DE4340153C1 - Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtemperatur-Brennstoffzellen - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Kontak­ tieren von Elektroden von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, insbesondere zur Zwischenlage zwischen den Elektroden und den Bipolarplatten oder Trennplatten.

Hochtemperatur-Brennstoffzellen gibt es in unterschiedli­ chen Gestaltungen. Hier sei als Beispiel auf die WO-A-92/16029 verwiesen, in der als Hochtemperaturzwischenlage feder­ wirkende keramische, gasdurchlässige Zwischenlagen vorge­ sehen sind.

Es hat sich gezeigt, daß die Oberflachen gerade von Anoden und Kathoden selbst bei größter Sorgfalt nicht immer so plangefertigt werden können, daß sie elektrisch optimal kontaktiert werden können. Darüber hinaus ist eine sehr sorgfältige Bearbeitung einer Oberfläche in der Regel ver­ gleichsweise kostenaufwendig.

Weitere Konstruktionen elektrochemischer Zellen sind bei­ spielsweise aus der DE-A-41 20 359 oder der EP-A-0 329 161 bekannt. Aus der EP-A-0 308 761 ist ein Bauteil für den Stromanschluß einer Batterie aus elektro-chemischen Zellen bekannt, bei der zur Erhöhung des Kontaktierungsdruckes ein mit Fluid füllbares Druckkissen vorgesehen ist, welches Kontaktbleche beaufschlagt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der zum einen ein optimaler elektrischer Kontakt der Elek­ troden erreicht wird, wobei zum anderen gleichzeitig eine weniger exakte Oberflächengüte, z. B. der Anoden und Katho­ den, in Kauf genommen werden kann, ohne daß es zu Nachtei­ len in der Kontaktierung kommt.

Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sie als elektrisch leitendes, elastisches und gasdurchlässiges Kontaktkissen mit einer verformbaren Oberflächenstruktur ausgebildet ist.

Mit dieser Kontaktkissenform werden eine ganze Reihe von Vorteilen erreicht, da sie Unebenheiten an den Elektroden­ oberflächen oder anderen elektrischen Kontakten durch die elektrisch leitende, elastische und gasdurchlässige Kissen­ struktur auffangen können, die Kontaktkissen können sich den nicht zu vermeidenden Unebenheiten der Oberflächen ein­ fach anpassen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So kann beispielsweise erfindungsgemäß vorgesehen sein, als Kissenfüllung einen hochelastischen Metallfilz oder ein Metallge­ webe und/oder als Kissenbezug ein Metallgewebe, -gestrick, -gewirk, ein Streckmetall oder perforiertes Blech od. dgl. vorzusehen.

Gerade das Zusammenwirken zwischen elektrisch leitender "Kissenfüllung" und elektrisch leitendem elastischen "Kis­ senbezug" führt zu sehr guten Ergebnissen, wobei hier an­ gemerkt sei, daß die Kissenfüllung nicht zwingend elek­ trisch leitend sein muß, da ein fließender Strom in der Re­ gel den Weg über den Kissenbezug nimmt, d. h. über die Ober­ fläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Wegen der zum Teil erheblichen Betriebstemperaturen kann auch vorgesehen sein, daß der Kissenbezug aus einem elek­ trisch leitenden, bei Temperaturen von bis zu 900°C keine Oxidschicht bildenden Material oder aus einem bei Tempera­ turen bis zu 900°C ein elektrisch leitendes Oxid bildenden Material gebildet ist.

Vorteilhafte Materialien für den Kissenbezug sind erfin­ dungsgemäß beispielsweise Silber oder Edelmetall-Legierun­ gen, Kupfer/Nickel od. dgl., während sich als Kissenfüllun­ gen erfindungsgemäß Heizleiterlegierungen, Keramikfasern, Keramik- oder Metallpulver od. dgl. anbieten.

Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der oben be­ schriebenen Vorrichtung in einer Hochtemperatur-Brennstoff­ zelle mit Elektroden und Bipolar- oder Trennplatten in ei­ ner mehrfachen, wechselnden Folge, wobei mit dieser Verwen­ dung ein optimaler flächiger Kontakt aufgebracht werden soll. Zweckmäßig können dabei unterschiedliche Kontaktkis­ sen für Anoden und Kathoden eingesetzt werden, d. h. Kon­ taktkissen die ihrer Art nach, insbesondere in ihrer Geome­ trie, ihrem Material, ihrer Machart bzw. ihrer Porösität, unterschiedlich sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung einen Teil einer Brennstoffzelle mit erfindungsgemäßem Kontaktkissen sowie in

Fig. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Kontakt­ kissens in entspannter Positionierung sowie in

Fig. 3 in gleicher Darstellung das Kontaktkissen in der Ge­ brauchslage.

Der in Fig. 1 dargestellte Hochtemperatur-Brennstoffzellen­ ausschnitt betrifft etwa eine Bauart, wie sie in der schon eingangs erwähnten WO-A-92/16029 näher beschrieben ist. Von links nach rechts in Fig. 1 dargestellt ist ein erfindungs­ gemäßes Kontaktkissen 1 für die Brennstoffseite einer Trennplatte 2 mit mehreren Funktionen, nämlich der Strö­ mungsführung für Luft und Brennstoff, z. B. CH₄, ein weite­ res ebenfalls mit 1 bezeichnetes erfindungsgemäßes Kontakt­ kissen auf der Luftseite sowie daran anschließend eine schematisch dargestellte Kathode 3, ein Elektrolyt 4 sowie eine Anode 5.

Wie sich dies auch aus Fig. 1 und insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, weist jedes Kontaktkissen 1 eine innere Kissenfüllung 6 auf und einen mit 7 bezeichneten Kissenbe­ zug, der elektrisch leitend ist, nachgiebig bzw. elastisch und selbstverständlich auch gasdurchlässig ist. Die Füllung 6 ist dabei insbesondere elastisch und gasdurchlässig, sie kann je nach Material elektrisch leitend sein.

Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, ist das Kontaktkissen 1 in der Lage, freie Oberflächen, in Fig. 2 und 3 übertrie­ ben dargestellt und mit 8 bezeichnet, auszugleichen, derart, daß sich insbesondere der Kissenbezug 7 vollständig allen Unebenheiten der Oberflächenart angleicht.

Erkennbar ist es damit nicht notwendig, starre Bipolarplat­ ten vorzusehen mit den eingangs beschriebenen Nachteilen, daß diese ebenso absolut eben ausgebildet sein müssen wie die Elektroden 3 bzw. 5.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen.

So kann, statt wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt, der Kissenbezug nicht nur an zwei gegenüberliegenden Rand­ bereichen zusammengefalzt sein, er kann auch umlaufend ge­ schlossen ausgebildet sein oder als gefaltetes Blech oder nur an einer Seite zusammengefügt sein u. dgl. mehr.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtem­ peratur-Brennstoffzellen, insbesondere zur Zwischenlage zwischen den Elektroden und den Bipolarplatten oder Trenn­ platten, dadurch gekennzeichnet, daß sie als elektrisch leitendes, elastisches und gasdurch­ lässiges Kontaktkissen (1) mit einer verformbaren Oberflä­ chenstruktur (7) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kissenfüllung (6) ein hochelastischer Metallfilz oder Metallgewebe vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kissenbezug (7) ein Metallgewebe, -gestrick, -gewirk, ein Streckmetall oder perforiertes Blech vorgese­ hen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kissenbezug (7) aus einem elektrisch leitenden, bei Temperaturen von bis zu 900°C keine Oxidschicht bildenden Material oder aus einem bei Temperaturen bis zu 900°C ein elektrisch leitendes Oxid bildenden Material gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Kissenbezug (7) eine Stromlei­ tung von einer Kissenoberfläche um die Kissenfüllung herum zur anderen Kissenoberfläche ermöglicht.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kissenbezug (7) aus wenigstens an einer Randseite miteinander verbundenen Metallgeweben oder Streckmetallfo­ lien gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kissenbezug (7) aus einem Edelmetall, wie bei­ spielsweise Silber oder Edelmetall-Legierungen, oder aus Kupfer/Nickel gebildet ist, während die Kissenfüllung (6) aus einer preiswerten Legierung, wie beispielsweise Heizleiter­ legierungen, Keramikfasern, Keramikpulvern oder Metallpulvern für sich alleine oder in Kombination besteht.

8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Aufbringung optimaler flächiger Kontakte in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit Elektroden und Bi­ polar- oder Trennplatten in einer mehrfachen, wechselnden Folge.

9. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrer Art, insbesondere Geometrie, Material, Mach­ art, Porösität, unterschiedliche Kontaktkissen (1) für die Anode und die Kathode eingesetzt werden.