EP1794825A2 - Hochtemperatur-brennstoffzellenanlage und verfahren zur herstellung von kontaktierungselementen für eine derartige brennstoffzellenanlage - Google Patents

Hochtemperatur-brennstoffzellenanlage und verfahren zur herstellung von kontaktierungselementen für eine derartige brennstoffzellenanlage

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EP1794825A2
EP1794825A2 EP05799047A EP05799047A EP1794825A2 EP 1794825 A2 EP1794825 A2 EP 1794825A2 EP 05799047 A EP05799047 A EP 05799047A EP 05799047 A EP05799047 A EP 05799047A EP 1794825 A2 EP1794825 A2 EP 1794825A2
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EP
European Patent Office
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fuel cell
cell system
temperature fuel
ceramic
contacting element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05799047A
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English (en)
French (fr)
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Robert Fleck
Harald Landes
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
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    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/49108Electric battery cell making

Definitions

  • the invention relates to a high-temperature fuel cell layer of a plurality of individual fuel cells, which are contacted for electrical parallel and / or series connection with each other, including flexible and electrically conductive contacting elements are used.
  • the invention also relates to a method for the production of contacting elements for such a fuel cell system.
  • contact strips are used for electrically contacting solid ceramic fuel cells in series or parallel connection.
  • the contact strips are applied, for example, along a tubular fuel cell on the interconnector already present there and connect in each case the cathode and anode of two individual superimposed fuel cells (electrical Rei ⁇ henscrien).
  • Several adjacent fuel cells can be electrically connected to each other for parallel connection by a contact strip (electrical parallel connection).
  • Known contacting elements which are currently used for the electrical connection of tubular high-temperature fuel cells, consist of nickel felt strips which consist of a multiplicity of fine nickel fibers which are only a few 10 ⁇ m thick and thus are both flexible and compressible , The nickel felt strips are in the compressed state about 6 mm wide and 3 to 4 mm high.
  • the height of the contact strip is given during assembly by the distance that must be bridged between two cells by the contact. This is described in detail, for example, in EP 0 320 087 B1 and EP 0 536 909 A1 described.
  • the nickel felts are glued onto the interconnector on the one hand and the anode on the other hand with a nickel paste.
  • nickel felts are time-consuming and associated with many production steps. This results in high costs.
  • An undesirable feature of these contact strips is also that the nickel felts can resinterse in long-term operation, and thus the cell contact becomes rigid due to loss of flexibility and elasticity. This can have the consequence that, in the event of large temperature fluctuations, the contacts break off and the power of the fuel cell system is thereby lost.
  • the subject matter of the invention is such a contacting element in which the electrical contact is formed from a metallic mesh, knitted fabric or expanded metal in which a ceramic inner core is incorporated.
  • a ceramic felt, netting, knitted or ceramic cord is embedded as the inner core.
  • the inner core is flexible, which means the intended purpose is particularly advantageous.
  • the Ke ramikfilz preferably consists of alumina (Al 2 O 3), ge ⁇ optionally with proportions of silicon oxide (SiO 2) or so-called. Molit.
  • the material for the metallic sheath is of nickel or a nickel alloy is used in ⁇ be known manner.
  • the ceramic felt acts as a flexible buffer between the cells in the operating state of the SOFC and in thermally induced deformations of the cell bundle.
  • the ceramic core in contrast to the nickel mesh at the high operating temperatures of the fuel cell of about 1000 0 C can not sinter. Furthermore, the ceramic core between the metal connectors as Versinterungsschutz the nickel components in Kunststoff ⁇ strip and additionally as a flexible spacer wir ⁇ ken. The electric current is carried by the electrically conductive Ni- disgust, the electrically insulating ceramic core, however, has no Stromleitfunktion.
  • Figure 4 shows an embodiment with a rigid Keramiksee ⁇ le
  • FIG. 5 and FIG. 6 show two alternative constructions of contacting elements
  • Figure 7 shows an arrangement of six tubular fuel cells
  • Figure 8 cell system an alternative design to figure 2.3 specifically for a so-called HPD (High Power p_ensity) fuel ⁇ .
  • HPD High Power p_ensity
  • the individual cells are connected in series, for example, in series connection. Therefore, to each of the cathode of a first cell can be contacted with the anode ei ⁇ ner second cell.
  • a so-called interconnector 15 is located on the cathode tube 10 in a narrow region which is not covered by the electrolyte 11 or by the anode 12.
  • a separate contact element 20 is made on the interconnector 15 in order to make contact Cell 10 applied to the next cell 10 ⁇ .
  • the cathode tube having a thickness of 2 mm.
  • the cathode tubes are about 1800 mm long and closed at ei ⁇ nem end.
  • the interconnector 15 is in the form of a narrow strip with a thickness of about 100 ⁇ m on the cathode tube 10.
  • the electrolyte 11 and the anode 12 likewise have a thickness in the range of about 100 ⁇ m.
  • the contact 20 For the proper connection of two fuel cell tubes 10 and 10 ⁇ the contact 20 must have a thickness of about 3 mm. Since the fuel cell arrangement is carried out at temperatures in the range of 1000 0 C, the materials must their expansion coefficients are matched to each particular loading faced to ensure a sufficient stability. This does not apply to the ceramic components in relation to nickel. Therefore, the nickel contacts commonly used in the prior art must be to some degree elastic and flexible, which is made possible by their structure, eg, the knitted fabric.
  • a contact 200 which includes a Kera ⁇ premix felt 201 as a core and is provided with a nickel casing 202nd
  • the ceramic felt is advantageously made of aluminum oxide (Al 2 O 3) with additions of silicon oxide (SiO 2) or molit.
  • the nickel protection 202 arranged around the felt 201 can be, for example, a net or a knitted fabric.
  • Such wires can also consist of a nickel alloy, in particular a two-component alloy with nickel as the base metal and a metallic minor component. But also multi-component alloys with several secondary components are possible.
  • nickel alloy As secondary components for the nickel alloy, in particular dere the metals copper (Cu), chromium (Cr), cobalt (Co) or titanium (Ti) or their oxides in question.
  • Cu copper
  • Cr chromium
  • Co cobalt
  • Ti titanium
  • the total content of minor components should not exceed 30% by weight.
  • the ceramic core 301 is made of a solid ceramic part 303, which is covered on both sides by a flexible ceramic layer 302, in particular the felt according to FIG.
  • FIGS. 5 and 6 show two alternative constructions of contacting elements 500 and 600.
  • an Al 2 O 3-FUZ 601 can be completely wound around the nickel knit / net 602.
  • dage- gen forms the network 602 as a molding receptacles for the Keramikfilze 601, 601 ⁇ .
  • Contacting elements are better suited for contacting two tubular fuel cells than the contact strips used in the prior art. In particular, even with frequent temperature fluctuations, undesired sintering, which is usually associated with material embrittlement and thereby deteriorates the elasticity properties, can be effectively avoided.
  • FIG. 7 shows an arrangement of six tubular fuel cells which are connected in pairs in succession. It is the fuel cell 1 to 6 is indicated ⁇ . Between the fuel cells, a compact contact structure 700 is shown, which consists of individual, suitable lateral lateral position positioned internal Al 2 O 3 parts 701, which is surrounded by a nickel network 303. Thus, in terms of area, a series connection of the cells 1/4, 2/5 and 3/6 and a parallel connection of the cells 1/2/3 and 4/5/6 are realized.
  • FIG. 8 shows two so-called HPD fuel cells 8 and 9.
  • HPD fuel cells consist of a flat sintered body, which can occupy a flat or wavy surface, in which, for example, six or eight individual inner tubes are incorporated. Due to the be ⁇ vorzugten fuel gas management on the one hand and air gas guide ande hand, here is a very high output Leis ⁇ tung (High Power Density) results compared to individual tubes.
  • HPD fuel cells 8 and 9 can be interconnected electrically and mechanically stably and mechanically stably. Even with long-term operation at high temperatures no disturbances occur.

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Abstract

Eine Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage enthält einzelne SOFC-Brennstoffzellen, die zur elektrischen Parallel- oder Hintereinanderschaltung miteinander kontaktiert sind. Dafür geeignete Kontaktierungselemente müssen für einen Dauerbetrieb neben der elektrischen Leitfähigkeit eine gewisse Flexibilität haben. Gemäß der Erfindung weisen die Kontaktie- rungselemente (200, ...) zwischen zwei Brennstoffzellen (1, 2; 8, 9) eine äußere, metallisch leitfähige Hülle (202, ...) und eine Seele (201, ...) aus Keramik auf. Durch geeignete Formgebung lassen sich insbesondere Keramikfilze mit einem Nickelnetz umgeben.

Description

Beschreibung
Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage und Verfahren zur Her¬ stellung von Kontaktierungselementen für eine derartige Brennstoffzellenanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Brenn¬ stoffzellenlage aus mehreren einzelnen Brennstoffzellen, die zur elektrischen Parallel- und/oder Hintereinanderschaltung miteinander kontaktiert sind, wozu flexible und elektrisch leitfähige Kontaktierungselemente verwendet werden. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Her¬ stellung von Kontaktierungselementen für eine derartige Brennstoffzellenanlage.
Beim Stand der Technik werden zur elektrischen Kontaktierung von festkeramischen Brennstoffzellen in Reihen- oder Paral¬ lelschaltung Kontaktstreifen verwendet. Die Kontaktstreifen werden beispielsweise längs einer tubulären Brennstoffzelle auf dem dort bereits vorhandenen Interkonnektor aufgebracht und verbinden jeweils Kathode und Anode zweier einzelner übereinander angeordneter Brennstoffzellen (elektrische Rei¬ henschaltung) . Mehrere benachbarte Brennstoffzellen können zur Parallelschaltung durch einen Kontaktstreifen elektrisch miteinander verbunden werden (elektrische Parallelschaltung) .
Bekannte Kontaktierungselemente, die bisher zur elektrischen Verbindung von tubulären Hochtemperatur-Brennstoffzellen ein¬ gesetzt werden, bestehen aus Nickelfilzstreifen, die aus ei- ner Vielzahl von feinen und nur einige 10 μm dicken Nickelfa¬ sern bestehen und dadurch sowohl flexibel als auch kompressi- bel sind. Die Nickelfilzstreifen sind im verpressten Zustand ca. 6 mm breit und 3 bis 4 mm hoch.
Die Höhe des Kontaktstreifens wird bei deren Montage durch die Distanz, die zwischen zwei Zellen durch die Kontaktierung überbrückt werden muss, vorgegeben. Dies ist im Einzelnen beispielsweise in der EP 0 320 087 Bl und der EP 0 536 909 Al beschrieben. Zur bestimmungsgemäßen Verwendung werden die Ni¬ ckelfilze mit einer Nickelpaste auf den Interkonnektor einer¬ seits und die Anode andererseits aufgeklebt. Die Paste ver¬ sintert bei der Betriebstemperatur der Hochtemperatur- Brennstoffzellen.
Die Herstellung letzterer Nickelfilze ist zeitintensiv und mit vielen Fertigungsschritten verbunden. Dadurch entstehen hohe Kosten. Eine unerwünschte Eigenschaft dieser Kontakt- streifen ist zudem, dass die Nickelfilze im Langzeitbetrieb nachsintern können, und somit durch Verlust von Flexibilität und Elastizität der Zellkontakt starr wird. Dies kann zur Folge haben, dass bei großen Temperaturschwankungen die Kon¬ takte abreißen und dadurch die Brennstoffzellenanlage an Leistung verliert.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brenn¬ stoffzellenanlage aus einer Vielzahl von einzelnen Brenn¬ stoffzellen zu schaffen, bei denen die Kontaktierung zur elektrischen Parallel- oder Hintereinanderschaltung der ein¬ zelnen Zellen verbessert ist. Daneben ist es Aufgabe der Er¬ findung, Herstellungsverfahren für derartige Kontaktierungs- elemente anzugeben.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patent¬ anspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprü¬ chen angegeben. Jeweils alternative Verfahren zur Herstellung des Kontaktierungselementes sind in den Ansprüchen 14 bis 18 angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ein solches Kontaktierungsele- ment, bei der der elektrische Kontakt aus einem metallischen Netz, Gestrick oder Streckmetall gebildet wird, in dem eine keramische Innenseele eingearbeitet ist. Insbesondere ist als Innenseele ein Keramikfilz, -geflecht, -gestrick oder eine Keramikschnur eingelassen. Durch Verwendung von keramischen Fasern mit einem Additiv ist die Innenseele flexibel, was für den bestimmungsgemäßen Zweck besonders vorteilhaft ist.
Mit der Erfindung können also in vorteilhafter Weise die von metallischen und keramischen Werkstoffen mit ihren jeweiligen positiven Materialeigenschaften in Kombination genutzt werden und eine dauerhaft flexible Kontaktierung von Hochtemperatur- Brennstoffzellen ermöglichen. Dabei werden sowohl die Kräfte zwischen zwei Brennstoffzellen, aber auch die Kräfte längs einer einzelnen tubulären Brennstoffzelle, die bis zu 1800 mm lang sein kann und daher geometrische Verzerrungen aufweisen kann, aufgenommen.
Wie bereits erwähnt wird in vorteilhafter Weise als Keramik¬ seele des Kontaktierungselementes ein Filz verwendet. Der Ke- ramikfilz besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3) , ge¬ gebenenfalls mit Anteilen von Siliciumoxid (SiO2) bzw. sog. Molit . Als Material für die metallische Umhüllung wird in be¬ kannter Weise Nickel bzw. eine Nickel-Legierung verwendet.
Bei der Erfindung hat die metallische Umhüllung die Aufgabe, den elektrischen Strom von Zelle zu Zelle ohne signifikante Verluste weiterzuleiten und den mechanischen Zusammenhalt des Zellbündels gefertigt aus beispielsweise 3x8=24 Zellen zu ge¬ währleisten. Der Keramikfilz wirkt dagegen als flexibler Puf- fer zwischen den Zellen im Betriebszustand der SOFC und bei thermisch induzierten Verformungen des Zellbündels.
Bei der Erfindung ist vorteilhaft, dass die Keramikseele im Gegensatz zum Nickelgeflecht bei den hohen Betriebstemperatu- ren der Brennstoffzelle von ca. 10000C nicht versintern kann. Weiterhin kann die Keramikseele zwischen den Metallverbindern als Versinterungsschutz der Nickelkomponenten im Kontakt¬ streifen und zusätzlich auch als flexibler Distanzhalter wir¬ ken. Der elektrische Strom wird vom elektrisch leitenden Ni- ekel getragen, die elektrisch isolierende Keramikseele hat dagegen keine Stromleitfunktion.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei¬ spielen in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 einen Ausschnitt einer Brennstoffzellenanlage mit dem Zellkontakt zwischen zwei einzelnen Brennstoffzellen entsprechend dem Stand der Technik,
Figur 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele für Anordnungen mit einem äußeren Nickelnetz und einem inneren AI2O3- FiIz, Figur 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer starren Keramiksee¬ le,
Figur 5 und Figur 6 zwei alternative Aufbauten von Kontaktie- rungselementen
Figur 7 eine Anordnung aus sechs tubulären Brennstoffzellen und
Figur 8 eine alternative Ausbildung zu Figur 2/3 speziell für eine so genannte HPD (High Power p_ensity) -Brennstoff¬ zellenanlage.
In Figur 1 ist eine Anordnung mit zwei tubulären Brennstoff¬ zellen 1 und 2 entsprechend dem Stand der Technik darge¬ stellt. Es bedeuten 10 bzw. 10' gesinterte Kathodenrohre, auf denen sich einzelne Funktionsschichten zur Bildung der Brenn¬ stoffzelle befinden. Derartige Funktionsschichten sind we- nigstens ein Elektrolyt 11 einerseits und eine Anode 12 ande¬ rerseits. Es können auch Zwischenschichten vorhanden sein, die in der Figur 1 nicht im Einzelnen dargestellt sind.
Da eine große Anzahl einzelner Zellen miteinander elektrisch verbunden werden müssen, um hinreichende Spannungen bzw.
Ströme zu erreichen, werden die einzelnen Zellen beispiels¬ weise in Reihenschaltung hintereinander geschaltet. Dafür muss jeweils die Kathode einer ersten Zelle mit der Anode ei¬ ner zweiten Zelle kontaktiert werden. Hierfür befindet sich auf dem Kathodenrohr 10 in einem schmalen Bereich, welcher nicht vom Elektrolyten 11 bzw. von der Anode 12 bedeckt ist, ein so genannter Interkonnektor 15. Auf dem Interkonnektor 15 wird ein separates Kontaktelement 20 zwecks Kontaktierung der Zelle 10 zur nächsten Zelle 10 Λ aufgebracht.
Übliche tubuläre Brennstoffzellen haben einen Durchmesser von beispielsweise 22 mm, wobei das Kathodenrohr eine Stärke von 2 mm hat. Die Kathodenrohre sind etwa 1800 mm lang und an ei¬ nem Ende abgeschlossen. Der Interkonnektor 15 befindet sich als schmaler Streifen mit einer Dicke von etwa 100 μm auf dem Kathodenrohr 10. Der Elektrolyt 11 und die Anode 12 haben ebenfalls eine Stärke im Bereich von etwa 100 μm.
Zur sachgerechten Verbindung zweier Brennstoffzellenrohre 10 bzw. 10 Λ muss der Kontakt 20 etwa eine Stärke von 3 mm haben. Da die BrennstoffZeilenanordnung bei Temperaturen im Bereich von 10000C arbeitet, müssen die Materialien insbesondere be- züglich ihrer Ausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt werden, um eine hinreichende Stabilität zu gewährleisten. Dies trifft für die keramischen Komponenten in Bezug zum Ni¬ ckel nicht zu. Deshalb müssen die nach dem Stand der Technik üblicherweise verwendeten Nickelkontakte bis zu einem gewis- sen Grade elastisch und flexibles sein, was durch deren Struktur, z.B. des Gestricks, ermöglicht wird.
In der Figur 2 ist ein Kontakt 200 dargestellt, der ein kera¬ misches Filz 201 als Seele enthält und mit einer Nickelhülle 202 versehen ist. Das Keramikfilz besteht vorteilhafterweise aus Aluminiumoxid (AI2O3) mit Zusätzen von Siliciumoxid (Siθ2) bzw. Molit . Der um die das Filz 201 angeordnete Nickelschutz 202 kann beispielsweise ein Netz oder ein Gestrick sein.
Statt Nickel als Material für die Schutzhülle kann auch eine Nickel-Legierung verwendet werden, welche ebenfalls in Draht¬ form erhältlich sind. Solche Drähte können auch aus einer Ni¬ ckellegierung, insbesondere einer Zweikomponenten-Legierung mit Nickel als Basis-Metall und einer metallischen Nebenkom- ponente bestehen. Aber auch Mehrkomponenten-Legierungen mit mehreren Nebenkomponenten sind möglich.
Als Nebenkomponenten für die Nickellegierung kommen insbeson- dere die Metalle Kupfer (Cu) , Chrom (Cr) , Kobalt (Co) oder Titan (Ti) oder deren Oxide in Frage. Der Gesamtanteil der Nebenkomponenten sollte 30 Gew.-% nicht überschreiten.
In der Figur 3 besteht bei einem Kontaktierungselement 300 die Keramikseele 301 aus einem festen Keramikteil 303, das beidseitig von einer flexiblen Keramikschicht 302, insbeson¬ dere dem Filz gemäß Figur 2, abgedeckt ist.
Gemäß Figur 4 ist es auch möglich, bei einem Kontaktierungs¬ element 400 das feste Keramikteil 403 direkt vom flexiblen Nickelnetz 402 zu umschließen. Dabei dient das Nickelnetz 402 in seinem in der Figur 5 vertikalen Bereich zur Aufnahme der Kräfte und zur Gewährleistung der Flexibilität.
In den Figuren 5 und 6 sind zwei alternative Aufbauten von Kontaktierungselementen 500 und 600 dargestellt. Dabei kann gemäß Figur 5 ein AI2O3-FÜZ 601 vollständig vom Nickel- Gestrick/Netz 602 umsponnen sein. Gemäß Figur 6 bildet dage- gen das Netz 602 als Formteil Aufnahmen für die Keramikfilze 601, 601Λ.
Mit der beschriebenen Anordnung werden die Vorteile eines ke¬ ramischen Materials einerseits mit den Vorteilen eines metal- lischen Materials andererseits verknüpft. So hergestellte
Kontaktierungselemente eignen sich besser zur Kontaktierung zweier tubulärer Brennstoffzellen als die beim Stand der Technik verwendeten Kontaktstreifen. Insbesondere auch bei häufigen Temperaturschwankungen können unerwünschte Versinte- rungen, die üblicherweise mit Materialversprödungen verbunden sind und dadurch die Elastizitätseigenschaften verschlech¬ tern, wirksam vermieden werden.
In der Figur 7 ist eine Anordnung aus sechs tubulären Brenn- Stoffzellen dargestellt, die jeweils paarweise hintereinander geschaltet sind. Es sind die Brennstoffzellen 1 bis 6 ange¬ deutet. Zwischen den Brennstoffzellen ist ein kompaktes Kon¬ taktgebilde 700 dargestellt, welches aus einzelnen, an geeig- neter lateraler Stelle positionierten internen Al2O3-Teilen 701 besteht, die von einem Nickelnetz 303 umgeben ist. Es wird somit flächenmäßig eine Reihenschaltung der Zellen 1/4, 2/5 und 3/6 sowie eine Parallelschaltung der Zellen 1/2/3 und 4/5/6 realisiert.
In Figur 8 sind zwei sog. HPD-Brennstoffzellen 8 und 9 darge¬ stellt. Derartige HPD-Brennstoffzellen bestehen aus einem flachen Sinterkörper, der eine ebene oder wellenförmige Ober- fläche besetzen kann, in dem beispielsweise sechs oder acht einzelne innere Röhren eingearbeitet sind. Aufgrund der be¬ vorzugten Brenngasführung einerseits und Luftgasführung ande¬ rerseits ergibt sich hier eine besonders hohe Ausgangsleis¬ tung (High Power Density) im Vergleich zu einzelnen Röhren.
Zwischen den beiden HPD-Brennstoffzellen 8 und 9 befindet sich ein Kontaktierungselement 800, das abschnittsweise aus einzelnen Al2θ3-Filzen 801, 801 Λ mit jeweils darum mäander- förmig angeordneten Metallnetzen 802 besteht.
Durch letztere Anordnung lassen sich zwei HPD-Brennstoff- zellen 8 und 9 elektrisch sicher und mechanisch stabil mit¬ einander verschalten. Auch beim Langzeitbetrieb bei hohen Temperaturen treten keine Störungen auf.

Claims

Patentansprüche
1. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage aus einer Vielzahl einzelner Brennstoffzellen, die zur elektrischen parallel- und/oder Hintereinanderschaltung miteinander kontaktiert sind, wofür elektrisch leitfähige und flexible Kontaktie- rungselemente vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes flexibles Kontaktierungselement (200, ...) aus einer Hülle (202, ...) aus metallisch leitfähigem Material und einer Seele (201, ...) aus Keramik besteht.
2. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass das flexible Kontaktierungselement
(200, ...) elektronenleitfähig, temperaturstabil und ausrei- chend gasdurchlässig ist.
3. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Keramikseele (201, ...) ein Filz ist.
4. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Keramikseele (201, ...) ein Geflecht ist.
5. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Keramikseele (201, ...) ein Gestrick ist.
6. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, dass die Keramikseele eine Schnur (201,
... ) ist.
7. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filz, das Geflecht, das Gestrick und/oder die Schnur aus Keramikfasern und we¬ nigstens einem Additiv bestehen.
8. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Hülle (202, ...) des flexiblen Kontaktierungselementes (200) ein Netz aus Nickel (Ni) oder einer Nickel-Legierung ist.
9. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Hülle (202, ...) des flexiblen Kontaktierungselementes (200) ein Gestrick aus Nickel (Ni) oder einer Nickellegierung ist.
10. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 8 o- der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickellegie¬ rung eine Zwei- oder Mehrkomponentenlegierung ist und dass wenigstens eine der weiteren Legierungkomponenten ein Metall ist .
11. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungskomponente zumin¬ dest ein Element der Gruppe von Kupfer (Cu) , Chrom (Cr) , Ko¬ balt (Co) oder Titan (Ti) ist.
12. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Komponenten der Nickellegierung einen Gewichtsanteil < 30 % haben.
13. Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach einem der An¬ sprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrick (50) eine Porosität von > 80 % hat mit einer Drahtdicke zwi¬ schen 50 und 150 μm, vorzugsweise etwa 100 μm.
14. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktierungselementes für eine Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontak- tierungselement (110, 120, ...) aus einem Gestrick (50) aus metallischen Drähten (51) hergestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein fortlaufender Schlauch des Gestrickes (50) hergestellt wird, von dem einzelne Teile abgelängt werden.
16. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktierungselementes für eine Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontak- tierungselement (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) als Me¬ tallnetz mit keramischer Einlage ausgebildet wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktierungselementes für eine Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach einem der
Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontak- tierungselement (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) als Strickmetall mit keramischer Innenseele geformt wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktierungselementes für eine Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontak- tierungselement (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) als Ge¬ flecht aus keramischen und metallischen Fasern ausgebildet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120007771A (ko) * 2010-07-15 2012-01-25 삼성에스디아이 주식회사 고체산화물 연료전지
JP6022368B2 (ja) * 2013-01-31 2016-11-09 日本特殊陶業株式会社 燃料電池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4874678A (en) 1987-12-10 1989-10-17 Westinghouse Electric Corp. Elongated solid electrolyte cell configurations and flexible connections therefor
US4791035A (en) * 1987-12-10 1988-12-13 Westinghouse Electric Corp. Cell and current collector felt arrangement for solid oxide electrochemical cell combinations
EP0536909B1 (de) * 1991-10-11 1998-03-11 Westinghouse Electric Corporation Festoxidbrennstoffzellengenerator
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
US5766789A (en) * 1995-09-29 1998-06-16 Energetics Systems Corporation Electrical energy devices
US6562496B2 (en) * 2000-05-01 2003-05-13 Delphi Technologies, Inc. Integrated solid oxide fuel cell mechanization and method of using for transportation industry applications
US6737182B2 (en) 2001-06-18 2004-05-18 Delphi Technologies, Inc. Heated interconnect
US20030096147A1 (en) * 2001-11-21 2003-05-22 Badding Michael E. Solid oxide fuel cell stack and packet designs

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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