DE69022244T2 - Stromkollektor für brennstoffzellen. - Google Patents

Stromkollektor für brennstoffzellen.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf Stromkollektoren für Flüssigkarbonat-Brennstoffzellen und auf Flüssigkarbonat-Brennstoffzellen, die einen derartigen Stromkollektor aufweisen, und insbesondere auf einen Kollektor, der zur Verwendung mit zerbrechlichen Elektroden geeignet ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein Brennstoffzellenstapel besteht aus einer Mehrzahl von einzelnen Brennstoffzellen, welche in elektrischer Hinsicht seriell zueinander gestapelt sind. Eine Trennplatte trennt jede Brennstoffzelle. Eine Elektrode, wie z.B. eine Anode, ist neben einer Trennplatte angeordnet, der eine Matrix folgt, die einen Elektrolyt aufweist. Über der Matrix befindet sich eine weitere Elektrode in der Form einer Kathode, der eine weitere Trennplatte folgt. Die Anordnungen sind hergestellt, um Reaktionspartner in der Form von Brennstoff und Oxidationsmittel durch offene Räume zu leiten, die zwischen den Trennplatten und einer entsprechenden Elektrode vorgesehen sind.
  • Der Elektrolyt diffundiert durch die Elektrode, derart, daß eine Reaktion zwischen dem Brennstoff und dem Elektrolyt auf der Oberfläche einer Elektrode stattfindet, während eine andere Reaktion zwischen dem Oxidationsmittel und dem Elektrolyt an der Oberfläche der anderen Elektrode stattfindet. Diese Reaktionen und die Details der Elektroden und des Elektrolyts, wie auch die Matrix, die den Elektrolyt hält, sind wohlbekannt.
  • Die Materialauswahl für jede Komponente ist durch die Korrosionswiderstandsfähigkeit des Materials gegenüber der speziellen Substanz in der Brennstoffzelle sowie durch den Temperaturpegel, bei dem die Brennstoffzelle arbeitet, begrenzt. Für jede Komponente muß daher ein Material ausgewählt werden, das der Korrosion widersteht.
  • Gemäß der chemischen Reaktion der Brennstoffzelle muß ein Elektronenfluß zwischen benachbarten Brennstoffzellen auftreten. Demgemäß müssen die Komponenten eine gute elektrische Leitfähigkeit liefern, um den Fluß ohne Wärmeverlust zu ermöglichen, und dieselben müssen ebenfalls in einem guten elektrischen Kontakt stehen, damit sie den Strom weiterleiten.
  • Eine axiale Preßbelastung muß auf den Stapel ausgeübt werden, damit ein geeigneter Kontakt in der ganzen Zelle während Temperaturübergängen und unterschiedlichen Ausdehnungen in unterschiedlichen Bereichen beibehalten wird.
  • In Flüssigkarbonatzellen tendiert die Kathode dahin, zerbrechlich und schotterartig zu sein. Gebräuchlichere Einrichtungen zum Schaffen eines Gasflußwegs zwischen der Trennplatte und der Elektrode können nicht verwendet werden. Elektroden, die mit Rillen hergestellt sind, die sich durch dieselben erstrecken, um diesen Gasraum zu schaffen, weisen eine ungenügende Stärke auf, um zu überleben.
  • Es wird ferner angemerkt, daß der Reaktionspartner nicht nur einen Zutritt zu dem Gasraum besitzen muß, sondern daß derselbe in einem durchgehenden Fluß durch den Gasraum fließen muß. Um unpassend hohe Druckabfälle und Geschwindigkeiten zu vermeiden, muß ein ausreichender Flußbereich erreicht werden. Dies muß derart erreicht werden, daß das Gas einen vernünftigen Zugang zu der Elektrode selbst besitzt, ohne daß die Elektrode von irgendeiner Vorrichtung, welche in Kontakt mit derselben ist, wesentlich überdeckt wird.
  • Bei Flüssigkarbonat-Zellen gemäß dem Stand der Technik stellte die Kathode ein besonderes Problem dar. Ein Stromkollektor zum Leiten der Elektronen von der Kathode zu der Trennplatte muß bereitgestellt werden, und zwar auf eine Art und Weise bereitgestellt werden, um einen Gaszugang zu der Kathode und einen ausreichenden Flußraum zu erlauben, um einen geeignet niederen Druckabfall zu erreichen.
  • Gemäß dem Stand der Technik ist eine perforierte Platte mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche in Kontakt mit der Kathode positioniert, um als Träger zu wirken und einen guten elektrischen Kontakt zu schaffen. Ein gefaltetes Stück Kintex, welches allgemein in der Form einer Metallriefelung mit Öffnungen durch dasselbe vorliegt, ist zwischen der perforierten Platte und der Trennplatte positioniert. Dies schafft einen Durchgang für das Reaktionsgas, wobei eine derartige Anordnung viele Stücke erfordert, gewöhnlich mit einer Materialanforderung, die das 2,6-fache der Fläche der Kathode beträgt. Die Anordnung erfordert ebenfalls einen zusätzlichen vertikalen Raum, da zusätzlich zur Flußfläche, die durch das Kintex blockiert ist, die Dicke der perforierten Platte existiert, welche für einen transversalen Fluß nicht verfügbar ist. Die Anordnung umfaßt ferner eine zusätzliche elektrische Kontaktverbindung zwischen der perforierten Platte und dem Kintex.
  • Die JP-A-1 279 573 offenbart eine Plattenstruktur, die an einer Oberfläche derselben mit der Trennplatte zwischen benachbarten Brennstoffzellen verbunden ist. Die Plattenstruktur besteht aus einzelnen geriefelten Platten, welche derart angeordnet sind, daß die Riefelungen jeder einzelnen Platte bezüglich der Riefelungen der benachbarten Platten verschoben sind.
  • Aus der JP-A-1 117 275 ist eine Elektrodenträgerstruktur für Flüssigkarbonat-Brennstoffzellen bekannt. Die Trägerstruktur weist ausgesparte Abschnitte, die bezüglich der Elektrodenoberfläche offen sind, und erhöhte Abschnitte auf, die bezüglich der Trennplattenoberfläche offen sind, wobei die ausgesparten und erhöhten Abschnitte in einem Schachbrettmuster angeordnet sind.
  • Wie bereits beschrieben wurde, befindet sich die Brennstoffzelle unter Druck bei einer Belastung von mindestens 170 Kilopascal. Der Stromkollektor sollte eine ausreichende Flexibilität aufweisen, um einen Kontakt bei Temperaturübergängen beizubehalten, und derselbe sollte eine ausreichende Flexibilität aufweisen, um Herstellungstoleranzen aufzunehmen. Derselbe sollte diese Belastung ohne übermäßiges Kriechen aufnehmen.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Stromkollektor für eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle geschaffen, welche die Merkmale aufweist, die in Anspruch 1 genannt sind.
  • Ferner wird eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle geschaffen, die die Merkmale aufweist, die in Anspruch 5 genannt sind.
  • Spezielle bevorzugte Ausführungsbeispiele des Stromkollektors und der Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Brennstoffzelle weist eine Mehrzahl von Trennplatten und eine Mehrzahl von Elektroden auf. Ein Stromkollektor ist zwischen einer Elektrode und einer Trennplatte positioniert. Eine planare Oberfläche der Kollektorplatte stößt an die Elektrode an, während eine Mehrzahl von Bögen, die aus der Platte gebildet sind, an die Trennplatte anstoßen. Wenn sich die Brennstoffzellen unter einer axialen Preßwirkung befinden, widerstehen diese Bögen der Belastung, halten einen elektrischen Kontakt aufrecht und schaffen einen Flußweg für die Reaktionspartner.
  • Jeder Bogen weist Beine in einem stumpfen Winkel bezüglich der planaren Platte und einen etwas gekrümnten Balken auf, der sich im wesentlichen parallel zu der Platte befindet. Dieselben sind in einem Schachbrettmuster angeordnet und transversal zum Reaktionspartnerfluß positioniert.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Explosionsansicht einer Zelle einer Brennstoffzellenanordnung;
  • Fig. 2 ist eine Draufsicht der Kollektorplatte;
  • Fig. 3 ist eine Schnittansicht durch 3-3 von Fig. 2;
  • Fig. 4 ist ein Schnitt durch 4-4 von Fig. 2;
  • Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bogens der Kollektorplatte;
  • Fig. 6 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts der Kollektorplatte;
  • Fig. 7 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts der Kollektorplatte eines anderen Ausführungsbeispiels; und
  • Fig. 8 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel dar, bei dem eine Kollektorplatte benachbart zu sowohl der Kathode als auch der Anode positioniert ist.
  • Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • In Fig. 1 ist eine Brennstoffzelle 10 gezeigt, bei der eine Trennplatte 12 zwischen der Brennstoffzelle 10 und einer benachbarten Zelle positioniert ist. Eine herkömmliche Anode 14 ist mit sich longitudinal erstreckenden Rillen gebildet, wobei sich eine Matrix 18, welche einen Elektrolyt enthält, in Kontakt mit der Anode 14 befindet. Ein Brennstoff 16 fließt zwischen der Anode und der Trennplatte.
  • Eine Kathode 20 befindet sich ebenfalls in Kontakt mit dem Elektrolyten, diese Kathode ist jedoch aus Nickel gebildet, welcher zu Nickeloxid oxidiert ist, und welcher zerbrechlich und eine schotterartige Substanz ist. Es ist nicht möglich, dieselbe wie die Anode 14 zu bilden, weswegen dieselbe demgemäß auf beiden Seiten flach ist. Eine Kollektorplatte 22 weist eine planare Oberfläche 24 auf, die sich in Kontakt mit der Kathode befindet. Die erhöhten Bögen, die nachfolgend diskutiert werden, befinden sich in Kontakt mit der nächsten Trennplatte 25. Ein Oxidationsmittel 17 fließt zwischen der Kathode 20 und der Trennplatte. Dem folgt eine sich wiederholende Zelle von identischer Struktur.
  • Der Stromkollektor 22, der in Fig. 2 gezeigt ist und aus einem rostfreien Stahl der Dicke 0,25 mm und des Typs 310 gebildet ist, weist eine Gesamtgröße von 30 cm x 27 cm auf. Weitere Materialien, welche diese Umgebung aushalten können, umfassen einen rostfreien Stahl vom Typ 316 und Incoloy 825. Eine Mehrzahl von Bögen 26 und 28 sind gebildet, indem das Plattenmaterial verformt wird. Jeder Bogen weist eine nominelle Höhe 30 von der Oberfläche der Platte aus von 1,63 mm auf. Die Gesamtlänge 32 jeder gestanzten Öffnung und demgemäß eines Schlitzes 34, der dadurch gebildet ist, beträgt 4,83 mm. Diese sind bei einem Abstand 36 von 6,22 mm gebildet. Die Plattendicke 38 beträgt 0,25 mm.
  • Es ist zu sehen, daß die verschiedenen Bögen 26 und 28 an abwechselnden Positionen in benachbarten Reihen positioniert sind, wodurch ein Schachbrettmuster gebildet ist. Dieselben sind ebenfalls positioniert, wobei sich der Balkenabschnitt 40 jedes Bogens senkrecht zur Richtung des Reaktionsmittelflusses 17 befindet, der durch den Stromkollektor und in dem Gasraum zwischen der Kathode und der Trennplatte fließt. Dies schafft eine Flußbedingung mit niederem Druckabfall. Die Breite jedes Bogens 42 beträgt 1,52 mm, während der Abstand 44 in dieser transversalen Richtung 2,95 mm beträgt.
  • Die gesamte gestanzte Fläche macht 40% der Plattenfläche aus und sollte vorzugsweise zwischen 30 und 45% liegen.
  • Es ist zu sehen, daß die maximale nicht unterstützte Breite der Elektrode an einem beliebigen Standort 1,52 mm beträgt. Bei einer derartig zerbrechlichen und schotterartigen Elektrode ist es wichtig, diesen Abstand auf einem Minimum zu halten, welcher abhängig von den Eigenschaften der speziellen Elektrode variieren wird. Als allgemeine Regel sollte diese Breite von 1,52 mm nicht überschritten werden.
  • In Fig. 5 ist ein Querschnitt des Bogens detaillierter zu sehen. Die nominelle Gesamthöhe 30 von 1,63 mm ist gezeigt. Der Balken 40 des Bogens weist eine leicht gekrümmte Form auf, die sich eine Abmessung 46 von 0,008 mm zur Trennplatte hin erstreckt. Diese Abmessung sollte vorzugsweise 5 % der Spannweite des Balkens 40 nicht überschreiten.
  • Jedes Bein 48 des Bogens erstreckt sich bei einem Winkel 50 von 60º bezüglich der planaren Oberfläche 52 nach oben. Wie vorher beschrieben wurde, befindet sich die Brennstoffzellenanordnung unter einer Preßbelastung von mindestens 1,58 Kilopascal pro mm². Dieser Winkel 50 sollte vorzugsweise mindestens 50º betragen, um eine geeignet steife Unterstützung zu schaffen, während es ein Winkel, der 70º überschreitet, schwierig wenn nicht unmöglich macht, den Balken aus dem Material hauptsächlich in Ausrichtung mit der planaren Oberfläche 52 zu bilden. Der Balken ist mit einem Radius 54 von 0,75 mm gebildet, wobei die Schnittstelle zwischen dem Bein 48 und dem Balken 40 ebenfalls einen Radius 56 von 0,75 mm aufweist.
  • Das Bein 48 soll steif sein, um die geeignete Preßbelastung aufzunehmen. Die Biegungen 58 und 60 sind jedoch mit dem Radius versehen, welcher unter schwerer Belastung eine Flexibilität in dem Bogen erlaubt, damit zu allen Zeiten ein wesentlicher Druckkontakt beibehalten wird. Der leichte Bogen in dem Balken schafft eine viel weichere Feder, welche den elektrischen Kontakt mit der Trennplatte selbst bei der Entspannung der Belastung beibehält, der durch die Flexibilität der Gesamtstruktur nicht gefolgt werden könnte.
  • Fig. 6 ist eine stark vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Kollektorplatte. Die Bögen 26 und 28 sind gezeigt und die vorher beschriebene Länge und der vorher beschriebene Zwischenraum der Bögen liefert einen Abstand 62 von 1,40 mm. Mit der vorher beschriebenen Bogenbreite von 1,52 mm und einem Zwischenraum von 2,95 mm beträgt die Abmessung 64 zwischen benachbarten Bögen 1,43 mm.
  • Die gestrichelte Linie 66 zeigt den blockierten Abschnitt, an dem das Gas die Elektrode nicht kontaktieren kann, wobei derselbe einen Abstand von etwa 0,7 mm von dem am nächsten liegenden Gasraum aufweist. Bei einer ausreichend dicken Elektrode kann vernünftigerweise erwartet werden, daß das Gas ohne übermäßige Verluste zu dem blockierten Abschnitt der Elektrode fließt. Es wird angemerkt, daß das Dreieck 68 ein Teil der Anordnung ist, an dem die Blockade diesen Abstand von 0,7 mm überschreitet.
  • Besonders bei der Verwendung einer dünnen Elektrode können Modifikationen durchgeführt werden, um aufgrund des schwierigeren Transportes diesen blockierten Raum zu minimieren. Eine derartige Anordnung ist in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 mit einer anderen Kollektorplatte gezeigt, bei dem die offene Fläche 38% der Plattenfläche beträgt. Jeder Bogen 26 und 28 weist wiederum eine Gesamtbreite 70 von 1,5 mm auf. Die früher beschriebenen Abmessungen in der Richtung parallel zu den Balken werden beibehalten. Der Zwischenraum 72 der Bögen wird jedoch auf 3,81 mm erhöht. Der Raum 64 zwischen benachbarten Reihen von Bögen beträgt nun 2,29 mm. Eine Mehrzahl von gestanzten Löchern 76 mit einem Durchmesser von 0,75 mm sind vorhanden, wobei für jeden Bogen vier Löcher vorhanden sind. Der Abstand 78 von der Mittellinie jedes Lochs zu einem benachbarten Schlitz beträgt 1,14 mm. Der Zwischenraum der einzelnen Löcher 80 beträgt 1,6 mm.
  • Insbesondere sollte angemerkt werden, daß ein Loch 82 in der Mitte der benachbarten Fläche 84 zwischen benachbarten sich in einer Reihe befindenden Bögen ausgerichtet ist. Dieses Loch ist in der Fläche des kritischen Raums 68, der in Fig. 6 gezeigt ist, angeordnet.
  • Fig. 8 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel dar, bei dem benachbart zu sowohl der Kathode als auch der Anode eine Kollektorplatte positioniert ist. Die Kathodenkollektorplatte 22 weist die Bögen 26 mit den Balken 40 auf, die an der Trennplatte 25 anstoßen.
  • Eine Anodenkollektorplatte 90 weist Bögen 92 mit Balken 94 auf, die an der Trennplatte 25 anstoßen. Die Balken 40 und 92 sind bezüglich der Brennstoffzellenachse koaxial positioniert. Der Preßbelastung wird daher ohne Biegen der Trennplatten widerstanden.
  • Die Balken 40 und 92 sind angeordnet, wobei die Länge jedes Balkens senkrecht zu den Flüssen 96 bzw. 98 der Reaktionspartner ist. Ein Druckabfall des Reaktionspartnerflusses wird daher minimiert.
  • Die Kollektorplatte des einstückigen Aufbaus, die aus einer flachen Platte geprägt ist, benötigt keine doppelt dicken Abschnitte, welche einen Reaktionspartnerfluß einschränken würden. Ein stabiler und durchgehender elektrischer Kontakt wird selbst bei thermischen Übergangszuständen beibehalten. Die Reaktionspartnerdurchgänge stellen für den Fluß, der durch dieselben fließt, einen niedrigen Druckabfall dar.

Claims (10)

1. Ein Stromkollektor (22) für eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle (10) mit folgenden Merkmalen:
einer Platte mit einer planaren Oberfläche (24), die benachbart und in Kontakt mit einer Elektrode (14, 20) der Zelle (10) angeordnet ist;
einer Mehrzahl von verformten Bögen (26, 28), die durch das Verformen von Plattenmaterial gebildet werden, wobei die Bögen (26, 28) eine Breite (42) besitzen, die wesentlich geringer als die Breite der Platte ist, und die dadurch eine Mehrzahl von gestanzten Schlitzen (34) in der planaren Oberfläche (24) bilden; und
wobei jeder der verformten Bögen (26, 28) ein Paar von steifen Trägerbeinen (48) in einem Winkel zwischen 50º und 700 bezüglich der planaren Oberfläche (24) und einen zur planaren Oberfläche (24) im wesentlichen parallelen Balken aufweist, wobei der Balken (40) jedes Bogens (26, 28) eine leicht gekrümmte Form besitzt und sich in die Richtung einer Trennplatte (12, 25) der Zelle (10) erstreckt und in Kontakt mit derselben angeordnet ist, wobei die steifen Trägerbeine (48) und die gekrümmte Form der Bögen (26, 28) angepaßt sind, um eine Preßbelastung aufzunehmen und eine Flexibilität der Bögen (26, 28) unter schwerer Belastung zu ermöglichen.
2. Ein Stromkollektor (22) gemäß Anspruch 1,
bei dem sich die gekrümmte Form um einen Abstand (46) von nicht mehr als 5 % der Spannweite des Balkens (40) nach oben erstreckt.
3. Ein Stromkollektor (22) gemäß Anspruch 1 oder 2 mit
einer Mehrzahl von gestanzten Löchern (76, 82) in dem Plattenmaterial zwischen den Positionen der gestanzten Schlitze (34).
4. Ein Stromkollektor (22) gemäß Anspruch 3, bei dem
die Mehrzahl der verformten Bögen (26, 28) an alternierenden Positionen in benachbarten Reihen positioniert sind, wobei sie ein Schachbrettmuster bilden; und
eines (82) der gestanzten Löcher (76, 82) in der Platte auf gleicher Höhe mit der Mitte jedes benachbarten Gebietes (84) zwischen benachbarten, auf einer Linie liegenden Bögen (26, 28) und zwischen benachbarten Reihen der Bögen (26, 28) positioniert ist.
5. Eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle (10) mit folgenden Merkmalen:
einer Mehrzahl von Trennplatten (12, 25);
einer Mehrzahl von Anoden (14);
einer Mehrzahl von Kathoden (20);
einer Einrichtung zum Zuführen eines Reaktionspartners zwischen jede Elektrode (14, 20) und Trennplatte (12, 25);
einem Stromkollektor (22) zur Positionierung zwischen einer Elektrode (14, 20) und einer Trennplatte (12, 25);
einer Mehrzahl von Elektroden-Stromkollektoren (22), von denen jeder zur Positionierung zwischen jeder Elektrode (14, 20) und der benachbarten Trennplatte (12, 25) dient, wobei jeder Elektroden-Stromkollektor (22) folgende Merkmale aufweist:
eine Platte mit einer planaren Oberfläche (24), die benachbart und in Kontakt mit einer Elektrode (14, 20) ist;
eine Mehrzahl von verformten Elektroden-Kollektorplatten-Bögen (26, 28), die durch das Verformen von Plattenmaterial gebildet werden, wobei die Bögen eine Breite (42) besitzen, die wesentlich geringer als die Breite der Platte ist, und welche dadurch eine Mehrzahl von gestanzten Schlitzen (34) in der planaren Oberfläche (24) bilden; und
wobei jeder der verformten Elektroden-Kollektorplatten- Bögen (26, 28) ein Paar von steifen Trägerbeinen (48) in einem Winkel zwischen 50º und 70º bezüglich der planaren Oberfläche (24) und einen Elektroden-Kollektorbalken (40), der im wesentlichen parallel zur planaren Oberfläche (24) liegt, aufweist, wobei der Balken (40) jedes Bogens (26, 28) eine leicht gekrümmte Form besitzt, die sich in die Richtung der benachbarten Trennplatte (12, 25) erstreckt und mit derselben in Kontakt ist, wobei die steifen Trägerbeine (48) eine Druckbelastung aufnehmen und die gekrümmte Form der Bögen (26, 28) unter schwerer Belastung während des Betriebs der Brennstoffzelle eine Flexibilität in den Bögen zuläßt.
6. Eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle (10) gemäß Anspruch 5 mit:
einer Mehrzahl von Kathoden-Stromkollektor-Platten (22), jede zur Positionierung zwischen jeder Kathode (20) und der benachbarten Trennplatte (25), wobei jede Kathoden- Kollektorplatte (22) folgende Merkmale aufweist:
eine Kathodenplatte (22) mit einer planaren Kathodenoberfläche (24), die benachbart und in Kontakt mit einer Kathode (20) ist;
eine Mehrzahl von verformten Kathoden-Kollektorplatten- Bögen (26, 28), die durch das Verformen von Plattenmaterial gebildet werden, wobei die Bögen eine Breite (42) besitzen, die wesentlich geringer als die Breite der Platte ist, und die dadurch eine Mehrzahl von gestanzten Schlitzen (34) in der planaren Oberfläche der Kathode (24) bilden; wobei
jeder der verformten Kathoden-Kollektorplatten-Bögen (26, 28) ein Paar von steifen Trägerbeinen (48) in einem Winkel zwischen 50º und 70º bezüglich der planaren Kathodenoberfläche (24) und einen Kathoden-Kollektorbalken (40), der im wesentlichen parallel zur planaren Kathodenoberfläche (24) ist, aufweist, wobei der Balken (40) jedes Bogens (26, 28) eine leicht gekrümmte Form besitzt, die sich in die Richtung der benachbarten Trennplatte (25) erstreckt und mit derselben in Kontakt ist.
7. Eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle (10) gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der
jeder Elektroden-Kollektorbalken (40) koaxial bezüglich der Brennstoffzellenachse positioniert ist, wodurch der Druckbelastung ohne Biegen der Trennplatten (12, 25) widerstanden wird.
8. Eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle (10) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7, bei der
die Mehrzahl von verformten Elektroden-Bögen (26, 28) jeweils mit der Länge ihres entsprechenden Balkens (40) rechtwinklig zum Fluß des Reaktionspartners über den entsprechenden Stromkollektoren (22) positioniert sind.
9. Eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle (10) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 8, bei der die Stromkollektoren (22)
eine Mehrzahl von gestanzten Löchern (76, 82) in dem Elektrodenplattenmaterial zwischen den Positionen der gestanzten Schlitze (34) aufweisen.
10. Eine Flüssigkarbonat-Brennstoffzelle (10) gemäß Anspruch 9, bei der
die Mehrzahl der verformten Bögen (26, 28) an alternierenden Positionen in benachbarten Reihen angeordnet sind, wobei dieselben ein Schachbrettmuster bilden; und
eines (82) der gestanzten Löcher (76, 82) in der Elektrodenplatte auf gleicher Höhe mit der Mitte jedes benachbarten Gebietes (84) zwischen den benachbarten, auf einer Linie liegenden Bögen (26,28) und zwischen den benachbarten Reihen der Bögen (26, 28) positioniert ist.
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WO (1) WO1991008595A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004016494A1 (de) * 2004-04-03 2005-10-20 Mtu Cfc Solutions Gmbh Brennstoffzellenanordnung
DE112010002739B4 (de) 2009-03-31 2022-02-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzelle

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1000218C2 (nl) * 1995-04-25 1996-10-28 Stichting Energie Fluïdumverdeelinrichting.
US5795665A (en) * 1996-08-19 1998-08-18 Energy Research Corporation Fuel cell sub-assembly with a plurality of dimples
EP0925613B1 (de) 1996-09-04 2003-01-15 Siemens Aktiengesellschaft Zwischenelement zur thermischen, elektrischen und mechanischen verbindung zweier teile
US5976726A (en) 1997-05-01 1999-11-02 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical cell with fluid distribution layer having integral sealing capability
AU735079B2 (en) * 1997-06-10 2001-06-28 Chaozhou Three-Circle (Group) Co., Ltd. A fuel cell assembly
AUPO724997A0 (en) * 1997-06-10 1997-07-03 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell assembly
US6127055A (en) * 1997-11-19 2000-10-03 Simmons, Jr.; Timothy C. Multi-source electrical drive system
US6383677B1 (en) 1999-10-07 2002-05-07 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell current collector
US6777126B1 (en) 1999-11-16 2004-08-17 Gencell Corporation Fuel cell bipolar separator plate and current collector assembly and method of manufacture
US6602626B1 (en) 2000-02-16 2003-08-05 Gencell Corporation Fuel cell with internal thermally integrated autothermal reformer
WO2001071842A2 (en) 2000-03-17 2001-09-27 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell stack assembly
US6677069B1 (en) * 2000-08-18 2004-01-13 Hybrid Power Generation Systems, Llc Sealless radial solid oxide fuel cell stack design
US6815116B2 (en) * 2001-03-08 2004-11-09 The Regents Of The University Of California Flexible interconnects for fuel cell stacks
JP2002313372A (ja) * 2001-04-09 2002-10-25 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池用セパレータ
US6492045B1 (en) * 2001-06-26 2002-12-10 Fuelcell Energy, Inc. Corrugated current collector for direct internal reforming fuel cells
US7122266B2 (en) * 2001-09-13 2006-10-17 Ngk Insulators, Ltd. Holding member for holding an electrochemical cell, a holding substrate for the same, an electrochemical system and a connecting member for electrochemical cells
AU2003207855A1 (en) * 2002-02-05 2003-09-02 Gencell Corporation Silane coated metallic fuel cell components and methods of manufacture
JP4324348B2 (ja) * 2002-06-28 2009-09-02 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4324347B2 (ja) * 2002-06-28 2009-09-02 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4324409B2 (ja) * 2002-08-28 2009-09-02 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6772617B1 (en) 2003-01-24 2004-08-10 Gencell Corporation Method and apparatus for in-situ leveling of progressively formed sheet metal
US20050221138A1 (en) * 2004-04-01 2005-10-06 General Electric Company Fuel cell system
JP4639744B2 (ja) * 2004-10-07 2011-02-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US7833645B2 (en) * 2005-11-21 2010-11-16 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell and method of forming a fuel cell
US20080032174A1 (en) * 2005-11-21 2008-02-07 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cells and electrodes
US20080199751A1 (en) * 2007-02-20 2008-08-21 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Bipolar plate for an air breathing fuel cell stack
US8026020B2 (en) * 2007-05-08 2011-09-27 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell stack and fuel cell stack module
US9293778B2 (en) 2007-06-11 2016-03-22 Emergent Power Inc. Proton exchange membrane fuel cell
JP4924829B2 (ja) * 2007-07-10 2012-04-25 トヨタ車体株式会社 燃料電池用セパレータ
US8003274B2 (en) * 2007-10-25 2011-08-23 Relion, Inc. Direct liquid fuel cell
JP2009277390A (ja) * 2008-05-12 2009-11-26 Central Res Inst Of Electric Power Ind 燃料電池の流路板及びこれを用いた燃料電池
JP5880822B2 (ja) * 2011-10-31 2016-03-09 日産自動車株式会社 燃料電池スタック
JP5915971B2 (ja) * 2012-04-25 2016-05-11 日産自動車株式会社 燃料電池スタック
DE202015104300U1 (de) * 2015-08-14 2016-08-19 Reinz-Dichtungs-Gmbh Separatorplatte für ein elektrochemisches System
US20200176787A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Flow Field Baffle For Molten Carbonate Fuel Cell Cathode
WO2020112806A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Layered cathode for molten carbonate fuel cell
KR102629136B1 (ko) * 2018-11-30 2024-01-29 엑손모빌 테크놀로지 앤드 엔지니어링 컴퍼니 용융 탄산염 연료 전지용 캐쏘드 콜렉터 구조체
CN116885241A (zh) * 2018-11-30 2023-10-13 燃料电池能有限公司 用于熔融碳酸盐燃料电池的燃料电池分级
WO2020112834A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Fuel cell staging for molten carbonate fuel cells
WO2020112770A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Regeneration of molten carbonate fuel cells for deep co 2 capture
WO2020112812A1 (en) 2018-11-30 2020-06-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with enhanced co 2 utilization
KR102610181B1 (ko) 2018-11-30 2023-12-04 퓨얼셀 에너지, 인크 향상된 co2 이용률로 작동되는 연료 전지를 위한 촉매 패턴의 개질
US11424469B2 (en) 2018-11-30 2022-08-23 ExxonMobil Technology and Engineering Company Elevated pressure operation of molten carbonate fuel cells with enhanced CO2 utilization
CN114830387A (zh) 2019-11-26 2022-07-29 埃克森美孚技术与工程公司 燃料电池模块组件和使用该燃料电池模块组件的系统
US11335937B2 (en) 2019-11-26 2022-05-17 Exxonmobil Research And Engineering Company Operation of molten carbonate fuel cells with high electrolyte fill level
US11978931B2 (en) 2021-02-11 2024-05-07 ExxonMobil Technology and Engineering Company Flow baffle for molten carbonate fuel cell
DE102021108876B4 (de) 2021-04-09 2023-10-19 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrochemisches System
KR20240076488A (ko) * 2022-11-22 2024-05-30 주식회사진영정기 십자형 성형부를 갖는 고체산화물 연료전지용 집전체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1362289A (en) * 1920-05-24 1920-12-14 Daniel A Grieb Storage-battery separator
US1549748A (en) * 1921-11-18 1925-08-18 Luthy Storage Battery Corp Battery
US3758342A (en) * 1967-11-20 1973-09-11 Sony Corp Metal fuel battery and system
FR2302600A1 (fr) * 1975-02-25 1976-09-24 Inst Francais Du Petrole Nouveau perfectionnement aux piles a combustible
US4169917A (en) * 1978-07-10 1979-10-02 Energy Research Corporation Electrochemical cell and separator plate thereof
JPS5679819A (en) * 1979-11-30 1981-06-30 Matsushita Electric Works Ltd Operating mechanism for switch
US4401530A (en) * 1981-09-28 1983-08-30 Diamond Shamrock Corporation Electrode
US4411968A (en) * 1981-09-30 1983-10-25 United Technologies Corporation Molten carbonate fuel cell integral matrix tape and bubble barrier
US4548876A (en) * 1984-10-17 1985-10-22 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Integrated current collector and catalyst support
JPS61109262A (ja) * 1984-11-01 1986-05-27 Hitachi Ltd 燃料電池
FR2576325B1 (fr) * 1985-01-22 1990-02-16 Srti Soc Rech Tech Ind Electrode, ensemble d'electrode porte-electrode, son procede de realisation, electrolyseur et pile a combustible comportant ladite electrode
JPS61279068A (ja) * 1985-06-05 1986-12-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 溶融炭酸塩燃料電池
JPH0810600B2 (ja) * 1986-09-30 1996-01-31 株式会社日立製作所 積層形燃料電池用セパレータ
JPH01279573A (ja) * 1988-05-02 1989-11-09 Hitachi Ltd 燃料電池用セパレータ
JPH02160371A (ja) * 1988-12-13 1990-06-20 Toshiba Corp 燃料電池のガスチャンネル

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004016494A1 (de) * 2004-04-03 2005-10-20 Mtu Cfc Solutions Gmbh Brennstoffzellenanordnung
DE102004016494B4 (de) * 2004-04-03 2010-01-07 Mtu Onsite Energy Gmbh Brennstoffzellenanordnung
DE112010002739B4 (de) 2009-03-31 2022-02-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzelle

Also Published As

Publication number Publication date
DE69022244D1 (de) 1995-10-12
DK0502125T3 (da) 1996-01-29
JP3023171B2 (ja) 2000-03-21
ES2079637T3 (es) 1996-01-16
WO1991008595A1 (en) 1991-06-13
CA2068865A1 (en) 1991-05-25
EP0502125B1 (de) 1995-09-06
US4983472A (en) 1991-01-08
JPH05503606A (ja) 1993-06-10
EP0502125A1 (de) 1992-09-09

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