EP0947026A1 - Fuel cell module with a gas supply device - Google Patents

Fuel cell module with a gas supply device

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Publication number
EP0947026A1
EP0947026A1 EP97953732A EP97953732A EP0947026A1 EP 0947026 A1 EP0947026 A1 EP 0947026A1 EP 97953732 A EP97953732 A EP 97953732A EP 97953732 A EP97953732 A EP 97953732A EP 0947026 A1 EP0947026 A1 EP 0947026A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel cell
webs
cell module
cell stack
cover plates
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Withdrawn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
EP97953732A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Diekmann
Dirk Grunwald
Egon Sigismund
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 EP0947026A1 publication Critical patent/EP0947026A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • 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
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell module with a gas supply device and a method for its production.
  • a fuel cell stack which is arranged in a fuel cell module, has a plurality of fuel cells as essential components.
  • a fuel cell is composed of a cathode, an electrolyte and an anode.
  • the cathode becomes an oxidizing agent, e.g. B. air and the anode becomes a fuel, e.g. B. supplied hydrogen.
  • Fuel and oxidizing agents are generally called operating resources in the following.
  • fuel cells e.g. B. the SOFC fuel cell, which is also called high-temperature fuel cell, since its operating temperature is up to 1000 ° C.
  • Oxygen ions form on the cathode of a high-temperature fuel cell in the presence of the oxidizing agent.
  • the oxygen ions pass through the electrolyte and recombine on the anode side with the hydrogen from the fuel to form water. Recombination releases electrons and thus generates electrical energy.
  • a SOFC fuel cell has a solid electrolyte that conducts O 2 " ions but no electrons.
  • Ytrium-stabilized zirconium oxide, YSZ is usually used as the material for the solid electrolyte.
  • the electrolyte In a first conventional construction, the electrolyte consists of an approximately 100-200 ⁇ m thick YSZ film, which is coated with an anode and cathode each 50 ⁇ m thick.
  • the minimum thickness of the electrolyte is required for reasons of stability, since otherwise handling and further processing of the electrolyte would not be possible without damaging the electrolyte.
  • the thickness of the electrical temperatures in the range of approx. 1000 ° C are required to ensure sufficient conductivity of the electrolyte.
  • Another concept for the construction of a fuel cell is to design, for example, the anode or cathode in the form of an approximately 2000 ⁇ m thick substrate which is coated with the material of the electrolyte.
  • the thickness of the electrolyte is in the range of less than 20 ⁇ m, so that an operating temperature of only 700-800 ° C. is sufficient for sufficient 0 2 ′′ conductivity.
  • This advantageously results in the entire cell being mechanically stable the anode or cathode can also be used a support with a thickness of 2000 microns on which the anode, the electrolyte and the cathode are applied as thin layers.
  • the connecting element of two fuel cells is known as an interconnector. It effects the electrical and mechanical coupling of two fuel cells. Furthermore, the connecting element serves to form cathode or anode spaces. A cathode is located in a cathode compartment. An anode is located in an anode compartment. Fuel cells stacked in this way are called fuel cell stacks.
  • Connecting elements are also arranged at both ends of the fuel cell stack, but are configured only on one side for guiding an operating medium flow. These elements are called end plates and are bordered by cover plates which form parts of a housing of the fuel cell stack. If the cover plates and other parts of the housing are electrically conductive, it is generally necessary to provide electrical insulation between the end plates and the cover plates.
  • the fuel cell stack is usually operated in cross flow.
  • two opposite sides each serve an inlet and outlet of an operating medium, while the other two sides represent the inlet and outlet of the other operating medium.
  • the connecting element serves as a guiding element that separates the two operating resources from one another and at the same time.
  • a high-temperature fuel cell is known from the prior art, which has a first gas supply box, called a fuel gas supply box, and a second gas supply box, called an afterburning chamber.
  • a fuel gas supply box a first gas supply box
  • an afterburning chamber a second gas supply box
  • These two gas supply boxes which are referred to here with the generic term equipment rooms, serve for the supply and discharge of equipment into the fuel cells or out of them.
  • Heat exchangers can be accommodated in the afterburning chamber.
  • Operating space is to be understood in the following to mean any space which is directly adjacent to a fuel cell stack and which serves for the supply or discharge of operating resources. Such equipment room must be tightly connected to the fuel cell stack. However, problems with tightness occur in particular at the high operating temperatures.
  • the type of gas supply device described above is referred to as an external gas supply device or as an external manifold, since the gas supply boxes are attached to the side of the fuel cell stack after assembly.
  • the gas supply boxes must be connected to the fuel cell stack in an electrically insulated manner and must also be adapted to the fuel cell stack in terms of thermal expansion behavior.
  • the gas supply boxes must have sufficient resistance to high temperatures.
  • the external gas supply boxes known from the prior art are therefore produced from a ceramic material.
  • the external gas supply devices have high manufacturing costs, since both the material and its processing are complex. This disadvantage is particularly noticeable in practice-related, larger fuel cell stacks.
  • An internal gas supply device is also known from the prior art, which is also referred to as an internal manifold, in which the equipment is supplied through slots which are introduced into the connecting elements. For this purpose, an areal enlargement of the connecting elements beyond the dimensions of the fuel cells is required, so that the expensive ceramic material of the connecting element is used only to a relatively small extent for the function of the connecting element. In addition, additional insulating layers are required to prevent a short circuit between the connecting elements. Finally, it is disadvantageous that the sealing of the individual fuel cells cannot be improved after the stack has been joined.
  • DE 195 17 042 Cl discloses a fuel cell arrangement with a number of fuel cells arranged in a fuel cell stack.
  • the fuel cell stack is surrounded by a gas-tight envelope and is supported against the top and the bottom of the envelope.
  • Sealing devices for mutually sealing the inlet and outlet spaces are provided between the casing and the fuel cell stack, the sealing devices being designed to compensate for thermal expansions between the fuel cell stack and the casing.
  • recesses are provided at the corners of the fuel cells, in which sealing corner strips are used, which consist of an electrically insulating ceramic material.
  • the fuel cell stack is supported in the envelope by corner bearings, which are effective between the sealing corner strips and corresponding, opposite areas of the envelope.
  • the sealing corner strips and the corner bearings thus form a unit which acts both as a bearing and as a sealing device.
  • a disadvantage of this design is that cutouts must be provided in the fuel cell stack, which reduce the effective area of the fuel cells and thus the overall performance of the fuel cell stack.
  • the cover is not rigidly connected to the fuel cell stack via the corner bearings, so that the upper and lower connections end plates of the envelope also have no rigid connection to the fuel cell stack. Therefore, separate cover plates of the fuel cell stack are required, so that there is an overall complex structure of the fuel cell module.
  • the invention is therefore based on the technical problem of specifying a fuel cell module with a gas supply device which has a simple and therefore inexpensive structure and at the same time ensures a reliable supply of the fuel cells with operating resources.
  • the technical problem of securely sealing the equipment paths within the gas supply device continues to exist.
  • a gas supply device for a fuel cell stack which has webs and an outer wall attached to the outer ends of the webs.
  • the inner longitudinal edges of the webs are connected to the fuel cell stack and along each transverse edge to cover plates.
  • the cover plates in turn close the fuel cell stack in the longitudinal direction.
  • the construction according to the invention provides reliably sealed and electrically insulating gas supply boxes through a suitable choice of the materials used, which also withstand the high thermal loads during the operation of a fuel cell stack.
  • the webs are first connected in a sealed manner to the fuel cell stack along the inner longitudinal edges with the fuel cell stack.
  • the webs are sealingly connected to the cover plates at the transverse edges.
  • the outer wall extends over the entire length of the fuel cell stack and additionally over the edges of the cover plates, the outer wall being sealed off from the longitudinal edges of the webs and from the cover plates with corresponding sealing surfaces.
  • the outer wall preferably consists of a high-temperature-resistant metal foil, the temperature expansion behavior of which is relatively well adapted to the fuel cell stack. Existing differences in temperature expansion are compensated for by the thin thickness of the film. This is because the operating temperatures are above the recrystallization temperature of the metal of the film, so that the film is capable of creeping and generates only slight mechanical forces in the longitudinal direction of the fuel cell stack.
  • the gas supply device according to the invention is used for a conventional fuel cell stack with operating temperatures in the range of 1000 ° C.
  • the webs consist of a non-conductive oxide ceramic that is adapted in terms of its thermal expansion behavior. There are therefore no problems with the electrical insulation of the webs from the individual fuel cells within the fuel cell stack.
  • the outer wall is placed on the outer edges of the webs and then attached to the webs using pressure strips and clamping rings pressed so that the sealing surfaces arranged between the outer wall and webs do not have to compensate for mechanical forces which are caused by different temperature expansions of the components involved.
  • the outer wall can be fastened with the help of pressure strips and clamping rings - as described above.
  • the metallic outer wall can be fastened to the metallic webs in an advantageous manner by means of a cohesive joint connection, such as, for example, soldering or welding. This also simplifies assembly, and the reliability of the gas supply device is also improved because of the increased mechanical strength of the connection.
  • a suitable seal between the webs and the outer wall is also possible by applying a continuous weld seam. A sealing surface made of glass solder or glass ceramic is then advantageously not required.
  • the sealing surfaces between the various components of the gas supply device are preferably produced from a glass solder or a glass ceramic, which forms both a gas-tight connection and an electrically insulating layer. This fulfills all the requirements for the sealing surface that have been shown above.
  • the glass ceramic is capable of creeping at the high temperatures, so that the sealing surfaces can compensate and reduce mechanical stresses occurring, since the sealing surfaces have no load-bearing function.
  • Fig. 2 is a plan view of the gas supply device shown in Fig. 1 and
  • FIG. 3 shows an enlarged detail from FIG. 2, the arrangement of the filling openings and the supply channels.
  • FIG. 1 and 2 show a fuel cell module according to the invention with a gas supply device for a fuel cell stack 1, which is composed of a plurality of fuel cells 2 and connecting elements 3, the so-called interconnectors.
  • the supply of the fuel cells 2 with the operating resources takes place via operating resource rooms 4 and 5 or 6 and 7, the fuel cells 2 being operated in the so-called cross flow.
  • the fuel is supplied via the operating medium space 4 and discharged via the operating medium space 5, while the oxidant is supplied and removed via the operating medium spaces 6 and 7.
  • the webs 8 are connected along the four corners of the fuel cell stack 1 with their inner longitudinal edges, so that there is essentially a cross shape.
  • the webs 8 are radially from the center of the fuel cell stack 1 outwards from the fuel cell stack 1.
  • the webs 8 are connected to cover plates 10 and 11, which close off the fuel cell stack 1 in the longitudinal direction, that is to say in the vertical direction in FIG. 1.
  • the webs 8 are fastened to the lower cover plate 10, while the upper cover plate 11 has cutouts. points, which correspond to the positions of the webs 8 and through which the webs 8 extend in the assembled state.
  • the length of the outer wall 9 corresponds at least to the height of the fuel cell stack 1 plus the thicknesses of the two cover plates 10 and 11, so that the atissen wall bears against the entire length of the webs 8 and along the entire circumferential edges of the cover plates 10 and 11.
  • the webs 8 are first sealed off from the fuel cell stack 1 and from the cover plates 10 and 11, the along the contact surfaces of the Components sealing surfaces 12 and 13 are formed.
  • the outer wall 9 is also sealed off from the webs 8 and the cover plates 10 and 11, sealing surfaces 14 and 15 being formed between the components. The manufacture of the sealing surfaces is described in more detail below.
  • the outer wall 9 consists of a high-temperature-resistant metal layer which is dimensionally stable even at temperatures of up to 1000 ° C.
  • the metal layer preferably consists of a metal foil, the thickness of which is, for example, 50 ⁇ m. However, other thicknesses are also possible. In any case, it is necessary for the metal foil to generate only slight mechanical stresses during the temperature cycles occurring during operation, which do not lead to a load on the fuel cell stack. It is advantageous that the metal layer is in the temperature range of 700 - 1000 ° C above the recrystallization point and is therefore capable of creeping. Thermal expansion of the fuel cell stack 1 and the webs 8 can thus be compensated for within the metal foil.
  • the webs 8 and the cover plates 10 and 11 consist either of a non-conductive oxide ceramic which is adapted in terms of thermal expansion behavior or of a ferritic steel or an alloy which is adapted in terms of thermal expansion behavior.
  • the latter materials can only be used at operating temperatures of the fuel cell stack 1 in the range of 700-800 ° C. for webs and cover plates, since a sufficiently adapted temperature expansion behavior can only be achieved for these temperatures.
  • the outer wall can also be made from a metal sheet. Because of the similar thermal expansion behavior of webs and outer wall, the outer wall itself can only exert slight mechanical stresses on the connection between the webs and the outer wall due to its own thermal expansion behavior.
  • a non-conductive high-temperature oxide ceramic such as aluminum magnesium spinel (MgO • AI2O3), which is adapted in terms of its temperature expansion behavior, is available as oxide ceramic.
  • the outer wall 9 is fastened to the webs with the aid of pressure strips 16 and clamping rings 17.
  • This non-positive connection is to be used in particular when the webs 8 are made of ceramic material and the outer wall 9 a is made of a metal foil. If, on the other hand, the webs are also made of a steel or other alloy, the outer wall 9 can also be connected to the webs by means of a material connection, for example by soldering or welding. The integral connection represents a more secure connection of the outer wall 9 and the webs 8.
  • the sealing surfaces 12 to 15 consist of a glass solder or glass ceramic layer which is adapted in terms of thermal expansion behavior and which is applied after the assembly of the fuel cell stack 1 become.
  • a glass ceramic layer is preferred since it is particularly well suited for the sealing surface due to the temperature expansion behavior and the low electrical resistance.
  • grooves 18 are first formed on the webs 8 on the inner longitudinal edge and grooves 19 on the outer longitudinal edge, which serve to hold a glass ceramic paste consisting of glass ceramic powder and a binder.
  • grooves 20 are formed on the cover plates for the same purpose.
  • 10 filling openings 21 are provided in the form of connecting pieces for filling the glass ceramic paste on the cover plate.
  • 10 supply channels 22 and 23 are arranged in the cover plate, which are in connection with the grooves 18 and 19.
  • the supply channel 22 is extended within the web 8 as a supply channel 24.
  • supply channels are provided in the drawing, which run radially outward within the cover plate 10 in order to supply the circumferential groove 20 with glass ceramic paste.
  • grooves 18, 19 and 20 are provided along the later contact surfaces of the various components, which will receive and guide the glass ceramic, at least in one of the components.
  • the grooves 18, 19 and 20 are preferably attached either to the edges of the webs 8 or the cover plates 10 and 11, respectively.
  • filler openings 21 are provided on the cover plate 10 for the application of the glass ceramic and supply channels 22 and 23 are provided in the cover plate 10, through which a glass ceramic paste, as will be described in the following, is led to the sealing surfaces 12 to 15.
  • webs 8 are fastened to the lower cover plate 10 and are arranged at a distance from the outer dimensions of the corners of the fuel cells to be arranged.
  • the fuel cells 2 and the connecting elements 3 are then stacked one above the other in their intended orientation.
  • the number of burning Material cells 2 are predetermined by the length of the fuel cell stack 1 in the finished, ie compressed, state, the height of the fuel cell stack 1 being less than the length of the webs.
  • the upper cover plate 11 is placed on the fuel cell stack 1, the webs 8 extending through corresponding recesses in the upper cover plate 11. Weights are then placed on the upper cover plate 11 in order to compress the entire fuel cell stack 1 and to ensure sufficient mechanical and electrical contact between the individual layers.
  • the outer wall 9 of the gas supply device is arranged around the webs 8 and the outer edge of the lower and upper cover plates 10 and 11, so that the operating medium spaces 4 to 7 necessary for supplying the fuel cell stack 1 with operating means are formed. It is necessary that on the one hand the outer edges of the webs 8 extend to the circumferential outer edge of the cover plates 10 and 11 and that on the other hand the height of the outer wall 9 corresponds at least to the length of the fuel cell stack 1 and the two cover plates 10 and 11. The outer wall is then fixed by means of pressure strips 16 and clamping rings 17.
  • the sealing surfaces 12 to 15 are then produced between the various components of the gas supply device.
  • a paste consisting of glass ceramic powder and a binder is introduced into the filling openings 21, which are arranged on the cover plate 10.

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Abstract

The invention relates to a gas supply device for a fuel cell stack, which solves the technical problem of developing a gas supply device with a simple, low-cost design yet capable of providing the fuel cells with a reliable supply of operating materials. This is done by a gas supply device with webs (8), which are connected to the fuel cell stack (1) on an inner longitudinal edge and connected to covering plates (10, 11) along a transversal edge, which enclose the fuel cell stack (1) lengthwise. Said device also comprises an outer wall (9) secured to the outer ends of the webs (8).

Description

Brennstoffzellenmodul mit einer Gasversorgungseinrichtung Fuel cell module with a gas supply device
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenmodul mit einer Gasversorgungseinrichtung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a fuel cell module with a gas supply device and a method for its production.
Ein Brennstoffzellenstapel, der in einem Brennstoffzellenmodul angeordnet ist, weist als wesentliche Bestandteile mehrere Brennstoffzellen auf. Eine Brennstoffzelle wiederum ist aus einer Kathode, einem Elektrolyten sowie einer Anode zusammengesetzt. Der Kathode wird ein Oxidationsmittel, z. B. Luft und der Anode wird ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff zugeführt. Brennstoff sowie Oxidationsmittel werden im folgenden allgemein Betriebsmittel genannt.A fuel cell stack, which is arranged in a fuel cell module, has a plurality of fuel cells as essential components. A fuel cell is composed of a cathode, an electrolyte and an anode. The cathode becomes an oxidizing agent, e.g. B. air and the anode becomes a fuel, e.g. B. supplied hydrogen. Fuel and oxidizing agents are generally called operating resources in the following.
Es gibt verschiedene Brennstoffzellentypen, z. B. die SOFC-Brennstoff- zelle, die auch Hochtemperatur-Brennstoffzelle genannt wird, da ihre Betriebstemperatur bis zu 1000 °C beträgt.There are different types of fuel cells, e.g. B. the SOFC fuel cell, which is also called high-temperature fuel cell, since its operating temperature is up to 1000 ° C.
An der Kathode einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle bilden sich in Anwesenheit des Oxidationsmittels Sauerstoffionen. Die Sauerstoffionen passieren den Elektrolyten und rekombinieren auf der Anodenseite mit dem vom Brennstoff stammenden Wasserstoff zu Wasser. Mit der Rekombination werden Elektronen freigesetzt und so elektri- sehe Energie erzeugt.Oxygen ions form on the cathode of a high-temperature fuel cell in the presence of the oxidizing agent. The oxygen ions pass through the electrolyte and recombine on the anode side with the hydrogen from the fuel to form water. Recombination releases electrons and thus generates electrical energy.
Eine SOFC-Brennstoffzelle weist einen Feststoffelektrolyt auf, der O2"- Ionen, aber keine Elektronen leitet. Dabei wird üblicherweise Ytrium stabilisiertes Zirkoniumoxid, YSZ, als Material für den Feststoffelektrolyten verwendet.A SOFC fuel cell has a solid electrolyte that conducts O 2 " ions but no electrons. Ytrium-stabilized zirconium oxide, YSZ, is usually used as the material for the solid electrolyte.
Bei einer ersten herkömmlichen Bauweise besteht der Elektrolyt aus einer ca. 100 - 200 μm starken YSZ-Folie, die mit einer jeweils 50 μm dicken Anode und Kathode beschichtet ist. Die Mindestdicke des Elektrolyten ist dabei aus Stabilitätsgründen erforderlich, da ansonsten eine Handhabung und Weiterverarbeitung des Elektrolyten ohne Beschädi- gungen des Elektrolyten nicht möglich wäre. Für den Betrieb einer solchen Brennstoffzellenanordnung werden wegen der Dicke des Elektro- lyten Temperaturen im Bereich von ca. 1000°C benötigt, um eine ausreichende Leitfähigkeit des Elektrolyten zu gewährleisten.In a first conventional construction, the electrolyte consists of an approximately 100-200 μm thick YSZ film, which is coated with an anode and cathode each 50 μm thick. The minimum thickness of the electrolyte is required for reasons of stability, since otherwise handling and further processing of the electrolyte would not be possible without damaging the electrolyte. For the operation of such a fuel cell arrangement, the thickness of the electrical temperatures in the range of approx. 1000 ° C are required to ensure sufficient conductivity of the electrolyte.
Ein anderes Konzept des Aufbaus einer Brennstoffzelle besteht darin, z.B. die Anode oder Kathode in Form eines ca. 2000 μm starken Sub- strats auszugestalten, das mit dem Material des Elektrolyten beschichtet ist. Dabei liegt die Dicke des Elektrolyten im Bereich von unter 20 μm, so daß eine Betriebstemperatur von lediglich 700 - 800°C für eine ausreichende 02"-Leitfähigkeit genügt. Dabei ergibt sich in vorteilhafter Weise, daß die gesamte Zelle mechanisch stabil ist. Statt der Anode oder Kathode kann auch ein Träger mit einer Dicke von 2000 μm verwendet werden, auf den als dünne Schichten die Anode, der Elektrolyt und die Kathode aufgebracht werden.Another concept for the construction of a fuel cell is to design, for example, the anode or cathode in the form of an approximately 2000 μm thick substrate which is coated with the material of the electrolyte. The thickness of the electrolyte is in the range of less than 20 μm, so that an operating temperature of only 700-800 ° C. is sufficient for sufficient 0 2 ″ conductivity. This advantageously results in the entire cell being mechanically stable the anode or cathode can also be used a support with a thickness of 2000 microns on which the anode, the electrolyte and the cathode are applied as thin layers.
Zur Erzielung großer Leistungen werden mehrere Brennstoffzellen aufeinander gestapelt und elektrisch seriell miteinander verbunden. Das verbindende Element zweier Brennstoffzellen ist unter der Bezeichnung Interkonnektor bekannt. Es bewirkt die elektrische sowie die mechanische Kopplung zweier Brennstoffzellen. Ferner dient das verbindende Element der Bildung von Kathoden- oder Anodenräumen. In einem Kathodenraum befindet sich eine Kathode. In einem Anodenraum befindet sich eine Anode. Derart gestapelte Brennstoffzellen werden Brennstoffzellenstapel genannt.To achieve high performance, several fuel cells are stacked on top of one another and electrically connected together in series. The connecting element of two fuel cells is known as an interconnector. It effects the electrical and mechanical coupling of two fuel cells. Furthermore, the connecting element serves to form cathode or anode spaces. A cathode is located in a cathode compartment. An anode is located in an anode compartment. Fuel cells stacked in this way are called fuel cell stacks.
An beiden Enden des Brennstoffzellenstapels sind ebenfalls verbindende Elemente angeordnet, die jedoch nur einseitig für die Führung eines Betriebsmittelstromes ausgestaltet sind. Diese Elemente werden Endplatten bezeichnet und werden von Deckplatten eingefaßt, die Teile eines Gehäuses des Brennstoffzellenstapels darstellen. Sofern die Deckplatten und andere Teile des Gehäuses elektrisch leitend sind, ist in der Regel das Anbringen einer elektrischen Isolierung zwischen den Endplatten und den Deckplatten notwendig.Connecting elements are also arranged at both ends of the fuel cell stack, but are configured only on one side for guiding an operating medium flow. These elements are called end plates and are bordered by cover plates which form parts of a housing of the fuel cell stack. If the cover plates and other parts of the housing are electrically conductive, it is generally necessary to provide electrical insulation between the end plates and the cover plates.
Der Brennstoffzellenstapel wird üblicherweise im Kreuzstrom betrieben. Dabei dienen bei bspw. einem viereckigen Grundriß des Brennstoffzellenstapels jeweils zwei sich gegenüberliegende Seiten einen Ein- und Auslaß eines Betriebsmittels, während die beiden übrigen Seiten den Ein- und Auslaß des anderen Betriebsmittels darstellen. Somit kreuzen sich die beiden Betriebsmittelströme innerhalb des Brennstoffzellenstapels, ohne jedoch in direktem Kontakt miteinander zu stehen. Das verbindende Element dient dabei als die beiden Betriebsmittel voneinander trennendes und gleichzeitig führendes Ele- ment.The fuel cell stack is usually operated in cross flow. For example, in a quadrangular layout of the fuel cell stack, two opposite sides each serve an inlet and outlet of an operating medium, while the other two sides represent the inlet and outlet of the other operating medium. Thus, the two flows of resources intersect within the fuel cell stack, but without being in direct contact with one another. The connecting element serves as a guiding element that separates the two operating resources from one another and at the same time.
Aus dem Stand der Technik ist eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle bekannt, die einen ersten, Brenngaszuführungskasten genannten sowie einen zweiten, Nachbrennkammer genannten Gasversorgungskasten aufweist. Diese beiden Gasversorgungskästen, die hier mit dem Oberbegriff Betriebsmittelräume bezeichnet werden, dienen der Zu- und Ableitung von Betriebsmitteln in die Brennstoffzellen bzw. aus ihnen heraus. In der Nachbrennkammer können Wärmetauscher untergebracht sein.A high-temperature fuel cell is known from the prior art, which has a first gas supply box, called a fuel gas supply box, and a second gas supply box, called an afterburning chamber. These two gas supply boxes, which are referred to here with the generic term equipment rooms, serve for the supply and discharge of equipment into the fuel cells or out of them. Heat exchangers can be accommodated in the afterburning chamber.
Unter Betriebsmittelraum ist nachfolgend jeder Raum zu verstehen, der an einen Brennstoffzellenstapel unmittelbar angrenzt und der der Zu- oder Abführung von Betriebsmitteln dient. Ein derartiger Betriebsmittelraum muß dicht mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden sein. Insbesondere bei den hohen Betriebstemperaturen treten jedoch Dichtigkeitsprobleme auf.Operating space is to be understood in the following to mean any space which is directly adjacent to a fuel cell stack and which serves for the supply or discharge of operating resources. Such equipment room must be tightly connected to the fuel cell stack. However, problems with tightness occur in particular at the high operating temperatures.
Die oben beschriebene Art von Gasversorungseinrichtung wird als externe Gasversorgungseinrichtung bzw. als externes Manifold bezeichnet, da die Gasversorgungskästen nach dem Zusammenbau des Brennstoffzellenstapels seitlich an diesem angebracht werden. Dazu müssen die Gasversorgungskästen sowohl elektrisch isoliert mit dem Brenn- Stoffzellenstapel verbunden als auch im thermischen Ausdehnungsverhalten an den Brennstoffzellenstapel angepaßt sein. Zudem müssen die Gasversorgungskästen eine ausreichende Hochtemperaturbeständigkeit aufweisen. Daher sind die aus dem Stand der Technik bekannten externen Gasversorgungskästen aus einem keramischen Ma- terial hergestellt.The type of gas supply device described above is referred to as an external gas supply device or as an external manifold, since the gas supply boxes are attached to the side of the fuel cell stack after assembly. For this purpose, the gas supply boxes must be connected to the fuel cell stack in an electrically insulated manner and must also be adapted to the fuel cell stack in terms of thermal expansion behavior. In addition, the gas supply boxes must have sufficient resistance to high temperatures. The external gas supply boxes known from the prior art are therefore produced from a ceramic material.
Die externen Gasversorgungseinrichtungen weisen hohe Herstellungskosten auf, da sowohl das Material als auch dessen Bearbeitung aufwendig sind. Dieser Nachteil macht sich gerade bei praxisrelevanten, größeren Brennstoffzellenstapeln bemerkbar. Aus dem Stand der Technik ist darüber hinaus eine interne Gasversorgungseinrichtung bekannt, die auch als internes Manifold bezeichnet wird, bei der die Betriebsmittelversorgung durch Schlitze erfolgt, die in den verbindenden Elementen eingebracht sind. Dafür ist eine flächige Vergrößerung der verbindenden Elemente über die Ausmaße der Brennstoffzellen hinaus erforderlich, so daß das teure keramische Material des verbindenden Elementes nur zu einem relativ geringen Anteil für die Funktion des verbindenden Elementes genutzt wird. Darüber hinaus sind zusätzliche Isolierschichten erforderlich, um einen Kurzschluß zwischen den verbindenden Elementen zu verhindern. Schließlich ist von Nachteil, daß die Abdichtung der einzelnen Brennstoffzellen nach dem Fügen des Stapels nicht nachgebessert werden kann.The external gas supply devices have high manufacturing costs, since both the material and its processing are complex. This disadvantage is particularly noticeable in practice-related, larger fuel cell stacks. An internal gas supply device is also known from the prior art, which is also referred to as an internal manifold, in which the equipment is supplied through slots which are introduced into the connecting elements. For this purpose, an areal enlargement of the connecting elements beyond the dimensions of the fuel cells is required, so that the expensive ceramic material of the connecting element is used only to a relatively small extent for the function of the connecting element. In addition, additional insulating layers are required to prevent a short circuit between the connecting elements. Finally, it is disadvantageous that the sealing of the individual fuel cells cannot be improved after the stack has been joined.
Die DE 195 17 042 Cl, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, of- fenbart eine Brennstoffzellenanordnung mit einer Anzahl von in einem Brennstoffzellenstapel angeordneten Brennstoffzellen. Der Brennstoffzellenstapel ist von einer gasdichten Umhüllung umgeben und gegen die Oberseite und die Unterseite der Umhüllung abgestützt. Zwischen der Umhüllung und dem Brennstoffzellenstapel sind Dich- tungsvorrichtungen zur gegenseitigen Abdichtung der Einlaß- und Auslaßräume vorgesehen, wobei die Dichtungsvorrichtungen zum Ausgleich thermischer Dehnungen zwischen dem Brennstoffzellenstapel und der Umhüllung ausgebildet sind. Dazu sind an den Ecken der Brennstoffzellen jeweils Aussparungen vorgesehen, in denen Dichtungseckleisten eingesetzt sind, die aus einem elektrisch isolierenden Keramikmaterial bestehen. Der Brennstoffzellenstapel ist in der Umhüllung durch Ecklager gelagert, die zwischen den Dichtungseckleisten und entsprechenden, gegenüberliegenden Bereichen der Umhüllung wirksam sind. Die Dichtungseckleisten und die Ecklager bilden somit eine Einheit, die gleichermaßen als Lagerung, wie auch als Dichtungsvorrichtung wirkt. Nachteilig bei diesem Aufbau ist, daß einerseits Aussparungen im Brennstoffzellenstapel vorgesehen sein müssen, die die effektive Fläche der Brennstoffzellen und somit die gesamte Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels verringern. Andererseits ist die Umhüllung über die Ecklager nicht starr mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden, so daß die oberen und unteren Ver- schlußplatten der Umhüllung ebenfalls keine starre Verbindung mit dem Brennstoffzellenstapel aufweisen. Daher sind separate Deckplatten des Brennstoffzellenstapels erforderlich, so daß insgesamt ein aufwendiger Aufbau des Brennstoffzellenmoduls vorliegt.DE 195 17 042 Cl, from which the present invention is based, discloses a fuel cell arrangement with a number of fuel cells arranged in a fuel cell stack. The fuel cell stack is surrounded by a gas-tight envelope and is supported against the top and the bottom of the envelope. Sealing devices for mutually sealing the inlet and outlet spaces are provided between the casing and the fuel cell stack, the sealing devices being designed to compensate for thermal expansions between the fuel cell stack and the casing. For this purpose, recesses are provided at the corners of the fuel cells, in which sealing corner strips are used, which consist of an electrically insulating ceramic material. The fuel cell stack is supported in the envelope by corner bearings, which are effective between the sealing corner strips and corresponding, opposite areas of the envelope. The sealing corner strips and the corner bearings thus form a unit which acts both as a bearing and as a sealing device. A disadvantage of this design is that cutouts must be provided in the fuel cell stack, which reduce the effective area of the fuel cells and thus the overall performance of the fuel cell stack. On the other hand, the cover is not rigidly connected to the fuel cell stack via the corner bearings, so that the upper and lower connections end plates of the envelope also have no rigid connection to the fuel cell stack. Therefore, separate cover plates of the fuel cell stack are required, so that there is an overall complex structure of the fuel cell module.
Aus der DE 42 36 441 AI ist weiterhin ein Verfahren zum Dichten von Hochtemperatur-Brennstoffzellen bekannt, bei dem die Dichtflächen zwischen dem Brennstoffzellenstapel und den umgebenden Bauteilen des Brennstoffzellenmoduls aus einem starren Glaslot bestehen. Das dabei verwendete Glaslot ist auch noch bei einer Betriebstemperatur von über 1.100 C starr, so daß erhebliche mechanischen Spannungen, die durch während des Betriebes entstehende große Temperaturdifferenzen auftreten, auf die Dichtfläche übertragen werden. Daher besteht die Gefahr eines Zerbrechen des Glaslotes, so daß Undichtigkeiten entstehen könnten.From DE 42 36 441 AI a method for sealing high-temperature fuel cells is also known, in which the sealing surfaces between the fuel cell stack and the surrounding components of the fuel cell module consist of a rigid glass solder. The glass solder used is still rigid even at an operating temperature of over 1,100 C, so that considerable mechanical stresses, which occur due to large temperature differences occurring during operation, are transferred to the sealing surface. There is therefore a risk of the glass solder breaking, which could result in leaks.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Brennstoffzellenmodul mit einer Gasversorgungseinrichtung anzugeben, das einen einfachen und somit kostengünstigen Aufbau aufweist und zugleich eine zuverlässige Versorgung der Brennstoffzellen mit Betriebsmitteln gewährleistet. Dabei besteht weiterhin das technische Problem der sicheren Abdichtung der Betriebsmittelwege innerhalb der Gasversorgungseinrichtung.The invention is therefore based on the technical problem of specifying a fuel cell module with a gas supply device which has a simple and therefore inexpensive structure and at the same time ensures a reliable supply of the fuel cells with operating resources. The technical problem of securely sealing the equipment paths within the gas supply device continues to exist.
Das erstgenannte technische Problem wird durch eine Gasversorgungseinrichtung für einen Brennstoffzellenstapel gelöst, der Stege und eine an den äußeren Enden der Stege befestigte Außenwand auf- weist. Die inneren Längskanten der Stege sind mit dem Brennstoffzellenstapel und entlang jeweils einer Querkante mit Deckplatten verbunden. Die Deckplatten wiederum schließen den Brennstoffzellenstapel in Längsrichtung ab.The first-mentioned technical problem is solved by a gas supply device for a fuel cell stack, which has webs and an outer wall attached to the outer ends of the webs. The inner longitudinal edges of the webs are connected to the fuel cell stack and along each transverse edge to cover plates. The cover plates in turn close the fuel cell stack in the longitudinal direction.
Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, daß durch Anbringen von Stegen an den Ecken eines Brennstoffzellenstapels und einer Außenwand, die an den Längskanten der Stege, vorzugsweise umlaufend, befestigt ist, erhebliche Materialkosten eingespart werden. Denn die Stege und die Außenwand unterliegen unterschiedlichen Materialanforderungen, so daß durch geeignete Wahl der Materialien und der Geome- trie des Aufbaus neben Material- auch Bearbeitungskosten eingespart werden. Gleichzeitig werden durch den erfindungsgemäßen Aufbau Lind durch eine geeignete Wahl der verwendeten Materialien zuverlässig abgedichtete und elektrisch isolierende Gasversorgungskästen geschaffen, die auch den hohen thermischen Belastungen beim Betrieb eines Brennstoffzellenstapels standhalten.According to the invention, it has thus been recognized that by attaching webs to the corners of a fuel cell stack and an outer wall which is fastened to the longitudinal edges of the webs, preferably circumferentially, considerable material costs are saved. Because the webs and the outer wall are subject to different material requirements, so that through a suitable choice of materials and geometry construction as well as material costs can be saved. At the same time, the construction according to the invention provides reliably sealed and electrically insulating gas supply boxes through a suitable choice of the materials used, which also withstand the high thermal loads during the operation of a fuel cell stack.
Die Stege sind bei einem bevorzugten Aufbau zunächst entlang der inneren Längskanten mit dem Brennstoffzellenstapel jeweils mit einer Dichtfläche abgedichtet verbunden. In gleicher Weise sind die Stege an den Querkanten mit den Deckplatten abdichtend verbunden. Weiterhin erstreckt sich die Außenwand über die gesamte Länge des Brennstoffzellenstapels und zusätzlich über die Kanten der Deckplatten, wobei die Außenwand gegenüber den Längskanten der Stege und gegenüber den Deckplatten mit entsprechenden Dichtflächen abgedichtet ist. Somit werden durch den Brennstoffzellenstapel, die Deckplatten, die Stege und die Außenwand die Betriebsmittelräume der erfindungsgemäßen Gasversorgungseinrichtung gebildet.In a preferred construction, the webs are first connected in a sealed manner to the fuel cell stack along the inner longitudinal edges with the fuel cell stack. In the same way, the webs are sealingly connected to the cover plates at the transverse edges. Furthermore, the outer wall extends over the entire length of the fuel cell stack and additionally over the edges of the cover plates, the outer wall being sealed off from the longitudinal edges of the webs and from the cover plates with corresponding sealing surfaces. The operating medium spaces of the gas supply device according to the invention are thus formed by the fuel cell stack, the cover plates, the webs and the outer wall.
In bevorzugter Weise besteht die Außenwand aus einer hochtemperaturbeständigen Metallfolie, deren Temperaturausdehnungsverhalten relativ gut an den Brennstoffzellenstapel angepaßt ist. Bestehende Unterschiede in der Temperaturausdehnung werden durch die geringe Dicke der Folie ausgeglichen. Denn die Betriebstemperaturen liegen oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Metalls der Folie, so daß die Folie kriechfähig ist und nur geringe mechanische Kräfte in Längs- richtung des Brennstoffzellenstapels erzeugt.The outer wall preferably consists of a high-temperature-resistant metal foil, the temperature expansion behavior of which is relatively well adapted to the fuel cell stack. Existing differences in temperature expansion are compensated for by the thin thickness of the film. This is because the operating temperatures are above the recrystallization temperature of the metal of the film, so that the film is capable of creeping and generates only slight mechanical forces in the longitudinal direction of the fuel cell stack.
Wird die erfindungsgemäße Gasversorgungseinrichtung für einen herkömmlichen Brennstoffzellenstapel mit Betriebstemperaturen im Bereich von 1000°C verwendet, so bestehen die Stege aus einer nicht leitenden und im thermischen Ausdehungsverhalten angepaßten Oxidkeramik. Daher bestehen keine Probleme mit der elektrischen Isolierung der Stege gegenüber den einzelnen Brennstoffzellen innerhalb des Brennstoffzellenstapels.If the gas supply device according to the invention is used for a conventional fuel cell stack with operating temperatures in the range of 1000 ° C., the webs consist of a non-conductive oxide ceramic that is adapted in terms of its thermal expansion behavior. There are therefore no problems with the electrical insulation of the webs from the individual fuel cells within the fuel cell stack.
Die Außenwand wird an den Außenkanten der Stege angelegt und anschließend mittels Andrückleisten und Spannringen an die Stege an- gedrückt, so daß die zwischen Außenwand und Stegen angeordneten Dichtflächen keine mechanischen Kräfte kompensieren müssen, die durch unterschiedliche Temperaturausdehnungen der beteiligten Bauteile hervorgerufen werden.The outer wall is placed on the outer edges of the webs and then attached to the webs using pressure strips and clamping rings pressed so that the sealing surfaces arranged between the outer wall and webs do not have to compensate for mechanical forces which are caused by different temperature expansions of the components involved.
Bei einem Brennstoffzellenstapel, der nach dem Substratkonzept hergestellt ist und nur eine niedrigere Betriebstemperatur benötigt, ist es möglich, für die Stege und auch für die Deckplatten statt einer im Temperaturausdehnungsverhalten angepaßten Oxidkeramik einen Stahl bzw. eine Legierung zu verwenden, die im thermischen Aus- dehnungsverhalten angepaßt sind. Dieses wird gerade durch die Reduzierung der Betriebstemperatur von 1000°C auf 700 - 800°C ermöglicht.In the case of a fuel cell stack which is produced according to the substrate concept and only requires a lower operating temperature, it is possible to use a steel or an alloy for the webs and also for the cover plates instead of an oxide ceramic which is adapted to the thermal expansion behavior, and which has a thermal expansion behavior are adjusted. This is made possible by reducing the operating temperature from 1000 ° C to 700 - 800 ° C.
Dadurch werden wiederum die Material- wie auch die Produktionskosten reduziert, da preiswert herzustellende Bauteile aus herkömmlichen Materialien verwendet werden. Durch die Verwendung einer Le- gierung ist jedoch eine zusätzliche elektrische Isolierung der Stege wie auch der Deckplatte gegenüber dem Brennstoffzellenstapel zur Verhinderung eines elektrischen Kurzschlusses notwendig. Dieses ist jedoch dann unproblematisch, wenn für die Dichtflächen ein elektrisch isolierendes Material wie bspw. eine Glaskeramik verwendet wird.This in turn reduces the material and production costs, since inexpensive components made from conventional materials are used. However, by using an alloy, additional electrical insulation of the webs and the cover plate with respect to the fuel cell stack is necessary to prevent an electrical short circuit. However, this is not a problem if an electrically insulating material such as a glass ceramic is used for the sealing surfaces.
Auch bei der Verwendung von metallischen Stegen ist eine Befestigung der Außenwand mit Hilfe von Andrückleisten und Spannringen - wie zuvor beschrieben - möglich. Jedoch kann in vorteilhafter Weise die metallische Außenwand an den metallischen Stegen durch eine stoffschlüssige Fügeverbindung, wie bspw. Löten oder Schweißen, be- festigt werden. Dadurch wird gleichfalls die Montage vereinfacht, wobei auch die Zuverlässigkeit der Gasversorgungseinrichtung wegen der erhöhten mechanischen Festigkeit der Verbindung verbessert wird. Schließlich ist durch Anbringen einer durchgehenden Schweißnaht auch eine geeignete Abdichtung zwischen den Stegen und der Au- ßenwand möglich. Eine Dichtfläche aus Glaslot bzw. Glaskeramik ist dann in vorteilhafter Weise nicht erforderlich.Even when using metallic webs, the outer wall can be fastened with the help of pressure strips and clamping rings - as described above. However, the metallic outer wall can be fastened to the metallic webs in an advantageous manner by means of a cohesive joint connection, such as, for example, soldering or welding. This also simplifies assembly, and the reliability of the gas supply device is also improved because of the increased mechanical strength of the connection. Finally, a suitable seal between the webs and the outer wall is also possible by applying a continuous weld seam. A sealing surface made of glass solder or glass ceramic is then advantageously not required.
Durch die Verwendung einer Legierung für Stege und Deckplatten wird in vorteilhafter Weise die Verbindung der Stege mit den Deckplatten mittels stoffschlüssiger Fügeverbindungen ermöglicht, ohne daß eine separate Dichtfläche notwendig ist. Ebenso wird die Befestigung von Anschlußflanschen für die Versorgung der Betriebsmittelräume der Gasversorgungseinrichtung mit Betriebsmitteln vereinfacht, da auch hier stoffschlüssige Fügeverbindungen angewendet werden können. Die Deckplatten müssen dann jedoch jeweils von den Endplatten elektrisch isoliert befestigt werden.The use of an alloy for webs and cover plates advantageously enables the webs to be connected to the cover plates by means of material-fit joint connections, without that a separate sealing surface is necessary. Likewise, the attachment of connecting flanges for supplying the equipment rooms of the gas supply device with equipment is simplified, since material-fit joint connections can also be used here. However, the cover plates must then be fastened in an electrically insulated manner from the end plates.
Es zeigt sich also, daß bei der bevorzugten Ausgestaltung der Gasversorgungseinrichtung die Verwendung von Metallen möglich ist, so daß bei den niedrigen Betriebstemperaturen von 700 - 800°C neben der Außenwand weitere Bauteile der Brennstoffzellenstapelanordnung aus Legierungen hergestellt werden können. Dadurch können diese Bauteile in einfacherer und zuverlässigerer Weise zu einer Brenn- stoffzellenstapelanordnung verbunden werden, als es im Stand der Technik bisher möglich gewesen ist.It can thus be seen that in the preferred embodiment of the gas supply device, the use of metals is possible, so that at the low operating temperatures of 700-800 ° C., further components of the fuel cell stack arrangement can be produced from alloys in addition to the outer wall. As a result, these components can be connected to a fuel cell stack arrangement in a simpler and more reliable manner than was previously possible in the prior art.
In bevorzugter Weise werden die Dichtflächen zwischen den verschiedenen Bauteilen der Gasversorgungseinrichtung aus einem Glaslot bzw. einer Glaskeramik hergestellt, die sowohl eine gasdichte Verbindung als auch eine elektrisch isolierende Schicht bildet. Somit werden alle Anforderungen an die Dichtfläche, die zuvor aufgezeigt worden sind, erfüllt. Darüber hinaus ist die Glaskeramik bei den hohen Temperaturen kriechfähig, so daß die Dichtflächen auftretende mechanische Spannungen ausgleichen und abbauen können, da die Dichtflächen keine tragende Funktion besitzen.The sealing surfaces between the various components of the gas supply device are preferably produced from a glass solder or a glass ceramic, which forms both a gas-tight connection and an electrically insulating layer. This fulfills all the requirements for the sealing surface that have been shown above. In addition, the glass ceramic is capable of creeping at the high temperatures, so that the sealing surfaces can compensate and reduce mechanical stresses occurring, since the sealing surfaces have no load-bearing function.
Die Herstellung der Dichtflächen sowie der Zusammenbau des Brenn- stoffzellenstapels und der Gasversorgungseinrichtung sowie wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 13 bis 15 durchgeführt. Dadurch wird das oben aufgeführte technische Problem der sicheren Abdichtung der Betriebsmittelwege innerhalb der Gasversorgungseinrichtung gelöst.The manufacture of the sealing surfaces and the assembly of the fuel cell stack and the gas supply device and according to the invention is carried out using a method according to claims 13 to 15. This solves the above-mentioned technical problem of securely sealing the equipment paths within the gas supply device.
Ein Vorteil besteht dabei in der getrennten Herstellung von Stapel und Gasversorgungseinrichtung. Denn dadurch können im Brennstoffzellenstapel vor dem Zusammenbau mit der Gasversorungseinrichtung zunächst die Abdichtungen im Stapel überprüft und ggfs. nachgebessert werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigtOne advantage is the separate manufacture of the stack and the gas supply device. This allows the seals in the stack to be checked and, if necessary, improved in the fuel cell stack before being assembled with the gas supply device. In the following, the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment, reference being made to the drawing. In the drawing shows
Fig. 1 im Querschnitt eine erfindungsgemäße Gasversorgungs- einrichtung,1 in cross section an inventive gas supply device,
Fig. 2 in einer Draufsicht die in Fig. 1 dargestellte Gasversorgungseinrichtung undFig. 2 is a plan view of the gas supply device shown in Fig. 1 and
Fig. 3 in einer Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 2 die Anordnung der Einfüllöffnungen und der Versorgungskanäle.3 shows an enlarged detail from FIG. 2, the arrangement of the filling openings and the supply channels.
In den Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellenmodul mit einer Gasversorgungseinrichtung für einen Brennstoffzellenstapel 1 dargestellt, der aus einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 2 und verbindenden Elementen 3, den sog. Interkonnektoren, zusammengesetzt ist. Die Versorgung der Brennstoffzellen 2 mit den Betriebsmitteln er- folgt über Betriebsmittelräume 4 und 5 bzw. 6 und 7, wobei die Brennstoffzellen 2 im sog. Kreuzstrom betrieben werden. Beispielsweise wird der Brennstoff über den Betriebsmittelraum 4 zu- und über den Betriebsmittelraum 5 abgeführt, während das Oxidationsmittel über die Betriebsmittelräume 6 und 7 zu- und abgeführt wird.1 and 2 show a fuel cell module according to the invention with a gas supply device for a fuel cell stack 1, which is composed of a plurality of fuel cells 2 and connecting elements 3, the so-called interconnectors. The supply of the fuel cells 2 with the operating resources takes place via operating resource rooms 4 and 5 or 6 and 7, the fuel cells 2 being operated in the so-called cross flow. For example, the fuel is supplied via the operating medium space 4 and discharged via the operating medium space 5, while the oxidant is supplied and removed via the operating medium spaces 6 and 7.
Erfindungsgemäß werden die Betriebsmittelräume 4 bis 7 der Gasversorgungseinrichtung durch den Brennstoff zellenstapel 1, Stege 8, eine umlaufende Außenwand 9 und Deckplatten 10 und 11 gebildet.According to the operating fluid spaces 4 to 7 of the gas supply device through the fuel cell stack 1, webs 8, a circumferential outer wall 9 and cover plates 10 and 11 are formed.
Zunächst sind die Stege 8 entlang der vier Ecken des Brennstoffzellenstapels 1 mit ihren inneren Längskanten verbunden, so daß sich im wesentlichen eine Kreuzform ergibt. Die Stege 8 stehen dabei radial von der Mitte des Brennstoffzellenstapels 1 nach außen gerichtet vom Brennstoff zellenstapel 1 ab. Weiterhin sind die Stege 8 mit Deckplatten 10 und 11 verbunden, die den Brennstoffzellenstapel 1 in Längsrichtung, also in vertikaler Richtung in Fig. 1 abschließen. Im in Fig. 1 dar- gestellten Ausführungsbeispiel sind die Stege 8 an der unteren Deckplatte 10 befestigt, während die obere Deckplatte 11 Aussparungen auf- weist, die mit den Positionen der Stege 8 korrespondieren und durch die sich die Stege 8 im zusammengebauten Zustand erstrecken.First, the webs 8 are connected along the four corners of the fuel cell stack 1 with their inner longitudinal edges, so that there is essentially a cross shape. The webs 8 are radially from the center of the fuel cell stack 1 outwards from the fuel cell stack 1. Furthermore, the webs 8 are connected to cover plates 10 and 11, which close off the fuel cell stack 1 in the longitudinal direction, that is to say in the vertical direction in FIG. 1. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the webs 8 are fastened to the lower cover plate 10, while the upper cover plate 11 has cutouts. points, which correspond to the positions of the webs 8 and through which the webs 8 extend in the assembled state.
Weiterhin entspricht die Länge der Außenwand 9 mindestens der Höhe des Brennstoffzellenstapels 1 zuzüglich der Dicken der beiden Deckplatten 10 Lind 11, so daß die Atißenwand an der gesamten Länge der Stege 8 und entlang der gesamten umlaufenden Kanten der Deckplatten 10 und 11 anliegt.Furthermore, the length of the outer wall 9 corresponds at least to the height of the fuel cell stack 1 plus the thicknesses of the two cover plates 10 and 11, so that the atissen wall bears against the entire length of the webs 8 and along the entire circumferential edges of the cover plates 10 and 11.
Damit die Betriebsmittelwege in geeigneter Weise voneinander getrennt sind und keine Verbindungen zwischen den einzelnen Be- triebsmittelräumen - außer über die Brennstoffzellen selbst - bestehen, sind zunächst die Stege 8 gegenüber dem Brennstoffzellenstapel 1 sowie gegenüber den Deckplatten 10 und 11 abgedichtet, wobei entlang der Berührungsflächen der Bauteile Dichtflächen 12 und 13 ausgebildet sind.So that the operating medium paths are separated from each other in a suitable manner and there are no connections between the individual operating medium rooms - except via the fuel cells themselves - the webs 8 are first sealed off from the fuel cell stack 1 and from the cover plates 10 and 11, the along the contact surfaces of the Components sealing surfaces 12 and 13 are formed.
Auch die Außenwand 9 ist gegenüber den Stegen 8 und den Deckplatten 10 und 11 abgedichtet, wobei Dichtflächen 14 und 15 zwischen den Bauteilen ausgebildet sind. Die Herstellung der Dichtflächen wird weiter unten genauer beschrieben.The outer wall 9 is also sealed off from the webs 8 and the cover plates 10 and 11, sealing surfaces 14 and 15 being formed between the components. The manufacture of the sealing surfaces is described in more detail below.
Erfindungsgemäß besteht die Außenwand 9 aus einer hochtempera- turbeständigen Metallschicht, die auch bei Temperaturen von bis zu 1000 °C formstabil ist. Werden nun für die Stege 8 keramische Materialien verwendet, so besteht die Metallschicht vorzugsweise aus einer Metallfolie, deren Dicke dabei beispielsweise 50 μm beträgt. Es sind jedoch auch andere Dicken möglich. Es ist jedenfalls notwendig, daß durch die Metallfolie bei den während des Betriebes auftretenden Temperaturzyklen nur geringe mechanische Spannungen erzeugt werden, die nicht zu einer Belastung des Brennstoffzellenstapels führen. Dabei ist es von Vorteil, daß sich die Metallschicht im Temperaturbereich von 700 - 1000°C oberhalb des Rekristallisationspunktes be- findet und somit kriechfähig ist. Temperaturausdehnungen des Brennstoffzellenstapels 1 und der Stege 8 können somit innerhalb der Metallfolie kompensiert werden. Wie oben beschrieben worden ist, bestehen die Stege 8 und die Deckplatten 10 und 11 entweder aus einer nicht leitenden und im thermischen Ausdehnungsverhalten angepaßten Oxidkeramik oder aus einem im thermischen Ausdehungsverhalten angepaßten ferritischen Stahl bzw. einer Legierung. Dabei können die letztgenannten Materialien nur bei Betriebstemperaturen des Brennstoffzellenstapels 1 im Bereich von 700 - 800°C für Stege und Deckplatten angewendet werden, da nur für diese Temperaturen ein ausreichend angepaßtes Temperaturausdehnungsverhalten erzielt werden kann. In diesem Fall kann die Außenwand auch aus einem Metallblech hergestellt werden. Denn wegen des ähnlichen Temperaturausdehnungsverhaltens von Stegen und Außenwand kann die Außenwand selbst nur geringe mechanische Spannungen aufgrund des eigenen Temperaturausdehnungsverhaltens auf die Verbindung zwischen den Stegen und der Außenwand ausüben.According to the invention, the outer wall 9 consists of a high-temperature-resistant metal layer which is dimensionally stable even at temperatures of up to 1000 ° C. If 8 ceramic materials are now used for the webs, the metal layer preferably consists of a metal foil, the thickness of which is, for example, 50 μm. However, other thicknesses are also possible. In any case, it is necessary for the metal foil to generate only slight mechanical stresses during the temperature cycles occurring during operation, which do not lead to a load on the fuel cell stack. It is advantageous that the metal layer is in the temperature range of 700 - 1000 ° C above the recrystallization point and is therefore capable of creeping. Thermal expansion of the fuel cell stack 1 and the webs 8 can thus be compensated for within the metal foil. As has been described above, the webs 8 and the cover plates 10 and 11 consist either of a non-conductive oxide ceramic which is adapted in terms of thermal expansion behavior or of a ferritic steel or an alloy which is adapted in terms of thermal expansion behavior. The latter materials can only be used at operating temperatures of the fuel cell stack 1 in the range of 700-800 ° C. for webs and cover plates, since a sufficiently adapted temperature expansion behavior can only be achieved for these temperatures. In this case, the outer wall can also be made from a metal sheet. Because of the similar thermal expansion behavior of webs and outer wall, the outer wall itself can only exert slight mechanical stresses on the connection between the webs and the outer wall due to its own thermal expansion behavior.
Als Oxidkeramik steht dabei eine nicht leitende und im Temperaturausdehnungsverhalten angepaßte Hochtemperaturoxidkeramik wie bspw. Aluminiummagnesiumspinell (MgO • AI2O3) zur Verfügung. Als Legierung wird dagegen eine Hochtemperaturlegierung mit den Hauptbestandteilen Chrom und Eisen wie bspw. hitzebeständiger ferritischer Stahl verwendet.A non-conductive high-temperature oxide ceramic, such as aluminum magnesium spinel (MgO • AI2O3), which is adapted in terms of its temperature expansion behavior, is available as oxide ceramic. In contrast, a high-temperature alloy with the main constituents chromium and iron, such as heat-resistant ferritic steel, is used as the alloy.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Außenwand 9 an den Stegen mit Hilfe von Andrückleisten 16 und Spannringen 17 befestigt. Diese kraftschlüssige Verbindung ist insbe- sondere dann anzuwenden, wenn die Stege 8 aus keramischem Material und die Außenwand 9 a is einer Metallfolie bestehen. Sind dagegen die Stege ebenfalls aus einem Stahl oder sonstigen Legierung hergestellt, so kann die Außenwand 9 auch durch eine stoffschlüssige Fügeverbindung, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, mit den Stegen verbunden sein. Die stoffschlüssige Befestigung stellt dabei eine sicherere Verbindung der Außenwand 9 und der Stege 8 dar.In the embodiment shown in the drawing, the outer wall 9 is fastened to the webs with the aid of pressure strips 16 and clamping rings 17. This non-positive connection is to be used in particular when the webs 8 are made of ceramic material and the outer wall 9 a is made of a metal foil. If, on the other hand, the webs are also made of a steel or other alloy, the outer wall 9 can also be connected to the webs by means of a material connection, for example by soldering or welding. The integral connection represents a more secure connection of the outer wall 9 and the webs 8.
Die Dichtflächen 12 bis 15 bestehen aus einer im thermischen Ausdehnungsverhalten angepaßten Glaslot- bzw. Glaskeramikschicht, die nach dem Zusammenbau des Brennstoffzellenstapels 1 aufgebracht werden. Dabei wird eine Glaskeramikschicht bevorzugt, da sie wegen des Temperaturausdehnungsverhaltens und wegen des geringen elektrischen Widerstandes besonders gut für die Dichtfläche geeignet ist. Dafür sind zunächst an den Stegen 8 an der innen liegenden Längs- kante Nuten 18 und an der außen liegenden Längskante Nuten 19 ausgebildet, die der Aufnahme einer aus Glaskeramikpulver und einem Binder bestehenden Glaskeramikpaste dienen. Weiterhin sind an den Deckplatten Nuten 20 für den gleichen Zweck ausgebildet.The sealing surfaces 12 to 15 consist of a glass solder or glass ceramic layer which is adapted in terms of thermal expansion behavior and which is applied after the assembly of the fuel cell stack 1 become. A glass ceramic layer is preferred since it is particularly well suited for the sealing surface due to the temperature expansion behavior and the low electrical resistance. For this purpose, grooves 18 are first formed on the webs 8 on the inner longitudinal edge and grooves 19 on the outer longitudinal edge, which serve to hold a glass ceramic paste consisting of glass ceramic powder and a binder. Furthermore, grooves 20 are formed on the cover plates for the same purpose.
Wie in Fig. 3 im Ausschnitt dargestellt ist, sind zum Einfüllen der Glaskeramikpaste an der Deckplatte 10 Einfüllöffnungen 21 in Form von Stutzen angebracht. Weiterhin sind in der Deckplatte 10 Versorgungskanäle 22 und 23 angeordnet, die in Verbindung mit den Nuten 18 und 19 stehen. Dabei ist beispielsweise der Versorgungskanal 22 innerhalb des Steges 8 als Versorgungskanal 24 verlängert ausgebildet. Weiterhin sind in der Zeichnung nicht dargestellte Versorgungskanäle vorgesehen, die innerhalb der Deckplatte 10 radial nach außen verlaufen, um die umlaufende Nut 20 mit Glaskeramikpaste zu versorgen.As shown in FIG. 3 in the detail, 10 filling openings 21 are provided in the form of connecting pieces for filling the glass ceramic paste on the cover plate. Furthermore, 10 supply channels 22 and 23 are arranged in the cover plate, which are in connection with the grooves 18 and 19. In this case, for example, the supply channel 22 is extended within the web 8 as a supply channel 24. Furthermore, supply channels, not shown, are provided in the drawing, which run radially outward within the cover plate 10 in order to supply the circumferential groove 20 with glass ceramic paste.
Das Verfahren zu Herstellung eines Brennstoffzellenmoduls mit einer Gasversorgungeinrichtung wird im folgenden beschrieben. Zunächst werden entlang der späteren Anlageflächen der verschiedenen Bauteile zumindest in einem der Bauteile Nuten 18, 19 und 20 vorgesehen, die die Glaskeramik aufnehmen und führen werden. Dabei werden die Nuten 18, 19 und 20 vorzugsweise entweder an den Kanten der Stege 8 oder der Deckplatten 10 bzw. 11 angebracht. Weiterhin sind an der Deckplatte 10 zum Aufbringen der Glaskeramik Einfüllöffnungen 21 und in der Deckplatte 10 Versorgungskanäle 22 und 23 vorgesehen, durch die eine Glaskeramikpaste, wie im folgenden beschrieben wird, zu den Dichtflächen 12 bis 15 geführt wird.The method for producing a fuel cell module with a gas supply device is described below. First, grooves 18, 19 and 20 are provided along the later contact surfaces of the various components, which will receive and guide the glass ceramic, at least in one of the components. The grooves 18, 19 and 20 are preferably attached either to the edges of the webs 8 or the cover plates 10 and 11, respectively. Furthermore, filler openings 21 are provided on the cover plate 10 for the application of the glass ceramic and supply channels 22 and 23 are provided in the cover plate 10, through which a glass ceramic paste, as will be described in the following, is led to the sealing surfaces 12 to 15.
Als nächstes werden an der unteren Deckplatte 10 Stege 8 befestigt, die im Abstand der äußeren Abmessungen der Ecken der anzuordnenden Brennstoffzellen angeordnet sind. In den von den Stegen 8 mit den inneren Kanten aufgespannten Raum werden anschließend die Brennstoffzellen 2 und die verbindenden Elemente 3 in ihrer vorgesehenen Ausrichtung übereinander gestapelt. Die Anzahl der Brenn- Stoffzellen 2 ist dabei durch die Länge des Brennstoffzellenstapels 1 im fertigen, d.h. zusammengedrückten Zustand, vorgegeben, wobei die Höhe des Brennstoffzellenstapel 1 geringer als die Länge der Stege ist.Next, webs 8 are fastened to the lower cover plate 10 and are arranged at a distance from the outer dimensions of the corners of the fuel cells to be arranged. In the space spanned by the webs 8 with the inner edges, the fuel cells 2 and the connecting elements 3 are then stacked one above the other in their intended orientation. The number of burning Material cells 2 are predetermined by the length of the fuel cell stack 1 in the finished, ie compressed, state, the height of the fuel cell stack 1 being less than the length of the webs.
Danach wird die obere Deckplatte 11 auf den Brennstoff zellenstapel 1 aufgesetzt, wobei sich die Stege 8 durch entsprechende Aussparungen in der oberen Deckplatte 11 erstrecken. Auf die obere Deckplatte 11 werden dann Gewichte aufgesetzt, um den gesamten Brennstoffzellenstapel 1 zusammenzudrücken und um einen ausreichenden mechanischen und elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Schichten zu gewährleisten.Then the upper cover plate 11 is placed on the fuel cell stack 1, the webs 8 extending through corresponding recesses in the upper cover plate 11. Weights are then placed on the upper cover plate 11 in order to compress the entire fuel cell stack 1 and to ensure sufficient mechanical and electrical contact between the individual layers.
Weiterhin wird die Außenwand 9 der Gasversorgungseinrichtung um die Stege 8 und die Außenkante der unteren und oberen Deckplatten 10 und 11 herum angeordnet, so daß die für die Versorgung des Brennstoffzellenstapels 1 mit Betriebsmitteln notwendigen Betriebsmittel- räume 4 bis 7 gebildet werden. Dabei ist es erforderlich, daß sich einerseits die Außenkanten der Stege 8 bis an die umlaufende Außenkante der Deckplatten 10 und 11 erstrecken und daß andererseits die Höhe der Außenwand 9 mindestens der Länge des Brennstoffzellenstapels 1 und der beiden Deckplatten 10 und 11 entspricht. Die Außenwand wird danach mittels Andrückleisten 16 und Spannringen 17 fixiert.Furthermore, the outer wall 9 of the gas supply device is arranged around the webs 8 and the outer edge of the lower and upper cover plates 10 and 11, so that the operating medium spaces 4 to 7 necessary for supplying the fuel cell stack 1 with operating means are formed. It is necessary that on the one hand the outer edges of the webs 8 extend to the circumferential outer edge of the cover plates 10 and 11 and that on the other hand the height of the outer wall 9 corresponds at least to the length of the fuel cell stack 1 and the two cover plates 10 and 11. The outer wall is then fixed by means of pressure strips 16 and clamping rings 17.
Anschließend werden die Dichtflächen 12 bis 15 zwischen den verschiedenen Bauteilen der Gasversorgungseinrichtung hergestellt. Dazu wird eine aus Glaskeramikpulver und einem Binder bestehende Paste in die Einfüllöffnungen 21, die an der Deckplatte 10 angeordnet sind, eingeführt.The sealing surfaces 12 to 15 are then produced between the various components of the gas supply device. For this purpose, a paste consisting of glass ceramic powder and a binder is introduced into the filling openings 21, which are arranged on the cover plate 10.
Über die Versorgungskanäle 22 bis 24 sowie über nicht dargestellte Versorgungskanäle, die mit den herzustellenden Dichtflächen 12 bis 15 durchgehend verbunden sind und in der Deckplatte 10 und ggfs. in den Stegen 8 ausgebildet sind, wird dann mittels Anwendung eines Überdruckes von bis zu 20 bar die Paste zunächst entlang der abzudichtenden Kontaktflächen zwischen den Bauteilen verteilt. Anschließend wird die Glaskeramik unter Anwendung einer hohen Temperatur gesintert. Die somit entstehende Glaskeramikschicht bildet dann eine zuverlässige Abdichtung, die zudem elektrisch isolierend ist. About the supply channels 22 to 24 and via supply channels, not shown, which are continuously connected to the sealing surfaces 12 to 15 to be produced and are formed in the cover plate 10 and possibly in the webs 8, then by using an overpressure of up to 20 bar Paste first distributed along the contact surfaces to be sealed between the components. The glass ceramic is then sintered using a high temperature. The resulting glass ceramic layer then forms a reliable seal that is also electrically insulating.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Brennstoffzellenmodul mit einer Gasversorgungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasversorgungseinrichtung1. Fuel cell module with a gas supply device, characterized in that the gas supply device
- Stege (8) aufweist, die entlang der inneren Längskante mit dem Brennstoffzellenstapel (1) und entlang jeweils einer Querkante mit Deckplatten (10, 11) verbunden sind, die den Brennstoffzellenstapel (1) in Längsrichtung abschließen, und- Has webs (8) which are connected along the inner longitudinal edge to the fuel cell stack (1) and along a respective transverse edge with cover plates (10, 11) which terminate the fuel cell stack (1) in the longitudinal direction, and
- wobei die Stege (8) mit ihren äußeren Enden an der das Brennstoffzel- lenmodLil umgebenden Außenwand (9) befestigt sind.- The webs (8) are attached with their outer ends to the outer wall (9) surrounding the fuel cell module.
2. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außenwand (9) mindestens über die gesamte Länge des Brennstoffzellenstapels (1) und der Deckplatten (10, 11) erstreckt.2. Fuel cell module according to claim 1, characterized in that the outer wall (9) extends at least over the entire length of the fuel cell stack (1) and the cover plates (10, 11).
3. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Andrückleisten (16) und Spannringe (17) die Außenwand (9) an den Stegen (8) und den Deckplatten (10, 11) befestigen.3. Fuel cell module according to claim 1 or 2, characterized in that pressure strips (16) and clamping rings (17) attach the outer wall (9) to the webs (8) and the cover plates (10, 11).
4. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (9) aus einer hochtemperaturbeständigen Metallschicht, vorzugsweise aus einer Metallfolie besteht.4. Fuel cell module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer wall (9) consists of a high temperature-resistant metal layer, preferably of a metal foil.
5. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) aus einer nicht leitenden und im thermischen Ausdehungsverhalten angepaßten Oxidkeramik bestehen. 5. Fuel cell module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the webs (8) consist of a non-conductive and adapted in thermal expansion behavior oxide ceramic.
6. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) aus einem im thermischen Ausde- hungsverhalten angepaßten ferritischen Stahl oder Legierung bestehen und am Brennstoffzellenstapel (1) elektrisch isoliert befestigt sind.6. Fuel cell module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the webs (8) consist of a ferritic steel or alloy adapted in thermal expansion behavior and are fastened to the fuel cell stack (1) in an electrically insulated manner.
7. BrennstoffzellenmodLil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (9) an den Stegen (8) und an den Deckplatten (10, 11) mit einer stoffschlüssigen Fügeverbindung befestigt ist.7. Fuel cell module according to claim 6, characterized in that the outer wall (9) on the webs (8) and on the cover plates (10, 11) is fastened with a cohesive joint connection.
8. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) gegenüber dem Brennstoffzellenstapel (1) und gegenüber den Deckplatten (10, 11) mit Dichtflächen (12, 13) abgedichtet sind.8. Fuel cell module according to one of claims 1 to 7, characterized in that the webs (8) against the fuel cell stack (1) and against the cover plates (10, 11) with sealing surfaces (12, 13) are sealed.
9. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (9) gegenüber den Stegen (8) und den Deckplatten (10, 11) mit Dichtflächen (14, 15) abgedichtet ist.9. Fuel cell module according to one of claims 1 to 8, characterized in that the outer wall (9) with respect to the webs (8) and the cover plates (10, 11) with sealing surfaces (14, 15) is sealed.
10. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Dichtflächen (12, 13, 14, 15) aus einer Glaslotschicht, vorzugsweise aus einer Glaskeramikschicht bestehen.10. Fuel cell module according to claim 8 or 9, characterized in that the sealing surfaces (12, 13, 14, 15) consist of a glass solder layer, preferably of a glass ceramic layer.
11. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufbringung der Dichtflächen (12, 13, 14, 15) entlang der abzudichtenden Flächen Nuten (18, 19) in den Stegen (8) bzw. den Deckplatten (10, 11) vorgesehen sind. 11. Fuel cell module according to claim 10, characterized in that for the application of the sealing surfaces (12, 13, 14, 15) along the surfaces to be sealed grooves (18, 19) in the webs (8) or the cover plates (10, 11) are provided.
12. Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Aufbringen der Glaslot- bzw. Glaskeramikschichten in zumindest einer der Deckplatten (10, 11) Einfüllöffnungen (21) und Versorgungskanäle (22, 23, 24) vorgesehen sind.12. Fuel cell module according to claim 10 or 11, characterized in that for the application of the glass solder or glass ceramic layers in at least one of the cover plates (10, 11) filler openings (21) and supply channels (22, 23, 24) are provided.
13. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenmoduls mit einer Gasversorgungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Vorrichtungsansprüche,13. A method for producing a fuel cell module with a gas supply device according to one of the preceding device claims,
- bei dem zumindest in einen in einer der Deckplatten angeordneten Versorgungskanal eine aus Glaslot- oder Glaskeramikpulver und einem Binder bestehende Paste eingefüllt wird, wobei der Versorgungskanal mit der herzustellenden Dichtungsfläche durchgehend verbunden ist,a paste consisting of glass solder or glass ceramic powder and a binder is filled into at least one supply channel arranged in one of the cover plates, the supply channel being continuously connected to the sealing surface to be produced,
- bei dem unter Anwendung eines Überdruckes die Paste entlang der Dichtfläche verteilt wird und- In which the paste is distributed along the sealing surface using an overpressure and
- bei dem die Paste anschließend unter Anwendung einer hohen Temperatur ausgehärtet wird.- in which the paste is then cured using a high temperature.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Paste entlang der abzu- dichtenden Fläche durch zumindest eine Nut geführt wird, die in einem der die Dichtfläche umgebenden Bauteile ausgebildet worden ist.14. The method according to claim 13, wherein the paste is guided along the surface to be sealed through at least one groove which has been formed in one of the components surrounding the sealing surface.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem zunächst der Brennstoffzellenstapel ohne Dichtflächen an den Stegen, den Deckplatten oder der Außenwand zusammengebaut wird und anschließend die Dichtflächen zwischen den Bauteilen hergestellt werden. 15. The method according to claim 13 or 14, in which the fuel cell stack is first assembled without sealing surfaces on the webs, the cover plates or the outer wall and then the sealing surfaces are produced between the components.
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