Medien CH₄ und O₂ gilt das Kreuzstromprinzip! Fig. 12 shows a perspective view of a component for power transmission with current collectors with comb-like interlocking triangular resilient slats. 4 is the monolithic component consisting of a single sheet metal body. The part 6 , which acts as a current collector on the fuel side, consists of a plurality of resilient triangular, tapering lamellae 12 which engage with one another from two opposite sides while maintaining a certain lateral play. In the present case, the lamellae are designed as wavy tongues (not shown in FIG. 12). The part 7 acting as a current collector is designed in the same way in the form of resilient triangular lamellae 13 . The remaining reference numerals correspond to those of Fig. 3. For the flows of the gaseous media CH₄ and O₂, the cross-flow principle applies!
In Fig. 13 ist ein Grundriß eines Blechelements mit dreieckigen Lamellen vor der Formgebung dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 9. Für den als Stromkollektoren wirkenden Teil sind kammartige, dreieckig spitz zulaufende, federnde Lamellen 12 für die Brennstoffseite und entsprechende Lamellen 13 für die Sauerstoffseite vorhanden. Den Lamellen auf der einen Seite entsprechen dreieckige Aussparungen auf der gegenüberliegenden Seite, wobei ein gewisses seitliches Spiel nach dem Zusammenbiegen berücksichtigt ist. Für die Detailausführung dieser Zungen (Wellen, Noppen, Warzen, Erhebungen) sowie für den Materialaufwand gilt das früher Gesagte.In Fig. 13 is a plan view of a sheet metal element with triangular lamellae before shaping. The reference numerals correspond to those of FIG. 9. For the part acting as current collectors, comb-like, triangularly tapering, resilient slats 12 for the fuel side and corresponding slats 13 for the oxygen side are present. The lamellae on one side correspond to triangular recesses on the opposite side, with a certain amount of lateral play after bending. What was said earlier applies to the detailed design of these tongues (shafts, nubs, warts, elevations) and to the material expenditure.
Fig. 14 bezieht sich auf einen Aufriß/Schnitt eines Bauelements zur Stromübertragung mit Stromkollektoren als gewellte, stumpf aneinanderstoßende rechteckige federnde Lamellen. 5 ist der als trennende Wand (Trennplatte) wirkende Teil des monolithischen Bauelements von der Kante her gesehen. 6 stellt den als Stromkollektor auf der Brennstoffseite wirkende Teil des monolithischen Bauelements in Form von sinusförmig gewellten Lamellen dar. Dabei stützen sich die Scheitel der Wellen einerseits auf der Brennstoffelektrode, andererseits auf dem Trennplattenteil 5 ab. In Fig. 14 ist eine symmetrische Anordnung dargestellt. Die Lamellen können auch asymmetrisch angeordnet und die Wellen von nebeneinander liegenden Lamellen gegeneinander versetzt sein. Mit den Vektoren CH₄ ist die Strömungsrichtung des Brennstoffs senkrecht zur Zeichnungsebene, in diese hinein, angedeutet. 7 stellt den als Stromkollektor auf der Sauerstoffseite wirkende Teil des monolithischen Bauelements in Form von sinusförmig gewellten Lamellen (gestrichelte senkrechte Linien) dar. Die Wellenform ist im Profil um 90° gedreht (Seitenriß) in Form einer strichpunktierten Sinuskurve angedeutet. Der Vektor O₂ für den Sauerstoffträger steht senkrecht auf dem Vektor CH₄: Kreuzstromprinzip! 10 und 11 sind die elektrisch leitenden Berührungspunkte (Kontaktstellen) zu den Elektroden. Fig. 14 relates to an elevation / section of a component for power transmission with current collectors as corrugated, butt-jointed rectangular resilient slats. 5 the part of the monolithic component acting as a separating wall (separating plate) is seen from the edge. 6 shows that part of the monolithic component which acts as a current collector on the fuel side in the form of sinusoidally corrugated fins. The apexes of the waves are supported on the one hand on the fuel electrode and on the other hand on the separating plate part 5 . In Fig. 14, a symmetrical arrangement is shown. The lamellae can also be arranged asymmetrically and the waves of lamellae lying next to one another can be offset from one another. The vectors CH₄ indicate the direction of flow of the fuel perpendicular to the plane of the drawing, into it. 7 shows the part of the monolithic component acting as a current collector on the oxygen side in the form of sinusoidally corrugated lamellae (dashed vertical lines). The waveform is rotated in profile by 90 ° (side elevation) in the form of a dash-dotted sine curve. The vector O₂ for the oxygen carrier is perpendicular to the vector CH₄: cross-flow principle! 10 and 11 are the electrically conductive points of contact (contact points) to the electrodes.
Es wurde ein monolithisches Bauelement 4 zur Stromübertragung aus einem oxyddispersionsgehärteten Edelmetall gefertigt. Die Projektion der Elektrodenfläche war ein Quadrat von 100 mm Seitenlänge. Als Werkstoff wurde eine Alu-Legierung mit Al₂O₃ als Dispersoid gewählt. Die Zusammensetzung war wie folgt:A monolithic component 4 for power transmission was made from an oxide dispersion-hardened noble metal. The projection of the electrode area was a square with a side length of 100 mm. An aluminum alloy with Al₂O₃ as the dispersoid was chosen as the material. The composition was as follows:
Al₂O₃ = 1 Gew.-%
Au = RestAl₂O₃ = 1% by weight
Au = rest
Zunächst wurde eine Au/Al-Legierung erschmolzen, zu einem Barren vergossen und durch Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech mit einer Dicke von 0,4 mm verarbeitet. Aus dem Blech wurde ein Rechteck (Blechelement 8) von 100 mm Breite und 375 mm Länge gestanzt. Die als Stromkollektoren vorgesehenen Teile 6 und 7 (Endlappen) wurden durch Pressen in flache sinusförmige, parallel liegende Wellen von 8 mm Wellenlänge und 1 mm Amplitude gelegt und auf der jeweils auf die Elektrode zu liegenden Seite auf den Wellenscheiteln mit Erhebungen versehen. Letztere waren in Form von Noppen von 0,4 mm Höhe und 1,5 mm Durchmesser mit einem seitlichen Abstand von 6 mm ausgebildet. Auf diese Weise entstand ein orthogonales Muster von Berühungspunkten 10, 11 sowohl auf der Sauerstoffseite wie auf der Brennstoffseite. In der Diagonalen in der Mitte zwischen 4 benachbarten Noppen wurden in die entsprechenden Wellenscheitel (Wellentäler) Löcher von 5 mm Durchmesser für den Durchtritt der gasförmigen Medien gestanzt. Nun wurde das Blechelement 8 auf der Sauerstoffseite um einen Dorn mit dem Krümmungsradius 3 mm um 180° und auf der Brennstoffseite um einen solchen mit dem Krümmungsradius 1 mm in entgegengesetzter Richtung um ebenfalls 180° gefaltet. Das ganze Bauelement hatte somit eine totale Höhe inklusive vorstehende Noppen von 12 mm. Für den Brennstoffstrom CH₄ stand eine durchschnittliche lichte Höhe von 2 mm, für den Sauerstoffträgerstrom (Luft) O₂ eine solche von 6 mm zur Verfügung. Das Bauelement 4 wurde nun unter einem O₂-Partialdruck von 3 bar während 6 h bei 850°C geglüht, um das Al₂O₃-Dispersoid in feiner Verteilung zu bilden.First, an Au / Al alloy was melted, cast into an ingot and processed into a sheet with a thickness of 0.4 mm by hot and cold rolling. A rectangle (sheet metal element 8 ) 100 mm wide and 375 mm long was punched out of the sheet. The parts 6 and 7 (end flaps) provided as current collectors were pressed by pressing them into flat sinusoidal, parallel waves of 8 mm wavelength and 1 mm amplitude and provided with elevations on the wave apexes on the side facing the electrode. The latter were designed in the form of knobs 0.4 mm high and 1.5 mm in diameter with a lateral spacing of 6 mm. In this way, an orthogonal pattern of contact points 10, 11 was created both on the oxygen side and on the fuel side. In the diagonal in the middle between 4 neighboring knobs, holes of 5 mm diameter were punched into the corresponding wave crests (wave troughs) for the passage of the gaseous media. The sheet metal element 8 was then folded on the oxygen side by a mandrel with a radius of curvature of 3 mm by 180 ° and on the fuel side by a mandrel with a radius of curvature of 1 mm in the opposite direction, likewise by 180 °. The entire component thus had a total height including protruding knobs of 12 mm. An average clear height of 2 mm was available for the CHstrom fuel flow, and 6 mm for the oxygen carrier flow (air) O₂. The component 4 was then annealed under an O₂ partial pressure of 3 bar for 6 h at 850 ° C to form the Al₂O₃ dispersoid in a fine distribution.
Ein monolithisches Bauelement 4 wurde aus einer oxyddispersionsgehärteten Ni/Cr-Legierung mit der Handelsbezeichnung TD NiCr mit der nachfolgenden Zusammensetzung gefertigt:A monolithic component 4 was produced from an oxide dispersion-hardened Ni / Cr alloy with the trade name TD NiCr with the following composition:
Cr = 20 Gew.-%
ThO₂ = 2 Gew.-%
Ni = Rest.Cr = 20% by weight
ThO₂ = 2% by weight
Ni = rest.
Dabei wurde analog Beispiel 1 vorgegangen. Zu diesem Zweck wurde ein handelsübliches Blech von 0,35 mm Dicke verwendet. Das daraus gestanzte Blechelement 8 hatte die gleichen Flächenabmessungen wie in Beispiel 1. Die Anordnung der Wellen, Noppen und Löcher war ebenfalls die gleiche. Nun wurde der später als Stromkollektor auf der Brennstoffseite wirkende Teil 6 des Blechelements 8 beidseitig, der als Trennplatte wirkende Teil 5 nur auf der Brennstoffseite und der als Stromkollektor auf der Sauerstoffseite wirkende Teil 7 nur auf der Sauerstoffelektrode aufliegenden Seite mit einer aus Ni₃Si bestehenden Zwischenschicht als Diffusionssperre versehen. Diese Zwischenschicht wurde durch Kathodenzerstäubung in einer Dicke von 15 µm aufgetragen. Sowohl auf dem Teil 6 als auch auf dem Teil 7, jedoch nur auf der auf den Elektroden aufliegenden Seiten, wurde auf diese Zwischenschicht elektrochemisch eine Schutzschicht (elektrische Kontaktschicht) von 40 µm Dicke aus Palladium abgeschieden. Dann wurde das auf diese Weise beschichtete Blechelement 8 analog Beispiel 1 längs den Faltzonen 9 um entsprechende Dorne gebogen und in die endgültige Form gebracht. Das auf diese Weise geformte Bauelement 4 wurde nun abschließend bei einer Temperatur von 950°C während 10 h einer Glühbehandlung unter oxydierender Atmosphäre unterworfen. Dabei wurde auf den nicht abgedeckten Partien des Elements eine zusammenhängende Schutzschicht aus Cr₂O₃ und auf den mit einer Zwischenschicht aus Ni₃Si belegten Partien eine solche aus SiO₂ gebildet. Die mit Pd beschichteten Stellen blieben blank. Das Cr₂O₃ schützt den darunterliegenden Kernwerkstoff im Betrieb vor weiterer Oxydation, das SiO₂ desgleichen vor Karburierung (Aufkohlung).The procedure was analogous to Example 1. A commercially available sheet of 0.35 mm thickness was used for this purpose. The sheet metal element 8 stamped therefrom had the same surface dimensions as in Example 1. The arrangement of the shafts, knobs and holes was also the same. Now the part 6 of the sheet metal element 8 which later acts as a current collector on the fuel side, the part 5 which acts as a separating plate only on the fuel side and the part 7 which acts as a current collector on the oxygen side only on the oxygen electrode side with an intermediate layer consisting of Ni₃Si as Provide diffusion barrier. This intermediate layer was applied by sputtering to a thickness of 15 μm. A protective layer (electrical contact layer) of 40 μm thickness made of palladium was electrochemically deposited on this intermediate layer both on part 6 and on part 7 , but only on the sides lying on the electrodes. Then the sheet metal element 8 coated in this way was bent analogously to Example 1 along the folding zones 9 around corresponding mandrels and brought into the final shape. The component 4 shaped in this way was then finally subjected to an annealing treatment under an oxidizing atmosphere at a temperature of 950 ° C. for 10 h. A coherent protective layer of Cr₂O₃ was formed on the uncovered areas of the element and one made of SiO₂ on the areas covered with an intermediate layer of Ni₃Si. The areas coated with Pd remained bare. The Cr₂O₃ protects the underlying core material in operation against further oxidation, the SiO₂ likewise against carburization (carburization).
Es wurde ein monolithisches Bauelement 4 zur Stromübertragung aus einer oxyddispersionsgehärteten Edelmetall-Legierung hergestellt. Die Projektion der Elektrodenfläche war ein Quadrat von 120 mm Seitenlänge. Als Werkstoff wurde eine Au/Pd-Legierung mit ThO₂ als Dispersoid verwendet. Die Zusammensetzung wurde wie folgt gewählt:A monolithic component 4 for power transmission was produced from an oxide dispersion hardened noble metal alloy. The projection of the electrode area was a square with a side length of 120 mm. An Au / Pd alloy with ThO₂ as the dispersoid was used as the material. The composition was chosen as follows:
ThO₂ = 2 Gew.-%
Pd = 40 Gew.-%
Au = RestThO₂ = 2% by weight
Pd = 40% by weight
Au = rest
Die Legierung wurde auf chemischem Wege aus den Edelmetallchloriden durch Fällung und Anlagerung der Fällungsprodukte an ThO₂-Partikeln in Suspension hergestellt. Das auf diese Weise erzeugte, das ThO₂ als ultrafeines Dispersoid enthaltende Pulver wurde nach pulvermetallurgischen Methoden weiter zu einem flachen Strang und zu einem Blech von 0,45 mm Dicke verarbeitet. Aus dem Blech wurde ein Blechelement 8 gemäß Fig. 4 ausgestanzt. Die an die quadratische Fläche von 120 mm × 120 mm anschließenden Lappen auf der Brennstoffseite hatten eine Breite von 70 mm, diejenigen auf der Sauerstoffseite eine solche von 80 mm. In die als Stromkollektoren vorgesehenen Teile 6 und 7 wurde durch Pressen je eine sinusförmige Welle von 6 mm Wellenlänge gepreßt, die auf der Brennstoffseite eine Amplitude von 1,5 mm, auf der Sauerstoffseite eine solche von 3 mm aufwies. Diese Einzelwellen bildeten je einen Kanal parallel zur Strömungsrichtung des entsprechenden gasförmigen Mediums (CH₄ resp. O₂). In die Teile 6 und 7 wurden nach einem orthogonalen Raster Warzen von 0,3 mm Höhe und 6 mm Mittenabstand eingedrückt. Diese Warzen zeigten mit ihren konvexen Seiten jeweils in Richtung der entsprechenden Elektrode (elektrisch leitende Berührungspunkte 10 resp. 11). Zwischen diese Warzen wurden auf ihren Diagonalverbindungen Löcher von 4 mm Durchmesser für den Gasdurchtritt gestanzt. Dann wurde das Blechelement 8 um Dorne von 3 mm bzw. 1,5 mm Krümmungsradius um jeweils 180° herumgebogen. Für den Brennstoffstrom CH₄ stand eine lichte Höhe von 3 mm, für den Sauerstoffträgerstrom O₂ eine solche von 6 mm zur Verfügung.The alloy was chemically produced from the precious metal chlorides by precipitation and addition of the precipitation products to ThO₂ particles in suspension. The powder produced in this way, containing the ThO₂ as an ultrafine dispersoid, was further processed by powder metallurgical methods into a flat strand and into a sheet of 0.45 mm thickness. A sheet metal element 8 according to FIG. 4 was punched out of the sheet metal. The flaps adjoining the square area of 120 mm × 120 mm on the fuel side had a width of 70 mm, those on the oxygen side 80 mm. In each of the parts 6 and 7 provided as current collectors, a sinusoidal wave of 6 mm wavelength was pressed by pressing, which had an amplitude of 1.5 mm on the fuel side and 3 mm on the oxygen side. These single waves each formed a channel parallel to the direction of flow of the corresponding gaseous medium (CH₄ or O₂). In parts 6 and 7 , warts with a height of 0.3 mm and a center distance of 6 mm were pressed in according to an orthogonal grid. The convex sides of these warts each pointed in the direction of the corresponding electrode (electrically conductive contact points 10 and 11, respectively). Between these warts, holes of 4 mm diameter were punched on their diagonal connections for the gas to pass through. Then the sheet metal element 8 was bent around mandrels of 3 mm or 1.5 mm radius of curvature by 180 ° in each case. A clear height of 3 mm was available for the CHstrom fuel stream and 6 mm for the oxygen carrier stream O₂.
Das monolithische Bauelement 4 hatte genau die gleichen Flächenabmessungen und wurde grundsätzlich nach den gleichen Methoden hergestellt wie unter Beispiel 3 angegeben. Als Werkstoff wurde ein oxyddispersionsgehärtetes Edelmetall mit folgender Zusammensetzung gewählt:The monolithic component 4 had exactly the same Area dimensions and was basically the same Methods prepared as indicated in Example 3. An oxide dispersion-hardened precious metal was used as the material with the following composition:
ThO₂ = 1,8 Gew.-%
Pd = RestThO₂ = 1.8% by weight
Pd = rest
Die Legierung wurde ähnlich Beispiel 1 durch eine Fällungsreaktion in Pulverform hergestellt, verdichtet und warm- sowie kaltverformt. Das Blechelement 8 hatte eine Dicke von 0,3 mm und wurde in seinem als trennende Wand wirkenden Teil 5 mit einer Vielzahl von flachen, 0,25 mm tiefen kreisförmigen Dellen zwecks Versteifung versehen. Im übrigen entsprach der Aufbau genau demjenigen von Beispiel 3.Similar to Example 1, the alloy was produced in a powder form by means of a precipitation reaction, compacted and hot and cold worked. The sheet metal element 8 had a thickness of 0.3 mm and was provided in its part 5, which acts as a dividing wall, with a large number of flat, 0.25 mm deep circular dents for the purpose of stiffening. Otherwise, the structure corresponded exactly to that of Example 3.
Ein monolithisches Bauelement 4 zur Stromübertragung wurde aus einem dispersionsgehärteten Edelmetall hergestellt. Die Projektion der Elektrodenfläche war ein Quadrat von 100 mm Seitenlänge. Als Werkstoff wurde ein Edelmetall mit folgender Zusammensetzung gewählt:A monolithic component 4 for power transmission was made from a dispersion-hardened noble metal. The projection of the electrode area was a square with a side length of 100 mm. A precious metal with the following composition was selected as the material:
TiC = 0,06 Gew.-% (ca. 0,15 Vol.-%)
Pd = RestTiC = 0.06% by weight (approx.0.15% by volume)
Pd = rest
Zur Herstellung der Legierung wurden pulvermetallurgische Verfahren herangezogen. Pd-Pulver mit einer maximalen Partikelgröße von 10 µm wurde mit 0,06 Gew.-% TiC-Pulver mit einer maximalen Partikelgröße von 0,8 µm während 30 h unter Toluol im Attritor (Hochgeschwindigkeits-Kugelmühle) gemahlen und mechanisch legiert. Das bis zur Sättigung kaltverformte Pulver wurde getrocknet und in eine Weicheisendose abgefüllt, evakuiert und gasdicht verschlossen. Die gefüllte Dose wurde bei einer Temperatur von 1150°C mit einem Reduktionsverhältnis von 30 : 1 zu einem Flachstab von 50 mm Breite und 6 mm Dicke stranggepreßt. Durch Warm- und Kaltwalzen wurde das Werkstück zu einem Blech von 0,35 mm Dicke weiterverarbeitet. Aus dem Blech wurde ein Blechelement 8 gemäß Fig. 7 ausgestanzt. Die an die quadratische Fläche von 100 mm × 100 mm anschließenden dreieckigen Lappen hatten auf der Brennstoffseite eine Breite (Höhe des rechtwinkligen Dreiecks) von 150 mm, auf der Sauerstoffseite eine solche von 160 mm. In die als Stromkollektoren vorgesehenen Teile 6 und 7 (dreieckige Lappen) wurden abwechslungsweise Wellen und Noppen derart eingepreßt, daß die Wellenfronten jeweils parallel zu der entsprechenden Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums (CH₄ resp. O₂) zu liegen kamen. Die Wellenlänge betrug 7 mm, die Amplitude auf der Brennstoffseite 1,6 mm, auf der Sauerstoffseite 3,2 mm. Die dazwischenliegenden Noppen hatten eine Höhe von 0,4 mm. Auf diese Weise wurden elektrisch leitende Berührungspunkte 10 und 11 mit einem Mittenabstand von ca. 7 mm geschaffen. Dazwischen wurden Löcher von 5 mm Durchmesser für den Durchtritt der gasförmigen Medien gestanzt. Nun wurde das Blechelement 8 um Dorne von 3,2 mm bzw. 1,6 mm Krümmungsradius um jeweils 180° gefaltet. Zum Abschluß wurde das ganze Bauelement 4 während 2 h bei 1280°C unter Argon als Schutzgas geglüht.Powder metallurgical processes were used to produce the alloy. Pd powder with a maximum particle size of 10 µm was ground with 0.06% by weight TiC powder with a maximum particle size of 0.8 µm for 30 hours under toluene in an attritor (high-speed ball mill) and alloyed mechanically. The powder, which was cold worked to saturation, was dried and filled into a soft iron can, evacuated and sealed gas-tight. The filled can was extruded at a temperature of 1150 ° C. with a reduction ratio of 30: 1 into a flat bar 50 mm wide and 6 mm thick. The workpiece was further processed into a sheet 0.35 mm thick by hot and cold rolling. A sheet metal element 8 according to FIG. 7 was punched out of the sheet metal. The triangular lobes adjoining the square area of 100 mm × 100 mm had a width (height of the right-angled triangle) of 150 mm on the fuel side and a width of 160 mm on the oxygen side. In the parts 6 and 7 provided as current collectors (triangular lobes), waves and knobs were alternately pressed in such a way that the wave fronts each came to lie parallel to the corresponding flow direction of the gaseous medium (CH₄ or O₂). The wavelength was 7 mm, the amplitude on the fuel side 1.6 mm, on the oxygen side 3.2 mm. The knobs in between had a height of 0.4 mm. In this way, electrically conductive contact points 10 and 11 were created with a center distance of approximately 7 mm. In between, holes of 5 mm in diameter were punched for the passage of the gaseous media. Now the sheet metal element 8 was folded by mandrels of 3.2 mm or 1.6 mm radius of curvature by 180 ° in each case. Finally, the entire component 4 was annealed for 2 hours at 1280 ° C. under argon as a protective gas.
Das monolithische Bauelement 4 hatte genau die gleichen Flächenabmessungen wie dasjenige von Beispiel 5. Als Werkstoff wurde ein oxyddispersionsgehärtetes Edelmetall mit folgender Zusammensetzung gewählt:The monolithic component 4 had exactly the same area dimensions as that of example 5. An oxide dispersion-hardened noble metal with the following composition was chosen as the material:
Al₂O₃ = 0,8 Gew.-%
Pt = RestAl₂O₃ = 0.8% by weight
Pt = rest
Es wurde zunächst eine Pt/Al-Legierung erschmolzen, zu einem Barren vergossen und durch Walzen zu einem Blech mit einer Dicke von 0,4 mm verarbeitet. Aus dem Blech wurde ein Blechelement 8 gemäß Fig. 7 ausgestanzt und durch Pressen, Stanzen und Biegen in die unter Beispiel 5 beschriebene Form gebracht. Das fertig geformte Bauelement 4 wurde zum Schluß unter einem O₂-Partialdruck von 4 bar während 5 h bei einer Temperatur von 1200°C geglüht. Dabei oxydierte das Aluminium vollständig zu ultrafeinen Al₂O₃-Partikeln. Diese Dispersoide waren in sehr feiner Verteilung in der Platinmatrix eingelagert.A Pt / Al alloy was first melted, cast into an ingot and processed into a sheet with a thickness of 0.4 mm by rolling. A sheet metal element 8 according to FIG. 7 was punched out of the sheet and brought into the shape described in Example 5 by pressing, punching and bending. The finished component 4 was finally annealed under an O₂ partial pressure of 4 bar for 5 h at a temperature of 1200 ° C. The aluminum oxidized completely to ultrafine Al₂O₃ particles. These dispersoids were very finely distributed in the platinum matrix.
Aus einem oxyddispersionsgehärteten Edelmetall wurde ein monolithisches Bauelement 4 zur Stromübertragung gefertigt. Die Projektion der Elektrodenfläche war ein Quadrat von 120 mm Seitenlänge. Als Werkstoff wurde eine Pt-Legierung mit MgO als Dispersoid gewählt. Die Zusammensetzung war wie folgt:A monolithic component 4 for power transmission was manufactured from an oxide dispersion-hardened noble metal. The projection of the electrode area was a square with a side length of 120 mm. A Pt alloy with MgO as the dispersoid was chosen as the material. The composition was as follows:
MgO = 1,2 Gew.-%
Pt = RestMgO = 1.2% by weight
Pt = rest
Es wurde schmelzmetallurgisch eine Pt/Mg-Legierung erzeugt, zu einem Barren vergossen und durch Warm- und Kaltwalzen zu einem Blech mit einer Dicke von 0,35 mm verarbeitet. Aus diesem Blech wurde ein Blechelement 8 gemäß Fig. 10 ausgestanzt. Die an die quadratische Fläche (als Trennplatte wirkender Teil 5) von 120 mm × 120 mm anschließenden federnden Lamellen 12 und 13 hatten eine Breite von 3 mm und auf der Brennstoffseite eine Länge von 180 mm, auf der Sauerstoffseite eine Länge von 190 mm. Die lichte Weite der zwischen zwei benachbarten Lamellen liegenden Aussparung betrug 4 mm, so daß im fertigen Zustand jeweils ein Spiel von 0,5 mm vorgesehen wurde. Die als Stromkollektoren vorgesehenen Teile 6 und 7 (Lamellen 12 und 13) wurden zu wellenförmigen Gebilden gepreßt, wobei eine größere Zahl von Wellen mit kleinerer Amplitude (0,3 mm) mit einer kleineren Zahl von Wellen mit größerer Amplitude (1,6 mm auf der Brennstoffseite, 3 mm auf der Sauerstoffseite) miteinander abwechselten. Die Wellenlänge betrug durchgehend 6 mm. Die Wellen von zwei benachbarten Lamellen im fertigen Bauelement waren um eine halbe Wellenlänge gegeneinander versetzt. Auf diese Weise wurden Berührungspunkte 10 und 11 geschaffen, die in der Längsrichtung der Lamellen einen Abstand von 6 mm, quer dazu einen solchen von 3,5 mm aufwiesen. Das Blechelement 8 wurde mit Hilfe von Dornen durch Falten in die in Fig. 9 gezeigte Form gebracht. Dann wurde das ganze Bauelement 4 während 3 h unter einem O₂-Partialdruck von 4 bar während 3 h bei einer Temperatur von 1250°C geglüht. Dabei oxydierte das Magnesium vollständig zu ultrafeinen, feinverteilten MgO-Dispersoiden. Die letzteren zeichnen sich durch eine besonders große Stabilität aus.A Pt / Mg alloy was produced by melt metallurgy, cast into an ingot and processed into a sheet with a thickness of 0.35 mm by hot and cold rolling. A sheet metal element 8 according to FIG. 10 was punched out of this sheet. The resilient lamellae 12 and 13 adjoining the square surface (part 5 acting as separating plate) of 120 mm × 120 mm had a width of 3 mm and a length of 180 mm on the fuel side and a length of 190 mm on the oxygen side. The clear width of the recess lying between two adjacent slats was 4 mm, so that a clearance of 0.5 mm was provided in the finished state. The parts 6 and 7 provided as current collectors (fins 12 and 13 ) were pressed into wave-like structures, a larger number of waves with a smaller amplitude (0.3 mm) having a smaller number of waves with a larger amplitude (1.6 mm) on the fuel side, 3 mm on the oxygen side). The wavelength was 6 mm throughout. The waves from two adjacent lamellae in the finished component were offset by half a wavelength. In this way, contact points 10 and 11 were created, which had a distance of 6 mm in the longitudinal direction of the slats, and a distance of 3.5 mm transversely thereto. The sheet metal element 8 was brought into the shape shown in FIG. 9 by means of thorns by folding. Then the whole component 4 was annealed for 3 h under an O₂ partial pressure of 4 bar for 3 h at a temperature of 1250 ° C. The magnesium completely oxidized to ultrafine, finely divided MgO dispersoids. The latter are particularly stable.
Es wurde aus einer dispersionsgehärteten Edelmetall-Legierung ein monolithisches Bauelement 4 zur Stromübertragung hergestellt. Die Projektion der Elektrodenfläche war ein Quadrat von 100 mm Seitenlänge. Als Werkstoff wurde eine Pt/Rh-Legierung mit TiC als Dispersoid gewählt. Die Zusammensetzung stellte sich wie folgt:A monolithic component 4 for power transmission was produced from a dispersion-hardened precious metal alloy. The projection of the electrode area was a square with a side length of 100 mm. A Pt / Rh alloy with TiC as the dispersoid was chosen as the material. The composition was as follows:
TiC = 0,05 Gew.-% (ca. 0,25 Vol.-%)
Rh = 10 Gew.-%
Pt = RestTiC = 0.05% by weight (approx.0.25% by volume)
Rh = 10% by weight
Pt = rest
Die Herstellung der Legierung erfolgte auf pulvermetallurgischem Wege. 90 Gew.-% Pt-Pulver mit einer maximalen Partikelgröße von 5 µm und Rh-Pulver mit einer maximalen Partikelgröße von 3 µm wurden mit 0,05 Gew.-% TiC-Pulver mit einer maximalen Partikelgröße von 0,6 µm während 24 h unter Toluol im Attritor gemahlen und mechanisch legiert. Das bis zur Sättigung kaltverformte Pulver wurde getrocknet und in eine Kapsel aus weichem Stahl abgefüllt, evakuiert und gasdicht verschweißt. Das eingekapselte Pulver wurde bei einer Temperatur von 1250°C mit einem Reduktionsverhältnis von 36 : 1 zu einem flachen Profil von 60 mm Breite und 8 mm Dicke stranggepreßt. Vom Strang wurde ein Teil von 120 mm Länge abgesägt und durch abwechslungsweises Walzen in Längs- und Querrichtung zunächst im warmen, dann im kalten Zustand auf ein Blech mit einer Dicke von 0,32 mm verarbeitet. Aus dem Blech wurde ein Blechelement 8 gemäß Fig. 10 ausgestanzt. Die an die quadratische, als Trennplatte (Teil 5) wirkende Fläche von 100 mm × 100 mm anschließenden federnden Lamellen 12 und 13 hatten eine Breite von 2,8 mm und auf der Brennstoffseite eine Länge von 160 mm, auf der Sauerstoffseite eine solche von 170 mm. Die lichte Weite zwischen zwei Lamellen betrug 3,5 mm, so daß im fertigen Bauelement 4 jeweils ein seitliches Spiel von 0,35 mm vorhanden war. Die als Stromkollektoren vorgesehenen Teile 6 und 7 (Lamellen 12 und 13) wurden zu Gebilden gepreßt, bei denen auf je eine steile sinusförmige Welle von 5 mm Wellenlänge eine Reihe von kugelkalottenförmigen Noppen von 0,25 mm Höhe folgten. Die Amplitude der Welle betrug auf der Brennstoffseite 1,4 mm, auf der Sauerstoffseite 3,2 mm, so daß auf der ersten für den Durchtritt des CH₄ ein Durchlaß von 2,8 mm lichter Höhe und auf der letzteren für den O₂-Träger (Luft) ein solcher von 6,4 mm vorhanden war. Das Blechelement 8 wurde durch Falten in die in Fig. 9 dargestellte Form gebracht. Das nun vorliegende Bauelement 4 wurde während 3 h bei 1350°C unter Argon als Schutzgas geglüht.The alloy was produced by powder metallurgy. 90% by weight of Pt powder with a maximum particle size of 5 µm and Rh powder with a maximum particle size of 3 µm were mixed with 0.05% by weight of TiC powder with a maximum particle size of 0.6 µm during 24 hours ground under toluene in the attritor and mechanically alloyed. The powder, which was cold worked to saturation, was dried and filled into a capsule made of soft steel, evacuated and welded gas-tight. The encapsulated powder was extruded at a temperature of 1250 ° C with a reduction ratio of 36: 1 to a flat profile 60 mm wide and 8 mm thick. A part of 120 mm in length was sawed off and processed alternately in the longitudinal and transverse directions, first in the warm, then in the cold state on a sheet metal with a thickness of 0.32 mm. A sheet metal element 8 according to FIG. 10 was punched out of the sheet metal. The resilient lamellae 12 and 13 adjoining the square area of 100 mm × 100 mm acting as a separating plate (part 5 ) had a width of 2.8 mm and a length of 160 mm on the fuel side and 170 mm on the oxygen side mm. The clear width between two lamellae was 3.5 mm, so that each side play of 0.35 mm was present in the finished component 4 . The parts 6 and 7 provided as current collectors (lamellae 12 and 13 ) were pressed into structures in which a series of spherical spherical knobs with a height of 0.25 mm each followed a steep sinusoidal wave of 5 mm wavelength. The amplitude of the wave was 1.4 mm on the fuel side and 3.2 mm on the oxygen side, so that on the first one a passage of 2.8 mm clear height for the passage of the CH₄ and on the latter for the O₂ carrier ( Air) was 6.4 mm. The sheet metal element 8 was brought into the shape shown in FIG. 9 by folding. The component 4 now present was annealed for 3 hours at 1350 ° C. under argon as a protective gas.
Ein monolithisches Bauelement 4 wurde aus einer oxyddispersionsgehärteten Fe/Cr-Legierung mit der Handelsbezeichnung MA 956 (INCO) gefertigt. Die Legierung hatte die folgende Zusammensetzung:A monolithic component 4 was manufactured from an oxide dispersion hardened Fe / Cr alloy with the trade name MA 956 (INCO). The alloy had the following composition:
Cr = 20 Gew.-%
Al = 4,5 Gew.-%
Ti = 0,5 Gew.-%
Y₂O₃ = 0,5 Gew.-%
Fe = RestCr = 20% by weight
Al = 4.5% by weight
Ti = 0.5% by weight
Y₂O₃ = 0.5% by weight
Fe = rest
Aus einem handelsüblichen Blech von 0,4 mm Dicke wurde gemäß Fig. 13 ein Blechelement 8 gestanzt. Die Projektion der Elektrodenfläche war ein Quadrat von 100 mm Seitenlänge. Die an diesem Teil 5 anschließenden federnden Lamellen 12 und 13 waren dreieckig spitz zulaufend ausgelegt und hatten an ihrer Basis eine Breite von 5 mm. Auf der Brennstoffseite hatten die Lamellen 12 eine Länge von 140 mm, auf der Sauerstoffseite die Lamellen 13 eine solche von 150 mm. Die Lamellen 12 bzw. 13 waren dergestalt geschnitten, daß nach dem Falten am fertigen Bauelement 4 zwischen zwei entgegengesetzt gerichteten Lamellen ein seitliches Spiel von 0,4 mm vorhanden war. Die als Stromkollektoren vorgesehenen Teile 6 und 7 (Lamellen 12 und 13) wurden durch Pressen mit je drei längsgerichteten dachartigen Erhebungen versehen, auf deren Scheiteln im Abstand von 7 mm je eine Warze von 0,2 mm Höhe angedrückt war. Außerdem wurden in die Lamellen 12 und 13 drei steile trapezförmige Wellen von 6 mm Wellenlänge zur Stützung auf den als Trennplatte wirkenden Teil 5 gepreßt. Die Amplitude dieser trapezförmigen Welle maß auf der Brennstoffseite 1,5 mm, auf der Sauerstoffseite 3 mm. In die die Flanken darstellenden Wellen waren zuvor Löcher von 2 mm Durchmesser zur besseren Verteilung der strömenden gasförmigen Medien gestanzt worden.A sheet metal element 8 was punched out of a commercially available sheet metal of 0.4 mm thickness as shown in FIG . The projection of the electrode area was a square with a side length of 100 mm. The resilient lamellae 12 and 13 adjoining this part 5 were designed triangularly tapering and had a width of 5 mm at their base. The fins 12 had a length of 140 mm on the fuel side, and the fins 13 had a length of 150 mm on the oxygen side. The slats 12 and 13 were cut in such a way that after folding on the finished component 4 there was a lateral play of 0.4 mm between two oppositely directed slats. The parts 6 and 7 (lamellae 12 and 13 ) provided as current collectors were each provided with three longitudinal roof-like elevations by pressing, on the vertices of which a wart of 0.2 mm in height was pressed at a distance of 7 mm. In addition, three steep trapezoidal shafts of 6 mm wavelength were pressed into the slats 12 and 13 for support on the part 5 acting as a separating plate. The amplitude of this trapezoidal wave measured 1.5 mm on the fuel side and 3 mm on the oxygen side. Holes with a diameter of 2 mm had previously been punched into the waves representing the flanks for better distribution of the flowing gaseous media.
Nun wurde der als Stromkollektor auf der Brennstoffseite wirkende Teil 6 des Blechelements 8 beidseitig, der als Stromkollektor auf der Sauerstoffseite wirkende Teil 7 nur auf der auf der Sauerstoffelektrode aufliegenden Seite mit einer als Diffusionssperre wirkenden Zwischenschicht aus Ni₃Si versehen. Desgleichen wurde der als Trennplatte wirkende Teil 5 nur auf der Brennstoffseite mit dem gleichen Werkstoff beschichtet. Diese Zwischenschicht wurde durch Kathodenzerstäubung in einer Dicke von 20 µm aufgetragen. Auf den auf den Elektroden aufliegenden Seiten der Teile 6 und 7 wurde auf diese Zwischenschicht je eine Schutzschicht (elektrische Kontaktschicht) von 30 µm Dicke aus Platin elektrochemisch abgeschieden. Das auf diese Weise beschichtete Blechelement 8 wurde nun längs den Faltzonen 9 um Dorne von 1,5 mm bzw. 3 mm Krümmungsradius gebogen und in die endgültige Form (Bauelement 4, Fig. 12) gebracht. Das Bauelement 4 wurde anschließend bei einer Temperatur von 850°C während 24 h in oxydierender Atmosphäre geglüht. Auf den nicht durch Ni₃Si noch durch Pt abgedeckten Teilen des Elements 4, d. h. auf der Sauerstoffseite des Teils 5 und auf der dem O₂-Strom zugewandten Seite des Teils 7 wurde dabei eine zusammenhängende Schutzschicht aus Cr₂O₃ gebildet. Auf den mit einer Zwischenschicht aus Ni₃Si belegten Partien (Brennstoffseite des Teils 5, dem CH₄-Strom zugewandte Seite des Teils 6) wurde eine Schutzschicht aus SiO₂ gebildet. Die mit Pt belegten Stellen blieben blank. Auf diese Weise wird das gesamte Bauelement 4 vor weiterer vorzeitiger Oxydation bzw. Aufkohlung geschützt, und es kann mit einer langen Lebensdauer gerechnet werden. Zwecks Erreichung hoher Warmfestigkeit wurde das Bauelement 4 bei 1300°C während 1/2 h einer Rekristallisationsglühung unterworfen.Now the part 6 of the sheet metal element 8 acting as a current collector on the fuel side was provided on both sides, the part 7 acting as a current collector on the oxygen side only on the side resting on the oxygen electrode with an intermediate layer of Ni₃Si acting as a diffusion barrier. Likewise, part 5 acting as a separating plate was coated with the same material only on the fuel side. This intermediate layer was applied by sputtering to a thickness of 20 μm. A protective layer (electrical contact layer) of 30 μm thick made of platinum was electrochemically deposited on this intermediate layer on the sides of parts 6 and 7 lying on the electrodes. The sheet metal element 8 coated in this way was then bent along the folding zones 9 by mandrels of 1.5 mm or 3 mm radius of curvature and brought into the final shape (component 4 , FIG. 12). The component 4 was then annealed at a temperature of 850 ° C. for 24 hours in an oxidizing atmosphere. On the parts of element 4 not covered by Ni₃Si nor by Pt, ie on the oxygen side of part 5 and on the side of part 7 facing the O₂ stream, a coherent protective layer of Cr₂O₃ was formed. On the areas covered with an intermediate layer of Ni₃Si (fuel side of part 5 , the CH₄ current side of part 6 ) a protective layer of SiO₂ was formed. The places covered with Pt remained blank. In this way, the entire component 4 is protected from further premature oxidation or carburization, and a long service life can be expected. In order to achieve high heat resistance, component 4 was subjected to recrystallization annealing at 1300 ° C. for 1/2 h.
Ein monolithisches Bauelement zur Stromübertragung wurde aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung gefertigt. Die Legierung hatte die Handelsbezeichnung MA 754 (INCO) und wies folgende Zusammensetzung auf:A monolithic component for power transmission was created made of an oxide dispersion hardened nickel-based superalloy manufactured. The alloy had the trade name MA 754 (INCO) and had the following composition:
Cr = 20 Gew.-%
Al = 0,3 Gew.-%
Ti = 0,5 Gew.-%
Fe = 1 Gew.-%
C = 0,05 Gew.-%
Y₂O₃ = 0,6 Gew.-%
Ni = RestCr = 20% by weight
Al = 0.3% by weight
Ti = 0.5% by weight
Fe = 1% by weight
C = 0.05% by weight
Y₂O₃ = 0.6% by weight
Ni = rest
Ein handelsübliches Blech von 1 mm Dicke wurde auf 0,3 mm warmgewalzt und daraus ein Blechelement 8 ähnlich Fig. 4 gestanzt. Die Projektion der Elektrodenfläche war ein Quadrat von 100 mm Seitenlänge. Die an diesem Teil 5 anschließenden rechteckigen Lappen waren auf der Brennstoffseite je 80 mm, auf der Sauerstoffseite je 110 mm breit. Die Lappen wurden je senkrecht zur Faltzone 9 derart geschlitzt, daß federnde Lamellen (ähnlich 12 bzw. 13 in Fig. 10) mit einem seitlichen Spiel von je 0,2 mm gebildet wurden. Die Lamellen wurden nun derart in sinusförmige Wellen von 6 mm Wellenlänge gepreßt, daß je 2 benachbarte Wellen um eine halbe Wellenlänge gegeneinander versetzt waren. Auf der Brennstoffseite (Teil 6) hatten diese Wellen eine Amplitude von 1,6 mm, auf der Sauerstoffseite (Teil 7) eine solche von 3,2 mm. Der ganze als Trennplatte wirkende Teil 5 wurde auf beiden Seiten sowie die Scheitel der Welle der als Stromkollektoren wirkenden Teile 6 und 7 nach dem Pastenverfahren mit einer Pt-Schicht überzogen. Die Paste bestand aus einer Aufschlämmung von Pt-Pulver mit max. 2 µm Partikelgröße in einem Lösungsmittel mit rückstandfreiem organischen Binder. Das derart beschichtete Blechelement 8 wurde während 1/2 h bei 400°C getrocknet und dann während 20 h bei 900°C in oxydierender Atmosphäre geglüht. Dabei wurde eine aus leitendem Cr₂O₃ bestehende ca. 5 µm dicke Zwischenschicht und eine mehr oder weniger zusammenhängende Pt-Oberflächenschicht von durchschnittlich 15 µm Dicke gebildet. Nun wurde das beschichtete Blechelement um entsprechende Dorne gebogen und in die in Fig. 14 dargestellte Form gebracht. Auf diese Weise wurde ein Bauelement geschaffen, das sowohl auf der Sauerstoffseite (O₂-Strom) der Weiteroxydation trotzt als auch auf der Brennstoffseite (CH₄-Strom) der Aufkohlung. Zur Erzielung der höchstmöglichen Warmfestigkeit wurde das Bauelement schließlich bei 1280°C während 1 h einer Rekristallisationsglühung unterworfen.A commercially available sheet of 1 mm thickness was hot-rolled to 0.3 mm and a sheet-metal element 8 similar to FIG. 4 was punched from it. The projection of the electrode area was a square with a side length of 100 mm. The rectangular lobes adjoining this part 5 were each 80 mm wide on the fuel side and 110 mm wide on the oxygen side. The flaps were each slotted perpendicular to the folding zone 9 in such a way that resilient lamellae (similar to 12 or 13 in FIG. 10) were formed with a lateral play of 0.2 mm each. The lamellae were then pressed into sinusoidal waves of 6 mm wavelength in such a way that 2 adjacent waves were offset by half a wavelength. On the fuel side (part 6 ) these waves had an amplitude of 1.6 mm, on the oxygen side (part 7 ) that of 3.2 mm. The entire part 5 , which acts as a separating plate, was coated on both sides and the apex of the shaft of the parts 6 and 7, which act as current collectors, with a Pt layer using the paste method. The paste consisted of a slurry of Pt powder with max. 2 µm particle size in a solvent with residue-free organic binder. The sheet metal element 8 coated in this way was dried at 400 ° C. for 1/2 h and then annealed at 900 ° C. in an oxidizing atmosphere for 20 h. A 5 µm thick intermediate layer consisting of conductive Cr₂O₃ and a more or less coherent Pt surface layer with an average thickness of 15 µm were formed. The coated sheet metal element was then bent around corresponding mandrels and brought into the shape shown in FIG. 14. In this way, a component was created that defies further oxidation both on the oxygen side (O₂ flow) and on the fuel side (CH₄ flow) of carburization. To achieve the highest possible heat resistance, the component was finally subjected to a recrystallization annealing at 1280 ° C. for 1 h.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not restricted to the exemplary embodiments.
Das Bauelement 4 zur Stromübertragung zwischen benachbarten flachen, ebenen, stapelförmig angeordneten Hochtemperatur- Brennstoffzellen (1; 2; 3) mit Feststoffelektrolyt 1 auf der Basis von stabilisiertem Zirkonoxyd, wobei jeweils die Sauerstoffelektrode 2 der einen Brennstoffzelle mit der Brennstoffelektrode 3 der nächstfolgenden Brennstoffzelle elektrisch verbunden und der zwischen den Elektroden 2 und 3 liegende Zwischenraum durch eine gasdichte, elektrisch leitende trennende Wand in zwei, die unterschiedlichen gasförmigen Medien Brennstoff (CH₄) und Sauerstoffträger (O₂) führenden Räume unterteilt ist, besteht aus einem einzigen, mehrfach gefalteten monolithischen Blechteil, das derart geformt ist, daß ein mittlerer Teil 5 die trennende Wand und die beiden äußeren Teile die senkrecht zur Plattenebene der Brennstoffzelle vollelastischen Stromkollektoren 6 und 7 bilden, welche eine Vielzahl von die elektrisch leitenden Berührungspunkte 10 und 11 zu den benachbarten Elektroden 2 und 3 gewährleistenden Erhebungen in Form von Wellen, Falten oder Noppen aufweisen. Der den Stromkollektor auf je einer Seite bildende Teil ist vorzugsweise rechteckig, quadratisch oder trapezförmig und deckt die ganze Projektion der Elektrodenfläche zusammenhängend ab.The component 4 for power transmission between adjacent flat, flat, stacked high-temperature fuel cells ( 1; 2; 3 ) with solid electrolyte 1 based on stabilized zirconium oxide, with the oxygen electrode 2 of one fuel cell being electrically connected to the fuel electrode 3 of the next fuel cell and the space between electrodes 2 and 3 is divided by a gas-tight, electrically conductive partition into two, the different gaseous media fuel (CH₄) and oxygen carrier (O₂) leading spaces, consists of a single, multi-folded monolithic sheet metal part, the is shaped in such a way that a central part 5 forms the separating wall and the two outer parts form the fully elastic current collectors 6 and 7 perpendicular to the plate plane of the fuel cell, which collectors form a multiplicity of the electrically conductive points of contact 10 and 11 to the neighboring E. electrodes 2 and 3 ensuring elevations in the form of waves, folds or nubs. The part forming the current collector on each side is preferably rectangular, square or trapezoidal and covers the entire projection of the electrode surface in a coherent manner.
In einer ersten Variante besteht der den Stromkollektor 6 und 7 auf je einer Seite bildende Teil aus zwei sich gegenüberliegenden, in der Mittellinie der Elektrodenfläche stumpf aufeinandertreffenden rechteckigen oder quadratischen Hälften, wobei jede die Projektion der halben Elektrodenfläche abdeckt. In einer zweiten Variante besteht der den Stromkollektor 6 und 7 auf je einer Seite bildende Teil aus zwei sich gegenüberliegenden, in der Diagonalen der Elektrodenfläche stumpf aufeinandertreffenden dreieckigen Hälften, wobei jede die Projektion der halben Elektrodenfläche abdeckt. In einer dritten Variante besteht der den Stromkollektor 6 und 7 bildende Teil aus einer Vielzahl von schmalen, rechteckförmigen Zungen 12 und 13, deren lichter Abstand in der Querrichtung mindestens gleich der Zungenbreite ist. In einer vierten Variante besteht der den Stromkollektor 6 und 7 bildende Teil aus einer Vielzahl von sich dreieckförmig verjüngenden Zungen 12 und 13.In a first variant, the part that forms the current collector 6 and 7 on each side consists of two opposing rectangular or square halves that buttly meet in the center line of the electrode surface, each covering the projection of half the electrode surface. In a second variant, the part that forms the current collector 6 and 7 on each side consists of two opposing triangular halves that buttly meet in the diagonal of the electrode surface, each covering the projection of half the electrode surface. In a third variant, the part forming the current collector 6 and 7 consists of a multiplicity of narrow, rectangular tongues 12 and 13 , the clear distance between them in the transverse direction is at least equal to the tongue width. In a fourth variant, the part forming the current collector 6 and 7 consists of a multiplicity of triangularly tapering tongues 12 and 13 .
Vorteilhafterweise ist das Bauelement derart ausgebildet, daß die Stromkollektoren 6 und 7 auch auf der den Elektroden 2 und 3 abgewandten Seite eine Vielzahl von Erhebungen in Form von Wellen, Falten oder Noppen oder deren Negativform aufweisen, wobei diese Erhebungen sich auf den die trennende Wand bildenden mittleren Teil 5 abstützen und gegenüber diesem eine Vielzahl von elektrisch leitenden Berührungspunkten gewährleisten.The component is advantageously designed in such a way that the current collectors 6 and 7 also have a large number of elevations in the form of waves, folds or knobs or their negative shape on the side facing away from the electrodes 2 and 3 , these elevations forming on the wall forming the separating wall Support the middle part 5 and guarantee a variety of electrically conductive contact points.
Das Bauelement besteht vorzugsweise aus einem dispersionsgehärteten Edelmetall ausgewählt aus der Gruppe Au, Pd oder Pt oder aus einer Legierung von mindestens zweien dieser Elemente oder aus einer dispersionsgehärteten, weitgehend Al-, Si- und Ti-freien hochchromhaltigen Nickel- oder Eisenbasislegierung, wobei die die Berührungspunkte 10 und 11 bildenden Stellen der Erhebungen sowie ihre unmittelbare Umgebung mit einer elektrisch leitenden Cr₂O₃-Zwischenschicht und einer Edelmetall-Oberflächenschicht versehen sind.The component preferably consists of a dispersion-hardened precious metal selected from the group Au, Pd or Pt or of an alloy of at least two of these elements or of a dispersion-hardened, largely Al, Si and Ti-free high-chromium nickel or iron-based alloy, the die Points of contact 10 and 11 forming points of the elevations and their immediate surroundings are provided with an electrically conductive Cr₂O₃ intermediate layer and a noble metal surface layer.
Das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements zur Stromübertragung wird durchgeführt, indem ein Blechelement 8 aus einer Hochtemperaturlegierung oder einem warmfesten dispersionsgehärteten Edelmetall derart ausgestanzt wird, daß es um eine rechteckige, quadratische oder trapezförmige Grundfläche herum auf allen Seiten vorstehende rechteckige, quadratische, trapezförmige, dreieckige oder mehrere rechteckige oder dreieckige Zungen 12 und 13 enthaltende Lappen aufweist, welche abgekantet und mit einem Biegeradius < 2 mal Blechdicke um 180°C gegen die Grundfläche zu umgebogen werden und indem vor, während oder nach dieser Operation die Lappen in einzelne Streifen aufgeschnitten und/oder durch Stanzen und/oder Drücken mit ein- oder beidseitigen Erhebungen in Form von Wellen, Falten oder Noppen versehen werden. Das Bauelement wird vorzugsweise aus einem mit Dispersoiden aus ThO₂, Al₂O₃, MgO, Y₂O₃ oder TiC dotierten Blechelement 8 aus Au, einer Au/Pd-Legierung, oder aus Pd oder aus Pt oder aus einer Pt/Rh-Legierung in einer Dicke von 50 µm bis 500 µm gefertigt. In einer anderen Ausführungsart wird das Bauelement aus einem aus einer warmfesten dispersionsgehärteten hochchromhaltigen Al- und Ti-freien Nickelbasis-Superlegierung bestehenden Blechelement 8 gefertigt und nach der Formgebung zwecks Bildung von Cr₂O₃ während mindestens 24 h unter oxydierender Atmosphäre einer Glühbehandlung bei 800 bis 1000°C unterworfen und an den für den Kontakt mit den Elektroden vorgesehenen Berührungspunkten 10 und 11 und an dem die trennende Wand darstellenden Teil 5 mit einer dichten oder porösen Oberflächenschicht aus Au oder einem Pt-Metall oder einer Legierung von mindestens zweien dieser Elemente versehen. In einer weiteren Ausführungsart wird das Bauelement aus einem aus einer warmfesten Ni- oder Fe-Basislegierung bestehenden Blechelement 8 gefertigt und letzteres wird mit einer Diffusionssperre und nach der Formgebung an den für den Kontakt mit den Elektroden vorgesehenen Berührungspunkten 10 und 11 und an dem die trennende Wand darstellenden Teil 5 mit einer Oberflächenschicht aus Au oder einem Pt-Metall oder einer Legierung von mindestens zweien dieser Elemente versehen.The method for producing a component for power transmission is carried out by punching out a sheet metal element 8 from a high-temperature alloy or a heat-resistant dispersion-hardened noble metal such that it is rectangular, square, trapezoidal, triangular or protruding on all sides around a rectangular, square or trapezoidal base area has a plurality of rectangular or triangular tongues 12 and 13 containing flaps which are folded and bent with a bending radius <2 times the sheet thickness by 180 ° C against the base and by cutting the flaps into individual strips before, during or after this operation and / or can be provided with punching and / or pressing with elevations on one or both sides in the form of waves, folds or knobs. The component is preferably made of a sheet element 8 doped with ThO₂, Al₂O₃, MgO, Y₂O₃ or TiC made of Au, an Au / Pd alloy, or made of Pd or Pt or a Pt / Rh alloy in a thickness of 50 µm to 500 µm. In another embodiment, the component is made of a sheet metal element 8 consisting of a heat-resistant, dispersion-hardened, high-chromium Al and Ti-free nickel-base superalloy and, after shaping to form Cr₂O₃, an annealing treatment at 800 to 1000 ° C. for at least 24 hours under an oxidizing atmosphere subjected and provided at the contact points 10 and 11 intended for contact with the electrodes and on the part 5 forming the separating wall with a dense or porous surface layer made of Au or a Pt metal or an alloy of at least two of these elements. In a further embodiment, the component is made of a sheet-metal element 8 consisting of a heat-resistant Ni or Fe base alloy and the latter is provided with a diffusion barrier and after shaping at the contact points 10 and 11 intended for contact with the electrodes and at which the separating points Wall-forming part 5 with a surface layer made of Au or a Pt metal or an alloy of at least two of these elements.
Claims (13)
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DE4033708A Withdrawn DE4033708A1 (en) | 1989-11-21 | 1990-10-24 | Conductive part for interconnection of high temp. fuel cells - comprises sheet metal folded to form sepg. wall and contact area for fuel electrode of one cell and oxygen-electrode of another cell |
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