EP0753209A1 - Metallische bipolare platte für ht-brennstoffzellen und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Metallische bipolare platte für ht-brennstoffzellen und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number
EP0753209A1
EP0753209A1 EP95913874A EP95913874A EP0753209A1 EP 0753209 A1 EP0753209 A1 EP 0753209A1 EP 95913874 A EP95913874 A EP 95913874A EP 95913874 A EP95913874 A EP 95913874A EP 0753209 A1 EP0753209 A1 EP 0753209A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bipolar plate
chromium
enriched
alloy
bipolar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95913874A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Willem J. Quadakkers
Ferdinand Baumanns
Hubertus Nickel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP0753209A1 publication Critical patent/EP0753209A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H01M8/021—Alloys based on iron
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a metallic bipolar plate for HT fuel cells.
  • the HT fuel cell Solid Oxide Fuel Cell - SOFC
  • the fuel H 2 , CH ⁇ CO, etc
  • the oxidizing agent O2 air
  • an oxygen-conducting solid electrolyte Y -stabilized ZrC> 2
  • ⁇ J etrennt "be i operating temperature of the cell (/ 950 ° C) are passed from the cathode side through the electrolyte oxygen ions react at the anode with the fuel. Because of the charge balance, an electron current flows in the same direction.
  • the electrolyte must be coated with porous, catalytically active electrode materials.
  • the anode fuel side
  • the cathode oxygen side
  • the voltage that can be tapped from a single cell is quite low ( ⁇ 1V).
  • the bipolar plate or the interconnector
  • the bipolar plate in the SOFC concepts discussed today is a few millimeters thick and, in most concepts, forms not only the gas-supplying connecting link between the individual cells, but also that load-bearing component of the cell (eg EP 0338 823 AI).
  • the bipolar plate must among other things have the following properties:
  • bipolar plate material LaCrC ⁇ -based ceramics and metallic HT materials.
  • the latter have recently been favored for better toughness, better electrical conductivity and easier machinability. Due to the required hot gas corrosion resistance, only Cr 2 C> 3 or Al 2 C> 3-forming HT materials are suitable. Alloys based on NiCr or NiCrAl differ due to the too high coefficient of thermal expansion (& 20-10 k compared to «10 • 10 ⁇ 6 k 1 for electrolyte / electrodes) according to the current state of knowledge in general.
  • FeCrAl (ODS) alloys typically composition. In% by weight: Fe base, 20Cr, 5A1, 0.5Y 2 O 3 ) which form protective A ⁇ C ⁇ cover layers when used with HT.
  • the alloys (2) have the great advantage of low coefficients of thermal expansion, but the relatively rapidly forming thicker Cr 2 O 3 layers tend to flake off, so that the gas flow in the gas ducts can be impaired during long-term operation.
  • a mixture of CrNi alloy and 50 to 85% by weight (based on the mixture) of oxide ceramic is specified as "connecting material" for solid oxide fuel cells in DE 42 42 570 A1, which ceramic ceramic should consist in particular of silicon oxide or aluminum oxide and Setting the thermal expansion coefficient serves special execution details and their possible Behaviors as a bipolar plate, however, are not evident.
  • the aim of the invention is therefore a bipolar plate for HT fuel cells which, despite its excellent corrosion resistance and adapted thermal expansion, shows neither problems with the electrode contact nor with regard to the gas flow.
  • the bipolar plate according to the invention developed for this purpose consists of a chromium oxide-forming alloy with an aluminum-enriched surface layer in the area of the gas guiding surfaces.
  • Chromium, NiCr, FeCr or chromium-nickel alloys are suitable as bipolar plate materials, but chromium-iron alloys are particularly preferred.
  • the aluminum enrichment layer should have a thickness between 20 and 200 ⁇ , in particular 50 to 100 ⁇ .
  • Fig. 1 shows a section through between anode and
  • FIG. 2 shows a detail of the bipolar plate shown in FIG. 1 during manufacture
  • Fig. 3 shows the stacking sequence of bipolar plates with electrodes and between
  • FIG. 3 corresponds to a fuel cell of known design with flat cell stacks (which are shown in disassembled form for illustration).
  • Fig. L shows the bipolar plate 1 made of a Cr-based alloy (eg Cr-5Fe-lY 2 0 3 additives in wt.?) Or (for t ⁇ 900 ° C) made of a high-chromium Fe-based alloy (eg ferritic steel with 20-35 * 3-.% CY).
  • the typical shape (plate a few millimeters thick with gas channels) can be produced in the conventional way by machining a sheet metal material or using a near-net-shape production (near-net-shape process) using powder metallurgical methods (MIM, WPP).
  • the webs 2 on the plate, which form the side walls 3 of the gas channels 4 are initially made slightly higher than is desirable in the final shape in order to take into account the final removal of the Al enrichment layers on the electrode contact surfaces of the webs (end faces).
  • the bipolar plate thus prepared is subjected to a conventional alitation process.
  • the plate is in a powder mixture of an inert material (e.g. Al 2 ⁇ 3.90%), a chloride / fluoride activator (e.g. NaCl or NH 4 C1, 5%) and Al powder (5%) at elevated temperature (600 -1300 ° C) stored under a protective gas atmosphere (eg argon).
  • Typical alitation conditions would be 3 hours at 1000 ° C.
  • an Al-enriched zone is formed on the surfaces of the plate (end faces of the webs and inner surface or walls of the gas channels).
  • a Cr-based alloy is present, e.g. intermetallic phases of the type Cr ⁇ Alg or Cr ⁇ Alg.
  • This Al-enriched layer is removed from the end face of the webs by simple mechanical machining (for example grinding), the initial oversizing (A + B) of which corresponds to the thickness (B) of the material to be ground, which is greater should be as the depth of penetration of the aluminum in the Al-enriched zone.
  • Has composition of the base material eg Cr-based or FeCr-based alloy
  • the bipolar plate thus produced forms the desired layer on Cr 2 on the surface of the webs (ie at the contact points with the electrodes) ⁇ 3 base, while AI2O3 is formed on the walls of the gas channels.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Aus einer chromoxidbildenden Legierung bestehende metallische bipolare Platten für HT-Brennstoffzellen haben im Bereich ihrer Gasleitflächen aluminiumangereicherte Oberflächenschichten, deren Schichtdicke zweckmäßigerweise bei 20 bis 200 νm, insbesondere 50 bis 100 νm liegt. Als chromoxidbildende Legierung werden Cr-, Cr-Ni- oder Cr-Fe-Legierungen bevorzugt, insbesondere eine Chrom-Basis-Legierung wie Cr-5Fe-1Y2O3 oder eine Eisen-Basis-Legierung wie ferritischer Stahl mit 20 bis 35 Gew.-% Cr. Die Oberflächenkontur der bipolaren Platte umfaßt insbesondere durch Stege (2) mit Alektrodenkontakt voneinander getrennte Kanäle (4), deren gasleitende Flächen (3) Al-Anreicherungsschichten aufweisen. Zur Herstellung solcher bipolaren Platten wird die Oberfläche der vorgefertigten Platten insbesondere durch Alitieren mit Aluminium in gewünschter Tiefe angereichert und danach die Aluminiumanreicherungsschicht von den Elektrodenkontaktflächen, insbesondere durch Abschleifen, wieder entfernt.

Description

B e s c h r e i b u n g
Metallische bipolare Platte für HT-Brennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung bezieht sich auf eine metallische bipolare Platte für HT-Brennstoffzellen.
Die HT-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell - SOFC) bietet die Möglichkeit der direkten Umwandlung von chemischer in elektrische Energie: Der Brennstoff (H2, CH^ CO, etc) wird von dem Oxidationsmittel (O2 Luft) durch einen Sauerstoffleitenden Feststoffelektrolyten (Y-stabilisiertes ZrC>2) <Jetrennt« Bei Betriebstem- peratur der Zelle ( /950°C) werden Sauerstoffionen von der Kathodenseite durch den Elektrolyten geleitet, die an der Anode mit dem Brennstoff reagieren. Wegen des Ladungsausgleichs fließt ein Elektronenstrom in gleicher Richtung.
Damit die genannten Reaktionen mit genügend hohen Umsätzen ablaufen können, muß der Elektrolyt mit porösen, katalytisch wirkenden Elektrodenmaterialien beschichtet sein. Im allgemeinen besteht die Anode (Brennstoffseite) aus einem Ni/Zrθ2*-Cermet, die Kathode (Sauerstoffseite) aus LaMn-Perowskit.
Die Spannung, die an einer Einzelzelle abgegriffen werden kann, ist recht niedrig (<1V). Um die SOFC- Technik für die Stromerzeugung nutzen zu können, müssen daher mehrere Zellen zusammengeschaltet werden. Daher ist noch eine weitere Zellkomponente nötig: die bipolare Platte (bzw. der Interkonnektor) . Im Gegensatz zu dem Elektrolyten und den Elektroden, die größenord¬ nungsmäßig 100 μm dick sind, ist die bipolare Platte bei den heute diskutierten SOFC-Konzepten einige Millimeter dick und bildet bei den meisten Konzepten nicht nur das gaszuleitende Verbindungsglied zwischen den Einzelzellen, sondern auch die tragende Komponente der Zelle, (z.B. EP 0338 823 AI).
Bei den avisierten Betriebstemperaturen (T«v950°C) muß die bipolare Platte daher u.a. folgende Eigenschaften besitzen:
1. ausreichende mechanische Festigkeit;
2. Gasdichtigkeit;
3. einfache (kostengünstige) Herstellbarkeit;
4. thermische Ausdehnung, ähnlich wie die keramischen Elektrodenmaterialien; 5. gute elektrische Leitfähigkeit;
6. Korrosionsbeständigkeit in dem oxidierenden Gas (Luft) und dem Brennstoff (H20/H2);
7. Kompatibilität mit den Elektrodenmaterialien.
Zur Zeit werden zwei Werkstoffgruppen als Bipolar- plattenmaterial diskutiert: Keramiken auf LaCrC^-Basis und metallische HT-Werkstoffe. Letztere werden neuerdings wegen besserer Zähigkeit, besserer elektrischer Leitfähigkeit und leichterer Bearbeit- barkeit favoriert. Aufgrund der geforderten Heißgas- Korrosionsbeständigkeit kommen nur Cr2C>3- oder Al2C>3- bildende HT-Werkstoffe in Frage. Dabei scheiden Legierungen auf NiCr- oder NiCrAl-Basis wegen des zu hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (&20-10 k im Vergleich zu« 10•10~6k 1 für Elektrolyt/Elektroden) nach dem heutigen Kenntnisstand im allgemeinen aus.
Für die derzeitigen SOFC-Konzepte werden insbesondere zwei Typen von potentiell geeigneten Legierungen diskutiert:
1) FeCrAl-(ODS-)Legierungen (Typische Zusammensetzung . in Gew.%: Fe-Basis, 20Cr, 5A1, 0,5Y2O3) die bei HT- Einsatz schützende A^C^-Deckschichten bilden.
2) Cr-Basis (ODS)-Legierungen (Typische Zusammen¬ setzung: Cr-Basis, 5Fe IY2O3), die bei HT-Einsatz C^O-j-Schichten bilden.
Von diesen zeigen (1) wegen der korrosionshemmenden
Eigensschaften der sich bildenden mit sehr langsamem Schichtwachstum eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, jedoch treten durch diese Schichtbildung gewisse Probleme durch Erhöhung des Übergangswiderstandes an den Kontaktstellen zwischen bipolarer Platte und Elektrode auf.
Die Legierungen (2) haben den großen Vorzug geringer Wärmeausdehnungskoeffizienten, jedoch neigen die sich relativ rasch bildenden dickeren Cr2θ3~Schichten zum Abplatzen, so daß der Gasfluß in den Gaskanälen bei Langzeitbetrieb beeinträchtigt werden kann.
Im übrigen wird als "Verbindungsmaterial" für Festoxid- Brennstoffzellen in der DE 42 42 570 AI eine Mischung aus CrNi-Legierung und 50 bis 85 Gew. % (bezogen auf die Mischung) Oxidkeramik angegeben, die insbesondere aus Siliciumoxid oder Aluminiumoxid bestehen soll und zur Einstellung des thermischen Expansionskoeffizienten dient, spezielle Ausführungsdetails und deren mögliche Verhaltensweisen als bipolare Platte sind jedoch nicht zu entnehmen.
Ziel der Erfindung ist daher eine bipolare Platte für HT-Brennstoffzellen, die trotz hervorragender Korro¬ sionsbeständigkeit und angepaßter Wärmeausdehnung weder Probleme am Elektrodenkontakt noch hinsichtlich des Gasflusses zeigt.
Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße bipolare Platte besteht aus einer chromoxidbildenden Legierung mit einer aluminiumangereicherten Ober¬ flächenschicht im Bereich der Gasleitflächen.
Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen.
Anhand von Versuchen mit Bipolarplattenmaterialien wurde festgestellt, daß sich bei den üblichen Betriebs- temperaturen von HT-Brennstoffzellen auf Cr-Legierungen Chromoxidschichten bilden, die bei den erhöhten Temperaturen (v950°C) eine genügende elektrische Leitfähigkeit besitzen, so daß am Übergang - bipolare Platte-Elektrode keine Stromleitungsprobleme auftreten.
Durch Verwendung einer chromoxidbildenden Legierung für die bipolare Platte wird mithin ein besonders gutes mechanisches Verhalten wegen der geringen Wärmeaus¬ dehnung des Materials und eine problemlose Kontaktie- rung mit den Elektroden erreicht. Die erfindungsgemäß vorgesehene Aluminiumanreicherung an der Oberfläche der Gasleitflächen (insbesondere Innenflächen der Gas¬ kanäle) bringt selektiv in diesem Bereich die guten korrosionsmindernden Eigenschaften der langsam wachsenden Al O.,-Schichten.
Als Bipolarplattenmaterialien kommen Chrom-, NiCr-, FeCr- oder Chrom-Nickel-Legierungen in Betracht, besonders bevorzugt werden jedoch Chrom-Eisen- Legierungen. Die Aluminiumanreicherungsschicht sollte eine Dicke zwischen 20 und 200 μ , insbesondere 50 bis 100 μ , haben.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschrei¬ bung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch besser verständlich werden. Es zeigen schematisch
Fig. 1 einen Schnitt durch eine zwischen Anode und
Kathode angeordnete bipolare Platte • Fig. 2 einen Ausschnitt der in Fig. 1 gezeigten bipolaren Platte bei der Herstellung; Fig. 3 die Stapelfolge von bipolaren Platten mit dazwischen befindlichen Elektroden und
Festelektrolyt.
Das in Fig. 3 gezeigte Schema entspricht einer Brenn- stoffzelle bekannter Ausführungsart mit Flachzellen- Stapeln (die zur Veranschaulichung in auseinander¬ genommener Form dargestellt sind).
Fig. l zeigt die bipolare Platte 1 aus einer Cr-Basis- Legierung (z.B. Cr-5Fe-lY203 Zusätze in Gew.?) oder (für t<900°C) aus einer hochchromhaltigen Fe-Basislegierung (z.B. ferritischem Stahl mit 20-35 *3- .%CY). Die typische Form (Platte von einigen Millimetern Dicke mit Gaskanälen) kann nach herkömmlicher Art durch zer- spanende Bearbeitung eines Blechmaterials hergestellt werden oder mittels einer endkontur-nahen Fertigung (near-net-shape Verfahren) nach pulvermetallurgischen Methoden (MIM, WPP) . Die Stege 2 auf der Platte, die die Seitenwände 3 der Gaskanäle 4 bilden, werden zunächst geringfügig höher gefertigt, als in der Endform wünschenswert ist, um der abschließenden Abtragung der Al-Anreicherungsschichten auf den Elektrodenkontaktflachen der Stege (Stirnflächen) Rechnung zu tragen .
Die so vorgefertigte bipolare Platte wird einem konven¬ tionellen Alitierungsvorgang unterzogen. Dazu wird die Platte in einem Pulvergemisch aus einem Intertmaterial (z.B. Al2θ3,90%), einem Chlorid/Fluorid-Aktivator (z.B. NaCl oder NH4C1, 5 %) und Al-Pulver (5 %) bei erhöhter Temperatur (600-1300°C) unter Schutzgasatmosphäre (z.B. Argon) ausgelagert. Typische Alitierbedingungen wären 3h bei 1000°C.
Dabei entsteht auf den Oberflächen der Platte (Stirn¬ flächen der Stege und Innenfläche bzw. Wände der Gas¬ kanäle) eine Al-angereicherte Zone. Bei Vorliegen einer Cr-Basis-Legierung bilden sich z.B. intermetallische Phasen vom Typ Cr^Alg oder Cr^Alg.
Für die Anreicherung der Oberfläche mit AI können unterschiedliche Alitiertechniken oder auch andere Methoden angewandt werden, falls dies aus verfahrens¬ technischen Gründen erwünscht wäre, z.B. CVD oder PVD.
Durch eine einfache großflächige mechanische Bear¬ beitung (z.B. Schleifen) wird diese Al-angereicherte Schicht von der Stirnfläche der Stege entfernt, deren anfängliche Überdimensionierung (A+B) der Dicke (B) des abzuschleifenden Materials gerecht wird, die größer sein soll als die Eindringtiefe des Aluminiums in der Al-angereicherten Zone.
Somit erreicht man, daß die bipolare Platte in der Endkontur auf den Stirnflächen 5 der Stege die
Zusammensetzung des Grundmaterials aufweist (z.B. Cr- Basis- oder FeCr-Basis-Legierung) , während auf den "Wänden" 3 der Gaskanäle eine Al-reiche Schicht vorliegt. Bei Betriebsbedingungen (< 950°C in Luft/02 bzw. in H /H 0 oder in anderen Brennstoffgemischen ) bildet die so hergestellte bipolare Platte auf der Oberfläche der Stege (d.h. an den Kontaktstellen mit den Elektroden) die gewünschte Schicht auf Cr2θ3-Basis, während auf den Wänden der Gaskanäle AI2O3 entsteht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Metallische bipolare Platte (1) für HT-Brennstoff- zellen d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Bipolarplattenmaterial aus einer chrom¬ oxidbildenden Legierung mit einer aluminiuman¬ gereicherten Oberflächenschicht im Bereich der Gasleitflächen (3) besteht.
2. Bipolare Platte nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schichtdicke der Al-angereicherten Ober¬ flächenschicht 20 bis 200 μm beträgt.
3. Bipolare Platte nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schichtdicke der Al-angereicherten Oberflächenschicht 50 - 100 μm beträgt.
4. Bipolare Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Oberflächenkontur aus durch Stege (2) von¬ einander getrennten Kanälen (4) mit gasleitenden Kanalinnenflächen (3) und die Elektrode(n) kon- taktierenden Stegoberflächen (5) besteht, bei der nur die Kanalinnenflächen (3) Al-Anreicherungs- schichten aufweisen.
5. Bipolare Platte nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die chromoxidbildende Legierung eine Chrom- oder eine Chrom-Nickel- oder Chrom-Eisen-Legierung ist.
6. Bipolare Platte nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Bipolarplattenmaterial aus einer Chrom-
Basis-Legierung, insbesondere Cr-5Fe-lY2θ (Zusätze in Gew%) oder einer Eisen-Basis-Legierung, insbesondere ferritischem Stahl mit 20 - 35 Gew.-% Chrom, als chromoxidbildende Legierung besteht.
7. Verfahren zur Herstellung einer bipolaren Platte nach einem der vorangehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Oberflächen einer im wesentlichen vorgefertigten bipolaren Platte mit Aluminium in der gewünschten Tiefe anreichert und danach die Aluminiumanreicherungsschicht von ihren Elektro¬ denkontaktflächen wieder entfernt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Oberflächen durch Alitieren mit Alu¬ minium anreichert.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man zum Beschichten mit AI eine vorgefertigte bipolare Platte mit um die Al-Eindringschicht er¬ höhten Elektrodenkontak flächen verwendet, die an- schließend zur Entfernung dieser Schicht abge¬ schliffen werden.
EP95913874A 1994-03-28 1995-03-25 Metallische bipolare platte für ht-brennstoffzellen und verfahren zur herstellung derselben Withdrawn EP0753209A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4410711 1994-03-28
DE4410711A DE4410711C1 (de) 1994-03-28 1994-03-28 Metallische bipolare Platte für HT-Brennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung desselben
PCT/DE1995/000432 WO1995026576A1 (de) 1994-03-28 1995-03-25 Metallische bipolare platte für ht-brennstoffzellen und verfahren zur herstellung derselben

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0753209A1 true EP0753209A1 (de) 1997-01-15

Family

ID=6514051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP95913874A Withdrawn EP0753209A1 (de) 1994-03-28 1995-03-25 Metallische bipolare platte für ht-brennstoffzellen und verfahren zur herstellung derselben

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5733682A (de)
EP (1) EP0753209A1 (de)
JP (1) JPH09510822A (de)
AU (1) AU2108495A (de)
DE (1) DE4410711C1 (de)
NO (1) NO964108D0 (de)
WO (1) WO1995026576A1 (de)

Families Citing this family (86)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5942348A (en) * 1994-12-01 1999-08-24 Siemens Aktiengesellschaft Fuel cell with ceramic-coated bipolar plates and a process for producing the fuel cell
ES2131344T3 (es) * 1994-12-01 1999-07-16 Siemens Ag Celula de combustible con placas bipolares recubiertas con ceramica y su fabricacion.
DE19546614C2 (de) * 1995-12-13 1998-12-17 Forschungszentrum Juelich Gmbh Oxidationsbeständige, chromoxidbildende Legierung
DE19547699C2 (de) * 1995-12-20 2000-01-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte mit selektiver Beschichtung
DE19605086C1 (de) * 1996-02-12 1997-06-26 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzelle und aus solchen bestehender Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel
DE19609133C1 (de) * 1996-03-08 1997-09-04 Siemens Ag Bipolare Platte für einen Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel und deren Verwendung
DE19609813C1 (de) * 1996-03-13 1997-07-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Aus einem metallischen Hochtemperaturwerkstoff bestehendes Verbindungselement mit lanthanhaltiger Oberfläche
DE19610318C1 (de) * 1996-03-15 1997-11-20 Siemens Ag Verwendung eines silicierten Substrats als Verbundleiterplatte in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle
DE19650704C2 (de) * 1996-12-06 2000-09-14 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verbindungselement für Brennstoffzellen
DE19721638C1 (de) * 1997-05-23 1998-12-24 Mtu Friedrichshafen Gmbh Elektrolytmatrix für eine Brennstoffzelle
EP0889536A1 (de) * 1997-07-03 1999-01-07 Siemens Aktiengesellschaft Metallische bipolare Platte für Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel
DE19735854C2 (de) * 1997-08-19 2002-08-01 Daimler Chrysler Ag Stromkollektor für eine Brennstoffzelle und Verfahren zu seiner Herstellung
AUPO897897A0 (en) * 1997-09-05 1997-09-25 Ceramic Fuel Cells Limited An interconnect device for a fuel cell assembly
DE19749004C2 (de) * 1997-11-06 2002-04-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Herstellungsverfahren für eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem keramischen und einem metallischen Bauteil
DE19757318C1 (de) * 1997-12-23 1999-02-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Schnellheizung für Brennstoffzellen
DE19757320C2 (de) * 1997-12-23 2001-08-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Elektrode mit guter Kohlenmonoxidverträglichkeit für Brennstoffzellen
DE19805674C1 (de) * 1998-02-12 1999-09-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Mit Edelmetall lokal belegte bipolare Platte und Verfahren zu deren Herstellung
DE19812498C1 (de) * 1998-03-21 1999-06-17 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für Niedertemperaturbrennstoffzellen
DE19815796C2 (de) * 1998-04-08 2000-06-08 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzellenstapel mit einer eine poröse Wand aufweisenden bipolaren Platte
DE19825872C1 (de) * 1998-06-10 1999-10-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle mit thermoelektrischen Elementen
DE19841919C2 (de) * 1998-09-12 2003-08-14 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenmoduls
DE19961496B4 (de) * 1998-12-21 2008-01-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota Separator für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung des Separators
DE19905564C2 (de) * 1999-02-11 2001-06-28 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzellenstapel mit Zuführungs- und/oder Abführungskanälen
DE19907369C2 (de) * 1999-02-20 2002-12-12 Forschungszentrum Juelich Gmbh Stromquelle mit in Serie geschalteten Zellen
DE19908989C2 (de) * 1999-03-03 2001-07-05 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle mit modularen, flexiblen Gasverteilerstrukturen
EP1173898A1 (de) * 1999-03-26 2002-01-23 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperatur-brennstoffzelle
DE19915227A1 (de) * 1999-04-03 2000-10-05 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle mit einer Flüssig-Fest-Elektrolytmembran
US6303245B1 (en) 1999-08-27 2001-10-16 Plug Power Inc. Fuel cell channeled distribution of hydration water
US6261711B1 (en) 1999-09-14 2001-07-17 Plug Power Inc. Sealing system for fuel cells
US6383677B1 (en) 1999-10-07 2002-05-07 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell current collector
KR100426096B1 (ko) * 1999-10-14 2004-04-06 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 고분자 전해질형 연료전지
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
AU2001245749A1 (en) 2000-03-17 2001-10-03 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell stack assembly
DE10017200A1 (de) * 2000-04-06 2001-10-18 Dornier Gmbh Elektrisch leitende Mehrfachschichtung für bipolare Platten in Brennstoffzellen
EP1160900A3 (de) * 2000-05-26 2007-12-12 Kabushiki Kaisha Riken Geprägter Stromkollektor-Separator für elektrochemische Brennstoffzelle
DE10027311A1 (de) * 2000-06-05 2001-12-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von Elektroden in Hochtemperaturbrennstoffzellen
DE10033898B4 (de) * 2000-07-12 2009-06-18 Forschungszentrum Jülich GmbH Hochtemperaturbrennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE10040499C2 (de) * 2000-08-18 2002-06-27 Forschungszentrum Juelich Gmbh Kontaktschicht sowie eine solche Kontaktschicht umfassende Brennstoffzelle
DE10044571A1 (de) * 2000-09-08 2002-04-04 Forschungszentrum Juelich Gmbh Zweiphasenströmungen
DE10058337A1 (de) * 2000-11-24 2002-05-29 Gen Motors Corp Blechprodukt, Platte für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
AT4737U1 (de) * 2001-01-15 2001-11-26 Plansee Ag Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung hochdichter formteile
DE10110819B4 (de) * 2001-03-06 2013-01-31 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle
US6828055B2 (en) 2001-07-27 2004-12-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Bipolar plates and end plates for fuel cells and methods for making the same
DE10143659B4 (de) * 2001-09-06 2007-10-18 Psfu Profilschleif-, Fertigungs- Und Umwelttechnik Gmbh Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel mit Luft- oder Sauerstoffversorgung
CA2413558C (en) * 2001-12-05 2007-06-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell metallic separator and method for manufacturing same
US6716549B2 (en) 2001-12-27 2004-04-06 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell having metalized gas diffusion layer
JP2004259643A (ja) * 2003-02-27 2004-09-16 Sanyo Electric Co Ltd 固体酸化物燃料電池
US6843960B2 (en) 2002-06-12 2005-01-18 The University Of Chicago Compositionally graded metallic plates for planar solid oxide fuel cells
US8158057B2 (en) * 2005-06-15 2012-04-17 Ati Properties, Inc. Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
US7981561B2 (en) * 2005-06-15 2011-07-19 Ati Properties, Inc. Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
US7842434B2 (en) * 2005-06-15 2010-11-30 Ati Properties, Inc. Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
AT6260U1 (de) * 2002-08-01 2003-07-25 Plansee Ag Verfahren zur herstellung eines formteiles
DE10235859B4 (de) * 2002-08-05 2008-11-20 Forschungszentrum Jülich GmbH Korrosionsstabiler, gasdichter Medienanschluss für Niedertemperatur-Brennstoffzellen
US20040200187A1 (en) * 2002-11-27 2004-10-14 Warrier Sunil G. Compliant, strain tolerant interconnects for solid oxide fuel cell stack
US7144649B2 (en) * 2002-11-27 2006-12-05 Utc Fuel Cells, Llc Interconnect for solid oxide fuel cells
DE10302122A1 (de) * 2003-01-21 2004-07-29 Elringklinger Ag Dichtungsaufbau für eine Brennstoffzelle bzw. einen Elektrolyseur sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Brennstoffzelle bzw. Elektrolyseur aufweisend den Dichtungsaufbau
US6772617B1 (en) 2003-01-24 2004-08-10 Gencell Corporation Method and apparatus for in-situ leveling of progressively formed sheet metal
US7056608B2 (en) 2003-02-14 2006-06-06 Relion, Inc. Current collector for use in a fuel cell
US6939636B2 (en) * 2003-04-28 2005-09-06 Relion, Inc. Air cooled fuel cell module
US7308510B2 (en) * 2003-05-07 2007-12-11 Intel Corporation Method and apparatus for avoiding live-lock in a multinode system
US7314678B2 (en) * 2003-08-25 2008-01-01 Corning Incorporated Solid oxide fuel cell device with a component having a protective coatings and a method for making such
DE102005005116A1 (de) * 2005-02-04 2006-08-10 Forschungszentrum Jülich GmbH Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen
DE102005014077B4 (de) * 2005-03-23 2012-05-24 Forschungszentrum Jülich GmbH Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen und Verfahren zu dessen Herstellung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle
DE102005030925A1 (de) * 2005-07-02 2007-01-04 Forschungszentrum Jülich GmbH Chromrückhalteschichten für Bauteile von Brennstoffzellensystemen
JP2007066831A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池
US8691467B2 (en) * 2005-09-30 2014-04-08 Corning Incorporated Metallic structures for solid oxide fuel cells
DE102005059708A1 (de) * 2005-12-12 2007-06-14 Forschungszentrum Jülich GmbH Reoxidationsstabile Hochtemperatur-Brennstoffzelle
DE102006007598A1 (de) * 2006-02-18 2007-08-30 Forschungszentrum Jülich GmbH Kriechfester ferritischer Stahl
DE102006016814A1 (de) * 2006-04-10 2007-10-18 Staxera Gmbh Polarplatte, insbesondere Endplatte oder Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle
US8652691B1 (en) 2006-06-28 2014-02-18 Bloom Energy Corporation Pre-oxidation of metallic interconnects
WO2008069801A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 Utc Power Corporation Fuel cell flow field having strong, chemically stable metal bipolar plates
US20100055538A1 (en) * 2006-12-08 2010-03-04 Weilong Zhang Fuel cell flow field having metal bipolar plates
TWI376833B (en) * 2008-09-22 2012-11-11 Univ Nat Defense Method for preparing a surface modification coating of metal bipolar plates
AT11555U1 (de) * 2009-03-12 2010-12-15 Plansee Se Interkonnektor einer festelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzelle
TW201101565A (en) * 2009-06-19 2011-01-01 Univ Yuan Ze Method for preparing surface modification coating of stainless-steel bipolar plates
DE102010002372A1 (de) * 2010-02-26 2011-09-01 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem mit verbesserter Kontaktierung der Elektroden
DE102010039233A1 (de) 2010-08-12 2012-02-16 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Schichtwärmeübertragers
US8840833B1 (en) * 2010-11-30 2014-09-23 Bloom Energy Corporation Iron coated chromium powder and SOFC IC made therefrom
DE102012004488A1 (de) * 2011-06-21 2012-12-27 Thyssenkrupp Vdm Gmbh Hitzebeständige Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit geringer Chromverdampfungsrate und erhöhter Warmfestigkeit
US9196909B2 (en) * 2011-11-18 2015-11-24 Bloom Energy Corporation Fuel cell interconnect heat treatment method
KR101367068B1 (ko) * 2011-12-28 2014-02-25 삼성전기주식회사 바이메탈 집전 부재 및 이를 구비한 연료전지장치
US9178240B2 (en) 2012-08-15 2015-11-03 Battelle Memorial Institute System and process for aluminization of metal-containing substrates
US10096840B1 (en) 2014-12-15 2018-10-09 Bloom Energy Corporation High temperature air purge of solid oxide fuel cell anode electrodes
GB2524643B (en) * 2015-02-10 2017-03-29 Ceres Ip Co Ltd Interconnect for Low Temperature Solid Oxide Fuel Cell
DE102021004963A1 (de) 2021-10-02 2023-04-06 Forschungszentrum Jülich GmbH Vorrichtung zur Verspannung eines Brennstoffzellenstapels oder Elektrolysezellenstapels

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59201371A (ja) * 1983-04-30 1984-11-14 Agency Of Ind Science & Technol 溶融炭酸塩型燃料電池
JPS62147663A (ja) * 1985-12-20 1987-07-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 溶融炭酸塩燃料電池
US4950562A (en) * 1988-04-21 1990-08-21 Toa Nenryo Kogyo Kabushiki Kaisha Solid electrolyte type fuel cells
EP0423448A1 (de) * 1989-09-20 1991-04-24 Asea Brown Boveri Ag Stromkollektor zur Stromleitung zwischen stapelförmig angeordneten Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0424732A1 (de) * 1989-10-27 1991-05-02 Asea Brown Boveri Ag Stromübertragungselemente für stapelförmig angeordnete Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zu deren Herstellung
EP0446680A1 (de) * 1990-03-15 1991-09-18 Asea Brown Boveri Ag Stromkollektor zur Stromführung zwischen benachbarten stapelförmig angeordneten Hochtemperatur-Brennstoffzellen
JPH05174852A (ja) * 1991-12-17 1993-07-13 Yoshida Kogyo Kk <Ykk> 固体電解質燃料電池用導電性接続部材

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9526576A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO1995026576A1 (de) 1995-10-05
JPH09510822A (ja) 1997-10-28
AU2108495A (en) 1995-10-17
DE4410711C1 (de) 1995-09-07
NO964108L (no) 1996-09-27
NO964108D0 (no) 1996-09-27
US5733682A (en) 1998-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4410711C1 (de) Metallische bipolare Platte für HT-Brennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung desselben
DE19547699C2 (de) Bipolare Platte mit selektiver Beschichtung
EP1287571B1 (de) Hochtemperaturwerkstoff
EP1595301B1 (de) Schutzschicht für hochtemperaturbelastete substrate sowie verfahren zur herstellung derselben
AU2006259739B2 (en) Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
US7981561B2 (en) Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
US7842434B2 (en) Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
US7829194B2 (en) Iron-based alloy and nitridation treatment for PEM fuel cell bipolar plates
EP1595302B1 (de) Herstellungsverfahren für eine schutzschicht für hochtemperaturbelastete, chromoxidbildende substrate
EP1984533B1 (de) Kriechfester ferritischer stahl
US8158057B2 (en) Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
EP1600520B1 (de) Hitzebeständiger Stahl
DE19523637C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Korrosionsschutzbeschichtung, Substrat mit einer Korrosionsschutzbeschichtung sowie Verwendung eines solchen Substrats
DE19937255B4 (de) Korrosionsbeständige Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen und Verwendung
DE112005002235B4 (de) Vorrichtung mit einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung
DE102009037206B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstack und Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstack
WO1997034332A1 (de) Aus einem metallischen hochtemperaturwerkstoff bestehender interkonnektor mit lanthanhaltiger oberfläche
DE102009037207A1 (de) Verfahren zum Verbinden einer Bipolarplatte mit einer Elektrode und mit einem weiteren Bauteil eines Brennstoffzellenstacks und eine solche Bipolarplatte umfassende Baugruppe eines Brennstoffzellenstacks
CA2840861A1 (en) Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
EP2133950A1 (de) Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel sowie dessen Herstellung
AU2011244954A1 (en) Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19960917

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT CH DE DK GB IT LI NL SE

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 19971126

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Withdrawal date: 19980617