EP3692588A1 - Power transmission system - Google Patents

Power transmission system

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Publication number
EP3692588A1
EP3692588A1 EP18792346.1A EP18792346A EP3692588A1 EP 3692588 A1 EP3692588 A1 EP 3692588A1 EP 18792346 A EP18792346 A EP 18792346A EP 3692588 A1 EP3692588 A1 EP 3692588A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power transmission
stack
transmission system
porous
contacted
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18792346.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Friedrich
Markus HAYDN
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.)
Plansee SE
Original Assignee
Plansee SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Plansee SE filed Critical Plansee SE
Publication of EP3692588A1 publication Critical patent/EP3692588A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/02—Details
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission system according to
  • the power transmission system is used in the electrical
  • Solid oxide fuel cell SOFC
  • SOEC solid oxide electrolyzer cell
  • the electrochemical modules are in this case arranged in connection with corresponding components (interconnector, housing parts, gas lines, etc.) to form a stack and contacted electrically in series.
  • the electrochemical modules are designed as flat individual elements and comprise a gas-tight
  • Solid electrolyte which is arranged between a gas-permeable anode and gas-permeable cathode.
  • the anode During operation of the electrochemical module as SOFC, the anode is supplied with fuel (for example hydrogen or conventional hydrocarbons, such as methane, natural gas, biogas, etc., possibly completely or partially pre-reformed) and oxidized there catalytically with the emission of electrons.
  • fuel for example hydrogen or conventional hydrocarbons, such as methane, natural gas, biogas, etc., possibly completely or partially pre-reformed
  • oxidized there catalytically with the emission of electrons for example hydrogen or conventional hydrocarbons, such as methane, natural gas, biogas, etc.
  • Electrons are derived from the fuel cell and flow via an electrical load to the cathode.
  • a supplied oxidant for example, pure oxygen, but usually air
  • the electrical circuit is closed by the oxygen ions (protons) produced at the cathode of oxygen ions (or protons in a younger generation of SOFCs) flowing through the electrolyte to the anode and reacting with the fuel at the respective interfaces.
  • SOEC solid oxide fuel cell
  • the present invention addresses the electrical contacting of such a stack arrangement. While the electrical connection between the electrochemical modules within a stack via so-called
  • Interconnects are in a facility for forwarding the stream from one stack to an adjacent stack or to an external one
  • Power transmission plates base and cover plates provided. Power is tapped or fed from the stack and the stack is mechanically reinforced. Often these are stack-sided
  • the electrical contact of the stack is
  • Atmosphere usually ambient air
  • relatively high currents flow at comparatively low voltages (a single SOFC supplies voltages of the order of 1 V, current densities of up to 500 mA / cm 2 occur, typically SOFCs with electrochemically active layers having an area of the order of magnitude 100 cm 3 or more are used).
  • the problem of electrical contact will increase in importance, because of
  • Power transmission system should allow in a system both the direct electrical contacting of a stack with an adjacent stack and the electrical contacting of a stack with an external power line.
  • the stack to be contacted in each case from a stack of at least one planar electrochemical module, in particular a solid oxide fuel cell (SOFC), a solid oxide electrolysis cell (SOEC) or a reversible
  • Solid oxide fuel cell constructed.
  • a stack consists of a plurality of electrochemical modules.
  • the stack is at its front sides in each case by a stack side
  • Cover plate is executed or designated and in addition to its electrical function usually also causes the mechanical holding together of the usually many, individual electrochemical modules of the stack. If the stack is to be contacted with a power line, then one end of the
  • Power line electrically connected to a line side power transmission plate.
  • the power transmission plates are electrically conductive and
  • the power transmission system has at least one porous, metallic body which, if two stacks are directly contacted with each other, is disposed between the stack side power transmission plate of the first stack to be contacted and the stack side power transmission plate of the adjacent second stack to be contacted, or if contacted with a power line is - between the stack side
  • the porous, metallic body is electrically conductively connected to the respective power transmission plates and gas-tight sealed by a closed circumferential seal, in particular against an oxidizing environment such as the ambient air.
  • porous is preferred
  • the porous metallic body is understood to mean not only a porous metallic body produced by powder metallurgy.
  • porosity is to be seen here more generally and it is understood to include any body that is not constructed of a solid material, the structure of which thus has certain open spaces or cavities.
  • the porous metallic body may, for example, have a net, fleece or spongy structure.
  • the porous body may be an insert made of a metallic grid, mesh,
  • the porous metallic body may be a powder metallurgically produced component.
  • the structure of the porous body has at least one electrically conductive path between the current transfer plates to be contacted, clearly a very large number of electrically conductive paths are advantageous. Accordingly, in the case of a powder metallurgical
  • the porosity compared to a body formed of solid material, provides additional space in which the material participates
  • Electricity transmission system can be compensated for and the gas tightness, with which the porous body is protected by its oxidizing environment is not endangered by thermally induced voltages.
  • the gas-tight seal of the porous body against an oxidizing environment such as the ambient air is made by a closed the porous, metallic body surrounding seal.
  • the seal extends between the current transfer plates to be contacted and forms with the current transfer plates to be contacted in each case a cohesive connection, whereby at the same time a mechanical connection between the current transfer plates to be contacted is mediated.
  • a material for the seal is particularly suitable glass solder, mica or a high temperature adhesive, up to the planned
  • the sealing material as in the example of the glass solder, may be applied in a viscous form by means of a dispenser to the surface of one of the current transfer plates to be contacted, or both
  • the sealing material hardens after the joining process between the two surfaces of the current transfer plates to be contacted, in the case of the glass solder partially or fully crystalline, from.
  • a mechanical connection of the two Electric transmission plates reached.
  • the seal can also already in solid form, for example, as from a glass solder foil stamped peripheral frame, on a surface of a to be contacted
  • a mechanical load can be carried out or applied for example via pneumatic pistons, weights or by the weight of a stack.
  • More cost-effective materials can be used, which can be used without protection in an oxidizing atmosphere such as the ambient air
  • Suitable metals for the porous body are: nickel, copper, chromium, iron,
  • Ni Molybdenum and Worfram.
  • the use of nickel is particularly preferred because nickel is already used in other components of the stack, also oxidized only at higher partial pressures and nickel oxide layers are not completely electrically insulating.
  • alloys based on one of the abovementioned metals high-temperature-resistant alloys based on zinc, tin or lead or high-temperature-resistant steels such as, for example, steels having a high alloy content of chromium (220% by weight chromium) or steels having a high alloy content Nickel (220 wt.% Nickel) are used.
  • a major advantage of the proposed power transmission system is that inevitably occurring differences in the thermal expansion behavior between the material of the power cable or the material of the line-side power transmission plate on the one hand and the stack side Power transmission plate on the other hand, due to the intermediary components as a buffer can be compensated easier.
  • the risk of cracking etc., as they may occur in the prior art soldered or welded Stromabgriffsfahen or plates is significantly reduced by the present invention.
  • Power transmission plates is arranged, are separated from each other.
  • the at least one spacer is intended to ensure a defined distance or in particular for a plane-parallel alignment of the assembled power transmission plates even at higher temperatures. It has also proved to be advantageous if the spacer does not have a completely rigid behavior, but shows a certain elasticity in a direction normal to the plane of the two power transmission plates.
  • spacers ceramic or metallic platelets, pins, felts, nonwovens or the like can be used.
  • the spacer or spacers need not be designed as a separate component, but may also be formed as an integral part of one of the two current transfer plates.
  • the dimensions of the porous metallic body, spacer (s) and gasket must be matched. Typically, the height of the spacer (in the direction of electrical connection direction) is on the order of mm.
  • porous metallic body in particular in one embodiment with reticulate, fleece or sponge-like structure, compressible and is inserted under a compressive stress between the two to be contacted power transmission plates or
  • the thermal expansion coefficient of the sealing material should be adapted to the thermal expansion coefficient of the material of the porous metallic body, preferably the two coefficients of thermal expansion differ by at most 10 * 10 - ⁇ K -1 , more preferably by at most 6 * 10 -6 K -1 . Should it be unavoidable that the
  • thermal expansion coefficients differ from each other, it is advantageous if the material of the porous metallic body expands slightly more than the Dichtungsma valley with temperature increase than vice versa, so that the electrical contact is not interrupted even at higher temperatures by a relatively smaller extent of the porous body.
  • Expansion of the sealing material can be over a certain
  • Temperature range can be compensated by the above-mentioned mechanical compressive stress on the porous body.
  • a plurality of porous, metallic bodies can be stacked on top of one another in the electrical connection direction.
  • the stacking can be done loose or by cohesive connection, for example by means of a
  • Spot welding process to be supported.
  • depositors of a metallic grid, mesh, fleece, sponge or the like may be mentioned, which are stacked one above the other and slightly compressed between the to be contacted
  • Power transfer plates are arranged and optionally by means
  • the sealed interior with the porous metallic body is opened by the stack-side Stromübertragungspiatte to be contacted against the fuel gas space of the nearest electrochemical module, so that a gas exchange with the reducing atmosphere of the fuel gas space is made possible. This prevents residual oxygen, which has remained in the sealed interior, for example during the manufacture of the power transmission system, from oxidizing the porous metallic body over time
  • pipes are provided within the stack.
  • Embodiment these are performed by the stack side or line side power transfer plates.
  • the stack-side power transfer plates and / or line side are in the stack-side power transfer plates and / or line side
  • the power transmission system of the present invention provides a cost effective and reliable solution for connecting a stack in a system to an external power cable.
  • the power transmission system further allows two adjacent stacks directly on the stack side
  • Adjacent stacks can, of course, also be contacted indirectly via an intermediate power cable, wherein the power cable is connected at each end to a line-side power transmission plate, which are then contacted in each case with the corresponding stack-side power transmission plates.
  • Fig. 1a a schematic perspective view of a
  • FIG. 1b is an exploded view of the power transmission system of FIG.
  • Fig. 1c a schematic cross-sectional view of
  • Power transmission system of Figure 1a along the line I-II; 2 is a schematic cross-sectional view of a
  • 3a shows a schematic perspective view of a
  • 3c shows a schematic cross-sectional view of the
  • FIGS. 1a to 3c each show a perspective view and a corresponding cross-sectional view, respectively, of a first, a second and a third
  • Embodiment of the power transmission system according to the invention shown. 1a, 1b, 1c and 2 schematically show a stack with a power transmission system through which a power cable is contacted (the power cable is not shown and may be electrically contacted via the bore 21 to the conductive power transfer plate 15). while in Fig. 3a, Fig. 3b and Fig. 3c, a power transmission system
  • stacks 11, 11 'each consist of stacked and electrically connected in series electrochemical modules - for example, SOFCs - 12 and are at the two end faces each with a stack-side current transfer plate (base and cover plate) 13, 13 ', 13 ", 13"' completed.
  • the stack-side current transfer plates are manufactured by powder metallurgy from a powder batch of 95 wt.% Elementary chromium powder and 5 wt.% Of a master alloy powder of iron with 0.8 wt.% Yttrium.
  • the line side power transmission plate 15 inserted and electrically connected to it.
  • the line side power transmission plate 15 is made
  • High-temperature resistant, melt-metallurgically produced steel such as X1CrWNbTiLa22-2 (available under the brand name Crofer® 22 H) or X1CrTiLa22 (available as Crofer® 22 APU) and is therefore also electrically conductive.
  • the line side power transmission plate 15 is connected to the
  • the metallic network 16 is inserted between the two current transfer plates 13, 15 to be contacted, easily
  • Power transfer plate 15 weighted during the joining process with a weight.
  • multiple networks can be stacked on top of each other.
  • the current-carrying element 16 does not necessarily have to be designed as a net, but it can also depositors of a metallic grid, woven, knitted, knitted fabric, non-woven, sponge or the like, or a powder metallurgically produced porous component
  • the metallic network 16 or a stack of several superimposed networks is closed by a closed
  • Seal 17 sealed gas-tight from the environment.
  • glass solder As a material for the seal 17 glass solder was used, which is applied in a viscous form by means of a dispenser on the surface of either or on the surface of both current transfer plates.
  • the glass solder hardens after the joining process of the two to be contacted power transmission plates 13,15 and mediated by Stoffsehl uss also a mechanical connection between the two to be contacted power transmission plates 13,15.
  • the thermal expansion coefficient ⁇ (20 ⁇ 950) of the glass solder used is about 8-10 -6 K -1 and is thus slightly smaller than the thermal expansion coefficient of nickel (at 20 ° C: 13.4 ⁇ 10 -6 K -1 ). Due to the seal 17 is not for the current-carrying element 16 on expensive precious metals or otherwise particularly corrosion resistant or
  • Optional spacers 18 provide a plane-parallel alignment of the assembled
  • Power transmission unit to use multiple, electrically parallel to each other power transmission units. This provides redundancy in the event that individual power transmission units become higher-impedance or fail.
  • Embodiment slightly modified The sealed interior with the network 16 is opened by the stack-side current transfer plate 13 with respect to the fuel gas chamber of the nearest electrochemical module by means of the bore 20, so that a gas exchange with the reducing
  • Atmosphere of the fuel gas chamber is made possible. This has the advantage that residual oxygen, which has remained in the sealed interior at the junction of the two power transmission plates 13,15, is displaced in the course of initial operation.
  • Fig. 3a, Fig. 3b and Fig. 3c show a power transmission system in which a stack 11 instead of a power cable directly with a directly adjacent stack 11 'is contacted.
  • the flat formed porous metallic body 16 is between the two stack side
  • Electric transmission plate 13 can be seen, are forwarded by the process gases (fuel gas or exhaust gas) from a stack 11 in the adjacent stack 11 '. These gas passage openings 19 are also sealed by means of glass solder to the environment. Adjacent stacks 11, 11 'can of course also be contacted indirectly by means of an intermediate power cable analogous to exemplary embodiment 1.

Abstract

The invention relates to a power transmission system for electrically contacting a stack with a power line or with an adjacent stack, the stack consisting of a plurality of planar electrochemical modules and being respectively terminated, on the front sides thereof, by a stack-side power transmission plate. The power line to be contacted is terminated with a line-side power transmission plate. The current transmission system comprises at least one porous metal body which is arranged between the stack-side power transmission plate of the stack to be contacted and the line-side power transmission plate of the power line or the stack-side power transmission plate of the adjacent stack and is electroconductively connected to said power transmission plate. Furthermore, the porous metal body is sealed in a gas-tight manner by a seal surrounding same in a closed manner.

Description

STROMÜBERTRAGUNGSSYSTEM  POWER TRANSMISSION SYSTEM
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromübertragungssystem gemäß The present invention relates to a power transmission system according to
Anspruch 1. Claim 1.
Das Stromübertragungssystem findet Anwendung bei der elektrischen The power transmission system is used in the electrical
Kontaktierung eines Stapels (engl. Stack) aus elektrochemischen Modulen wie beispielsweise einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle bzw. Contacting a stack of electrochemical modules such as a high-temperature fuel cell or
Festoxidbrennstoffzelle (SOFC; solid oxide fuel cell), einer Festoxid-Elektrolyse- Zelle (SOEC; solid oxide electrolyzer cell) oder einer reversible Solid oxide fuel cell (SOFC), a solid oxide electrolyzer cell (SOEC) or a reversible
Festoxidbrennstoffzelle (R-SOFC). Die elektrochemischen Module sind dabei in Verbindung mit entsprechenden Komponenten (Interkonnektor, Gehäuseteilen, Gasleitungen, etc.) zu einem Stapel übereinander angeordnet und elektrisch in Serie kontaktiert. Üblicherweise sind die elektrochemischen Module als ebene Einzelelemente ausgeführt und umfassen einen gasdichten  Solid oxide fuel cell (R-SOFC). The electrochemical modules are in this case arranged in connection with corresponding components (interconnector, housing parts, gas lines, etc.) to form a stack and contacted electrically in series. Usually, the electrochemical modules are designed as flat individual elements and comprise a gas-tight
Feststoffelektrolyten, der zwischen einer gasdurchlässigen Anode und gasdurchlässigen Kathode angeordnet ist.  Solid electrolyte, which is arranged between a gas-permeable anode and gas-permeable cathode.
Im Betrieb des elektrochemischen Moduls als SOFC wird der Anode Brennstoff (beispielsweise Wasserstoff oder herkömmliche Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Erdgas, Biogas, etc., ggf. vollständig oder teilweise vorreformiert) zugeführt und dort katalytisch unter Abgabe von Elektronen oxidiert. Die  During operation of the electrochemical module as SOFC, the anode is supplied with fuel (for example hydrogen or conventional hydrocarbons, such as methane, natural gas, biogas, etc., possibly completely or partially pre-reformed) and oxidized there catalytically with the emission of electrons. The
Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen Uber einen elektrischen Verbraucher zur Kathode. An der Kathode wird ein zugeführtes Oxidationsmittel (beispielsweise reiner Sauerstoff, meist aber Luft) durch Aufnahme der Elektronen reduziert. Der elektrische Kreislauf schließt sich, indem bei einem für Sauerstoffionen (oder bei einer jüngeren Generation von SOFC für Protonen) leitfähigen Elektrolyten die an der Kathode entstehenden Sauerstoffionen (Protonen) über den Elektrolyten zu der Anode fließen und an den entsprechenden Grenzflächen mit dem Brennstoff reagieren. Electrons are derived from the fuel cell and flow via an electrical load to the cathode. At the cathode, a supplied oxidant (for example, pure oxygen, but usually air) is reduced by receiving the electrons. The electrical circuit is closed by the oxygen ions (protons) produced at the cathode of oxygen ions (or protons in a younger generation of SOFCs) flowing through the electrolyte to the anode and reacting with the fuel at the respective interfaces.
Im Betrieb des elektrochemischen Moduls als Festoxfd-Elektrolyse-Zelle In operation of the electrochemical module as Festoxfd electrolysis cell
(SOEC) wird unter Einsatz von elektrischem Strom eine Redoxreaktion eingeleitet, beispielsweise eine Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Der Aufbau der SOEC entspricht im Wesentlichen dem oben skizzierten Aufbau einer SOFC, wobei die Rolle von Kathode und Anode vertauscht ist. Eine reversible Festoxidbrennstoffzelle (R-SOFC) ist sowohl als SOEC als auch als SOFC betreibbar. (SOEC) is initiated by using electric current, a redox reaction, such as a conversion of water into hydrogen and oxygen. The structure of the SOEC essentially corresponds to the structure of an SOFC outlined above, the role of cathode and anode is reversed. A reversible solid oxide fuel cell (R-SOFC) is operable as both SOEC and SOFC.
Die vorliegende Erfindung thematisiert die elektrische Kontaktierung einer derartigen Stackanordnung. Während die elektrische Verbindung zwischen den elektrochemischen Modulen innerhalb eines Stacks über sogenannte  The present invention addresses the electrical contacting of such a stack arrangement. While the electrical connection between the electrochemical modules within a stack via so-called
Interkonnektoren erfolgt, sind in einer Anlage für die Weiterleitung des Stroms von einem Stack zu einem benachbarten Stack oder an eine externe  Interconnects, are in a facility for forwarding the stream from one stack to an adjacent stack or to an external one
Stromleitung an den Stirnseiten des Stacks elektrisch leitfähige Power line on the front sides of the stack electrically conductive
Stromübertragungsplatten (Grund- bzw. Deckplatten) vorgesehen. Über diese wird Strom vom Stack abgegriffen bzw. zugeführt und zudem der Stack mechanisch verstärkt. Häufig sind diese stackseitigen Power transmission plates (base and cover plates) provided. Power is tapped or fed from the stack and the stack is mechanically reinforced. Often these are stack-sided
Stromübertragungsplatten pulvermetallurgisch hergestellt und deswegen mechanisch schwer nachbearbeitbar und herausfordernd elektrisch zu kontaktieren. Es ist bekannt, für diese elektrische Kontaktierung Power transmission plates made by powder metallurgy and therefore mechanically hard nachbearbeitbar and challenging to contact electrically. It is known for this electrical contacting
Stromabgriffefahnen bzw. -platten an die Grund- bzw. Deckplatten Stromabgriffefahnen or plates to the base and cover plates
anzuschweißen bzw. anzulöten, beispielsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Glases (DE 43 07 666 C1), oder die elektrische Verbindung durch Aufbringen einer elektrisch leitfähigen keramischen Beschichtung herzustellen. In DE 10 2004 008 060 A1 erfolgt der Stromanschluß über ein Litzenkabel, dessen Litzen in Bohrungen der Grund bzw. Deckplatten des Stacks to be welded or soldered, for example by means of an electrically conductive glass (DE 43 07 666 C1), or to produce the electrical connection by applying an electrically conductive ceramic coating. In DE 10 2004 008 060 A1 the power connection takes place via a stranded cable whose strands are bored in the base or cover plates of the stack
eingestampft werden. Die elektrische Kontaktierung des Stacks ist be pulped. The electrical contact of the stack is
herausfordernd, da die elektrochemischen Module bei einer Betriebstemperatur von bis zu 1000 °C betrieben werden und die elektrischen Kontaktierungsmittel daher dementsprechend hohen Temperaturen in einer oxidierenden challenging, since the electrochemical modules are operated at an operating temperature of up to 1000 ° C and therefore the electrical contacting means correspondingly high temperatures in an oxidizing
Atmosphäre (in der Regel Umgebungsluft) ausgesetzt sind. Es fließen zudem verhältnismäßig hohe Ströme bei vergleichsweise geringen Spannungen (eine einzelne SOFC liefert Spannungen in der Größenordnung von 1 V, es treten Stromdichten von bis zu 500 mA/cm2auf, wobei typischerweise SOFCs mit elektrochemisch aktiven Schichten mit einer Fläche in der Größenordnung von 100 cm3 oder mehr eingesetzt werden). Zukünftig wird die Problematik der elektrischen Kontaktierung an Bedeutung zunehmen, weil aufgrund von Atmosphere (usually ambient air) are exposed. In addition, relatively high currents flow at comparatively low voltages (a single SOFC supplies voltages of the order of 1 V, current densities of up to 500 mA / cm 2 occur, typically SOFCs with electrochemically active layers having an area of the order of magnitude 100 cm 3 or more are used). In the future, the problem of electrical contact will increase in importance, because of
Weiterentwicklungen im Bereich der elektrochemischen Module deutlich höhere Stromdichten als die soeben beschriebenen erwartet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Weiterentwicklung eines Developments in the field of electrochemical modules significantly higher current densities than those just described are expected. Object of the present invention is the further development of a
elektrischen Stromübertragungssystems für einen Stack aus elektrochemischen Modulen, welche kostengünstig realisierbar und zuverlässig bei hohen electric power transmission system for a stack of electrochemical modules, which can be realized inexpensively and reliably at high
Betriebstemperaturen des Stacks bis zu 1000°C eine möglichst verlustfreie elektrische Kontaktierung des Stacks ermöglicht. Das elektrische Operating temperatures of the stack up to 1000 ° C allows a possible lossless electrical contact of the stack. The electric
Stromübertragungssystem soll in einer Anlage sowohl die direkte elektrische Kontaktierung eines Stacks mit einem benachbarten Stacks als auch die elektrische Kontaktierung eines Stacks mit einer externen Stromleitung ermöglichen.  Power transmission system should allow in a system both the direct electrical contacting of a stack with an adjacent stack and the electrical contacting of a stack with an external power line.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Stromübertragungssystem mit den This problem is solved by a power transmission system with the
Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Stromübertragungssystem dient zur elektrischen Features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are given in the dependent claims. The power transmission system according to the invention is used for electrical
Kontaktierung eines Stacks mit einer insbesondere kabeiförmigen Stromleitung wie beispielsweise einem externen Stromkabel oder zur direkten elektrischen Kontaktierung eines Stacks mit einem benachbarten Stack. Dabei ist der zu kontaktierende Stack jeweils aus einem Stapel aus mindestens einem planeren elektrochemischen Modul, insbesondere einer Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC), einer Festoxid-Elektrolyse-Zelle (SOEC) oder einer reversible  Contacting a stack with a particular kabeiförmigen power line such as an external power cable or for direct electrical contacting of a stack with an adjacent stack. In this case, the stack to be contacted in each case from a stack of at least one planar electrochemical module, in particular a solid oxide fuel cell (SOFC), a solid oxide electrolysis cell (SOEC) or a reversible
Festoxidbrennstoffzelle (R-SOFC), aufgebaut. Üblicherweise besteht ein derartiger Stack aus einer Vielzahl von elektrochemischen Modulen. Der Stack ist an seinen Stirnseiten jeweils durch eine stackseitige Solid oxide fuel cell (R-SOFC), constructed. Typically, such a stack consists of a plurality of electrochemical modules. The stack is at its front sides in each case by a stack side
Stromübertragungsplatte abgeschlossen, welche auch als Grund- bzw. Stromübertragungsplatte completed, which also as a basic or
Deckplatte ausgeführt bzw. bezeichnet wird und neben seiner elektrischen Funktion üblicherweise auch das mechanische Zusammenhalten der in der Regel vielen, einzelnen elektrochemischen Module des Stacks bewirkt. Soll der Stack mit einer Stromleitung kontaktiert werden, so ist ein Ende der Cover plate is executed or designated and in addition to its electrical function usually also causes the mechanical holding together of the usually many, individual electrochemical modules of the stack. If the stack is to be contacted with a power line, then one end of the
Stromleitung mit einer leitungsseitigen Stromübertragungsplatte elektrisch verbunden. Die Stromübertragungsplatten sind elektrisch leitfähig und Power line electrically connected to a line side power transmission plate. The power transmission plates are electrically conductive and
insbesondere metallisch ausgeführt. Während die stackseitigen especially metallic. While the stack side
Stromübertragungsplatten in der Regel pulvermetallurgisch hergestellt sind, kann die leitungsseitige Stromübertragungsplatte schmelzmetallurgisch, beispielsweise aus hochtemperaturbeständigen Stahl, hergestellt sein. Die kabeiförmige Stromleitung lässt sich deutlich leichter und zuverlässiger mit einer schmelzmetallurgisch hergestellten Stromübertragungsplatte, Stromübertragungsplatten are usually produced by powder metallurgy, the line-side power transmission plate melt metallurgical, for example, made of high temperature resistant steel. The kabeiförmige power line can be much easier and more reliable with a fusion metallurgically produced power transmission plate,
beispielsweise mittels einer Schweißverbindung, verbinden als wenn direkt die pulvermetallurgisch hergestellte, stackseitige Stromübertragungsplatte kontaktiert wird. For example, by means of a welded joint, connect as when the powder-metallurgically produced, stack-side power transmission plate is contacted directly.
Das Stromübertragungssystem weist mindestens einen porösen, metallischen Körper auf, der - falls zwei Stacks direkt miteinander kontaktiert werden - zwischen der stackseitigen Stromübertragungsplatte des zu kontaktierenden ersten Stacks einerseits und der stackseitigen Stromübertragungsplatte des zu kontaktierenden benachbarten zweiten Stacks andererseits angeordnet ist oder - falls eine Stromleitung kontaktiert wird - zwischen der stackseitigen  The power transmission system has at least one porous, metallic body which, if two stacks are directly contacted with each other, is disposed between the stack side power transmission plate of the first stack to be contacted and the stack side power transmission plate of the adjacent second stack to be contacted, or if contacted with a power line is - between the stack side
Stromübertragungsplatte des zu kontaktierenden Stacks einerseits und der zu kontaktierenden lertungsseitigen Stromübertragungsplatte der Stromleitung andererseits angeordnet ist. Der poröse, metallische Körper ist elektrisch leitend mit den jeweiligen Stromübertragungsplatten verbunden und durch eine geschlossen umlaufende Dichtung insbesondere gegenüber einer oxidierenden Umgebung wie der Umgebungsluft gasdicht abgedichtet. Der poröse Power transmission plate of the stack to be contacted on the one hand and the contact side to be contacted power transmission plate of the power line on the other hand is arranged. The porous, metallic body is electrically conductively connected to the respective power transmission plates and gas-tight sealed by a closed circumferential seal, in particular against an oxidizing environment such as the ambient air. The porous one
metallische Körper dient also der Stromübertragung zwischen den zu Metallic body thus serves to transfer electricity between the two
kontaktierenden Stromübertragungsplatten. Bevorzugt ist der poröse contacting power transmission plates. The porous is preferred
metallische Körper als separates Bauteil von den zu kontaktierenden metallic body as a separate component of the to be contacted
Stromübertragungsplatten ausgeführt. Er ist insbesondere flächig, mit einer an die Stromübertragungsplatten angepassten Fläche, ausgebildet. Eine flächige Kontaktierung ist vorteilhaft, da dann bei gegebenem Stromfluss von Stack zu Stack bzw. Stack zu Stromleitung die auftretenden Stromdichten geringer sind. Unter dem porösen metallischen Körper wird im Rahmen dieser Offenbarung nicht nur ein poröser, pulvermetallurgisch hergestellter metallischer Körper verstanden. Der Begriff Porosität soll hier allgemeiner gesehen werden und es wird darunter jeder Körper verstanden, der nicht aus einem Vollmaterial aufgebaut ist, dessen Struktur also gewisse Freiräume bzw. Hohlräume aufweist. Der poröse metallische Körper kann beispielsweise eine netz-, vlies- oder schwammartige Struktur aufweisen. Insbesondere kann es sich beim porösen Körper um einen Einleger aus einem metallischen Gitter, Netz, Power transmission plates executed. In particular, it is flat, with a surface adapted to the current transfer plates. A surface contact is advantageous, since then the current densities occurring are lower for a given current flow from stack to stack or stack to power line. In the context of this disclosure, the porous metallic body is understood to mean not only a porous metallic body produced by powder metallurgy. The term porosity is to be seen here more generally and it is understood to include any body that is not constructed of a solid material, the structure of which thus has certain open spaces or cavities. The porous metallic body may, for example, have a net, fleece or spongy structure. In particular, the porous body may be an insert made of a metallic grid, mesh,
Gewebe, Gewirke, Gestricke, Vlies, Schwamm oder dergleichen handeln. Alternativ kann es sich beim porösen metallisch Körper um ein pulvermetallurgisch hergestelltes Bauteil handeln. Trotz der Freiräume wie beispielsweise der Poren in einem pulvermetallurgisch hergestellten Körper weist die Struktur des porösen Körpers zumindest einen elektrisch leitfähigen Pfad zwischen den zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten auf, klarerweise ist eine sehr große Anzahl von elektrisch leitfähigen Pfaden vorteilhaft. Dementsprechend ist im Falle eines pulvermetallurgisch Tissue, knitted fabric, knitted fabric, non-woven, sponge or the like. Alternatively, the porous metallic body may be a powder metallurgically produced component. Despite the clearances such as pores in a powder metallurgy body, the structure of the porous body has at least one electrically conductive path between the current transfer plates to be contacted, clearly a very large number of electrically conductive paths are advantageous. Accordingly, in the case of a powder metallurgical
hergestellten Körpers die Struktur des Körpers hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit perkolierend. produced body percolating the structure of the body in terms of its electrical conductivity.
Die Porosität sorgt im Vergleich zu einem aus einem Vollmaterial ausgebildeten Körper für zusätzlichen Raum, in dem sich das Material bei The porosity, compared to a body formed of solid material, provides additional space in which the material participates
Temperaturerhöhung ausdehnen kann, sodass thermische Spannungen aufgrund unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten im Temperature increase can expand, so that thermal stresses due to different coefficients of thermal expansion in the
Stromübertragungssystem ausgeglichen werden können und die Gasdichtheit, mit dem der poröse Körper von seiner oxidierenden Umgebung geschützt wird, durch thermisch induzierte Spannungen nicht gefährdet wird. Electricity transmission system can be compensated for and the gas tightness, with which the porous body is protected by its oxidizing environment is not endangered by thermally induced voltages.
Die gasdichte Abdichtung des porösen Körpers gegenüber einer oxidierenden Umgebung wie der Umgebungeluft wird durch eine den porösen, metallischen Körper geschlossen umlaufende Dichtung hergestellt. Bevorzugt erstreckt sich die Dichtung zwischen den zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten und bildet mit den zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten jeweils eine stoffschlüssige Verbindung aus, wodurch gleichzeitig auch eine mechanische Verbindung zwischen den zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten vermittelt wird. Als Material für die Dichtung eignet sich insbesondere Glaslot, Glimmer oder ein Hochtemperaturkleber, der bis zu den geplanten The gas-tight seal of the porous body against an oxidizing environment such as the ambient air is made by a closed the porous, metallic body surrounding seal. Preferably, the seal extends between the current transfer plates to be contacted and forms with the current transfer plates to be contacted in each case a cohesive connection, whereby at the same time a mechanical connection between the current transfer plates to be contacted is mediated. As a material for the seal is particularly suitable glass solder, mica or a high temperature adhesive, up to the planned
Betriebstemperaturen ausreichend hitzebeständig ist und seine Operating temperatures is sufficiently heat resistant and its
Klebeeigenschaften beibehält. Das Dichtungsmaterial, wie im Beispiel des Glaslots, kann in viskoser Form mittels eines Dispensers auf die Oberfläche einer der zu kontaktierenden Stromübertragungsplatte oder auf beide Retains adhesive properties. The sealing material, as in the example of the glass solder, may be applied in a viscous form by means of a dispenser to the surface of one of the current transfer plates to be contacted, or both
Oberflächen der zu kontaktierenden Stromübertagungsplatten aufgebracht werden. Das Dichtungsmaterial härtet nach dem Fügeprozess zwischen den beiden Oberflächen der zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten, im Fall des Glaslots teil- oder vollkristallin, aus. Somit wird neben der gasdichten Separation zur Umgebung auch eine mechanische Verbindung der beiden Stromübertragungsplatten erreicht. Die Abdichtung kann aber auch bereits in fester Form, beispielsweise als aus einer Glaslot-Folie gestanzter umlaufender Rahmen, auf eine Oberfläche einer zu kontaktierenden Surfaces of the current transfer plates to be contacted are applied. The sealing material hardens after the joining process between the two surfaces of the current transfer plates to be contacted, in the case of the glass solder partially or fully crystalline, from. Thus, in addition to the gas-tight separation to the environment, a mechanical connection of the two Electric transmission plates reached. But the seal can also already in solid form, for example, as from a glass solder foil stamped peripheral frame, on a surface of a to be contacted
Stromübertragungsplatte aufgelegt werden und anschließend mit der Power transfer plate are placed and then with the
Oberfläche der zweiten zu kontaktierenden Stromübertragungsplatte Surface of the second current transfer plate to be contacted
zusammengefügt werden. Je nach verwendetem Dichtungsmaterial kann die Aufbringung einer mechanischen Belastung, wobei die mechanische Belastung von den Stromübertragungsplatten auf die Dichtung ausgeübt wird, während und/oder nach dem Fügeprozess, vorteilhaft sein. Eine derartige mechanische Belastung kann beispielsweise über pneumatische Kolben, Gewichte oder durch das Eigengewicht eines Stacks erfolgen bzw. aufgebracht werden. be joined together. Depending on the sealing material used, the application of mechanical stress, with the mechanical stress exerted by the current transfer plates on the seal, during and / or after the joining process may be advantageous. Such a mechanical load can be carried out or applied for example via pneumatic pistons, weights or by the weight of a stack.
Durch die Abdichtung wird erreicht, dasa man bei der Auswahl des Werkstoffe für das stromführende Element - den porösen, metallischen Körper - nicht auf teure Edelmetalle oder sonst besonders korrosionsbeständige bzw. By sealing is achieved dasa one in the selection of materials for the current-carrying element - the porous, metallic body - not on expensive precious metals or otherwise particularly corrosion resistant or
oxidationsbeständige Werkstoffe beschränkt bleibt, sondern auch oxidation-resistant materials remains limited, but also
kostengünstigere Werkstoffe verwendet werden können, die ohne Schutz in einer oxidierenden Atmosphäre wie der Umgebungsluft bei More cost-effective materials can be used, which can be used without protection in an oxidizing atmosphere such as the ambient air
Betriebstemperaturen von bis zu 1000°C an ihrer Oberfläche unter Ausbildung von elektrisch isolierenden Schichten oxidieren würden. Als geeignete Metalle für den porösen Körper sind zu nennen: Nickel, Kupfer, Chrom, Eisen, Operating temperatures of up to 1000 ° C on their surface would oxidize to form electrically insulating layers. Suitable metals for the porous body are: nickel, copper, chromium, iron,
Molybdän und Worfram. Die Verwendung von Nickel ist besonders bevorzugt, weil Nickel bereits in anderen Komponenten des Stacks verwendet wird, zudem erst bei höheren Partialdrücken oxidiert und Nickel-Oxidschichten nicht völlig elektrisch isolierend sind. Es können natürlich auch Legierungen auf Basis einer der zuvor genannten Metalle, hochtemperaturbeständige Legierungen auf Basis von Zink, Zinn oder Blei oder auch hochtemperaturbeständige Stähle wie beispielsweise Stähle mit einem hohen Legierungsanteil an Chrom (220 Gew. % Chrom) oder Stähle mit einem hohen Legierungsanteil an Nickel (220 Gew. % Nickel) eingesetzt werden.  Molybdenum and Worfram. The use of nickel is particularly preferred because nickel is already used in other components of the stack, also oxidized only at higher partial pressures and nickel oxide layers are not completely electrically insulating. Of course, it is also possible to use alloys based on one of the abovementioned metals, high-temperature-resistant alloys based on zinc, tin or lead or high-temperature-resistant steels such as, for example, steels having a high alloy content of chromium (220% by weight chromium) or steels having a high alloy content Nickel (220 wt.% Nickel) are used.
Ein großer Vorteil des vorgestellten Stromübertragungssystems ist, dass zwangsläufig auftretende Unterschiede im Temperaturausdehnungsverhalten zwischen dem Material des Stromkabels bzw. dem Material der leitungsseitigen Stromübertragungsplatte einerseits und der stackseitigen Stromübertragungsplatte andererseits aufgrund der dazwischengeschalteten Bauteile als Puffer leichter kompensiert werden können. Die Gefahr von Rissbildungen etc., wie sie im Stand der Technik bei angelöteten oder angeschweißten Stromabgriffsfahnen bzw. -platten auftreten können, wird durch die vorliegende Erfindung deutlich verringert. A major advantage of the proposed power transmission system is that inevitably occurring differences in the thermal expansion behavior between the material of the power cable or the material of the line-side power transmission plate on the one hand and the stack side Power transmission plate on the other hand, due to the intermediary components as a buffer can be compensated easier. The risk of cracking etc., as they may occur in the prior art soldered or welded Stromabgriffsfahnen or plates is significantly reduced by the present invention.
Es hat sich bei und nach der Fügung der beiden zu kontaktierenden It has to be contacted at and after the marriage of the two
Stromübertragungsplatten als vorteilhaft herausgestellt, wenn die zu Power transfer plates proved to be advantageous when the too
kontaktierenden Stromübertragungsplatten durch mindestens einen contacting power transmission plates by at least one
Abstandhalter, der bevorzugt zwischen den zu kontaktierenden Spacer, preferably between the to be contacted
Stromübertragungsplatten angeordnet ist, voneinander getrennt sind. Der mindestens eine Abstandhalter soll auch bei höheren Temperaturen für einen definierten Abstand bzw. insbesondere für eine planparallele Ausrichtung der zusammengefügten Stromübertragungsplatten sorgen. Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstandshalter kein völlig starres Verhalten aufweist, sondern eine gewisse Elastizität in einer Richtung normal zur Ebene der beiden Stromübertragungsplatten zeigt. Als Abstandshalter können keramische oder metallische Plättchen, Pins, Filze, Vliese oder dergleichen Verwendung finden. Der bzw. die Abstandshalter müssen nicht als separates Bauteil ausgeführt sein, sondern können auch als integraler Teil eines der beiden Stromübertragungsplatten ausgebildet sein. Klarerweise sind die Abmessungen des porösen metallischen Körpers, des bzw. der Abstandshalter und der Dichtung aufeinander abzustimmen. Typischerweise ist die Höhe des Abstandshalters (in Richtung der elektrischen Verbindungsrichtung) in der Größenordnung von mm.  Power transmission plates is arranged, are separated from each other. The at least one spacer is intended to ensure a defined distance or in particular for a plane-parallel alignment of the assembled power transmission plates even at higher temperatures. It has also proved to be advantageous if the spacer does not have a completely rigid behavior, but shows a certain elasticity in a direction normal to the plane of the two power transmission plates. As spacers, ceramic or metallic platelets, pins, felts, nonwovens or the like can be used. The spacer or spacers need not be designed as a separate component, but may also be formed as an integral part of one of the two current transfer plates. Clearly, the dimensions of the porous metallic body, spacer (s) and gasket must be matched. Typically, the height of the spacer (in the direction of electrical connection direction) is on the order of mm.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der poröse metallische Körper, insbesondere bei einer Ausführungsform mit netz-, vlies- oder schwammartiger Struktur, komprimierbar und wird unter einer Druckspannung zwischen die beiden zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten eingelegt bzw. In an advantageous embodiment of the porous metallic body, in particular in one embodiment with reticulate, fleece or sponge-like structure, compressible and is inserted under a compressive stress between the two to be contacted power transmission plates or
eingespannt. Durch die Kompression des porösen Körpers und der clamped. By the compression of the porous body and the
entsprechenden Kraftwirkung zwischen porösen metallische Körper und Stromübertragungsplatte kann ein niederohmiger elektrischer Kontakt über die gesamte Kontaktfläche des porösen Körpers mit den Stromübertragungsplatten hergestellt werden. the corresponding force between the porous metallic body and the current transfer plate, a low-resistance electrical contact on the entire contact surface of the porous body are made with the current transfer plates.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Dichtungsmaterials soll an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des porösen metallischen Körpers angepasst sein, bevorzugt unterscheiden sich die beiden thermischen Ausdehnungskoeffizienten um höchstens 10 * 10-β K-1, besonders bevorzugt um höchstens 6 * 10-6 K-1. Sollte es sich icht vermeiden lassen, dass die The thermal expansion coefficient of the sealing material should be adapted to the thermal expansion coefficient of the material of the porous metallic body, preferably the two coefficients of thermal expansion differ by at most 10 * 10 -β K -1 , more preferably by at most 6 * 10 -6 K -1 . Should it be unavoidable that the
thermischen Ausdehnungskoeffizienten voneinander abweichen, ist es vorteilhaft, wenn sich das Material des porösen, metallischen Körpers bei Temperaturerhöhung etwas stärker als das Dichtungsmatertal ausdehnt als umgekehrt, damit die elektrische Kontaktierung auch bei höheren Temperaturen durch eine verhältnismäßig kleinere Ausdehnung des porösen Körpers nicht unterbrochen wird. Eine gegebenenfalls etwas stärkere thermische thermal expansion coefficients differ from each other, it is advantageous if the material of the porous metallic body expands slightly more than the Dichtungsma valley with temperature increase than vice versa, so that the electrical contact is not interrupted even at higher temperatures by a relatively smaller extent of the porous body. An optionally slightly stronger thermal
Ausdehnung des Dichtungsmaterials kann über einen gewissen Expansion of the sealing material can be over a certain
Temperaturbereich durch die oben erwähnte mechanische Druckspannung auf den porösen Körper ausgeglichen werden.  Temperature range can be compensated by the above-mentioned mechanical compressive stress on the porous body.
Um eine in elektrischer Verbindungsrichtung benötigte Höhe zu erreichen, können in elektrischer Verbindungsrichtung mehrere poröse, metallische Körper übereinandergestapelt sein. Die Stapelung kann lose erfolgen oder auch durch stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise mittels eines In order to achieve a height required in the electrical connection direction, a plurality of porous, metallic bodies can be stacked on top of one another in the electrical connection direction. The stacking can be done loose or by cohesive connection, for example by means of a
Punktschweißverfahrens, unterstützt werden. Als Beispiel seien Einleger aus einem metallischen Gitter, Netz, Vlies, Schwamm oder dergleichen genannt, die übereinandergestapelt und leicht komprimiert zwischen den zu kontaktierenden Spot welding process, to be supported. As an example, depositors of a metallic grid, mesh, fleece, sponge or the like may be mentioned, which are stacked one above the other and slightly compressed between the to be contacted
Stromübertragungsplatten angeordnet sind und gegebenenfalls mittels Power transfer plates are arranged and optionally by means
Punktschweißens miteinander verbunden werden.  Spot welding are joined together.
Um den Strom auf eine größere Querschnittsfläche zu verteilen, können in einer vorteilhaften Ausführungsform zwischen den beiden elektrisch zu  In order to distribute the current to a larger cross-sectional area, in an advantageous embodiment, between the two electrically to
kontaktierenden Stromübertragungsplatten mehrere poröse, metallische Körper entlang der Haupterstreckungsebene der Stromübertragungsplatten räumlich voneinander getrennt angeordnet sein. Die einzelnen porösen, metallischen Körper sind dabei jeweils durch eine geschlossen umlaufende Dichtung gasdicht abgedichtet und bilden so voneinander unabhängige, elektrisch zueinander parallel geschaltete Stromübertragungseinheiten. Dadurch wird die Stromdichte erniedrigt, gleichzeitig auch Redundanz für den Fall erzielt, dass einzelne Stromübertragungseinheiten höherohmiger werden bzw. ausfallen. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der abgedichtete Innenraum mit dem porösen metallischen Körper durch die zu kontaktierende stackseitige Stromübertragungspiatte gegenüber dem Brenngasraum des nächstliegenden elektrochemischen Moduls geöffnet, sodass ein Gasaustausch mit der reduzierenden Atmosphäre des Brenngasraums ermöglicht wird. Dadurch wird verhindert, dass Restsauerstoff, der beispielsweise bei der Fertigung des Stromübertragungssystems im abgedichteten Innenraum verblieben ist, den porösen metallischen Körper im Laufe der Zeit oxidiert contacting power transmission plates a plurality of porous, metallic bodies along the main extension plane of the current transfer plates be arranged spatially separated from each other. The individual porous, metallic bodies are each gas-tightly sealed by a closed circumferential seal and thus form independent of each other, electrically parallel to each other power transmission units. As a result, the current density is lowered, while also achieving redundancy in the event that individual power transmission units become higher impedance or fail. In an advantageous embodiment, the sealed interior with the porous metallic body is opened by the stack-side Stromübertragungspiatte to be contacted against the fuel gas space of the nearest electrochemical module, so that a gas exchange with the reducing atmosphere of the fuel gas space is made possible. This prevents residual oxygen, which has remained in the sealed interior, for example during the manufacture of the power transmission system, from oxidizing the porous metallic body over time
Zur Versorgung der elektrochemischen Module mit Prozessgasen, For supplying the electrochemical modules with process gases,
beispielsweise zur Zuleitung von Brenngas oder Ableitung von Abgas, sind innerhalb des Stacks Rohrleitungen vorgesehen. In einer vorteilhaften For example, for supplying fuel gas or discharge of exhaust gas, pipes are provided within the stack. In an advantageous
Ausführungsform werden diese durch die stackseitigen bzw. leitungsseitigen Stromübertragungsplatten durchgeführt. Zu diesem Zweck sind in die stackseitigen Stromübertragungsplatten und/oder leitungsseitige Embodiment, these are performed by the stack side or line side power transfer plates. For this purpose are in the stack-side power transfer plates and / or line side
Stromübertragungsplatten durchgehende Öffnungen integriert. Power transmission plates integrated through openings.
Zusammengefasst bietet das erfindungsgemäße Stromübertragungssystem eine kostengünstige und zuverlässige Lösung, um einen Stack in einer Anlage an ein externes Stromkabel anzuschließen. Das Stromübertragungssystem ermöglicht weiters, zwei benachbarte Stacks direkt an den stackseitigenIn summary, the power transmission system of the present invention provides a cost effective and reliable solution for connecting a stack in a system to an external power cable. The power transmission system further allows two adjacent stacks directly on the stack side
Stromübertragungsplatten zu verbinden. Benachbarte Stacks können natürlich auch indirekt über ein zwischengeschaltetes Stromkabel kontaktiert werden, wobei das Stromkabel an beiden Enden jeweils mit einer leitungsseitigen Stromübertragungsplatte verbunden ist, welche dann jeweils mit den entsprechenden stackseitigen Stromübertragungsplatten kontaktiert sind. To connect power transfer plates. Adjacent stacks can, of course, also be contacted indirectly via an intermediate power cable, wherein the power cable is connected at each end to a line-side power transmission plate, which are then contacted in each case with the corresponding stack-side power transmission plates.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, bei denen aus Zwecken der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung die Grüßenverhältnisse nicht immer maßstabgetreu angegeben sind. In den verschiedenen Figuren werden für übereinstimmende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Further advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures, in which for purposes of illustration of the present invention, the greetings ratios are not always given to scale. In the various figures, the same reference numerals are used for matching components.
Von den Figuren zeigen: From the figures show:
Fig. 1a: eine schematische perspektivische Darstellung eines  Fig. 1a: a schematic perspective view of a
Stromübertragungssystems gemäß einer ersten Ausführungsfarm der Erfindung;  Power transmission system according to a first Ausführungsfarm of the invention;
Fig. 1b: eine Explosionsdarstellung des Stromübertragungssystem von  FIG. 1b is an exploded view of the power transmission system of FIG
Fig. 1a;  Fig. 1a;
Fig. 1c: eine schematische Querschnittsansicht des  Fig. 1c: a schematic cross-sectional view of
Stromübertragungssystems von Fig. 1a entlang der Linie I-II; Fig. 2: eine schematische Querschnittsansicht eines  Power transmission system of Figure 1a along the line I-II; 2 is a schematic cross-sectional view of a
Stromübertragungssystems gemäß einer zweiten  Power transmission system according to a second
Ausführungsform der Erfindung;  Embodiment of the invention;
Fig. 3a: eine schematische perspektivische Darstellung eines 3a shows a schematic perspective view of a
Stromübertragungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;  Power transmission system according to a third embodiment of the invention;
Fig. 3b: eine Explosionsdarstellung des Stromübertragungssystem von  3b: an exploded view of the power transmission system of
Fig. 3a;  Fig. 3a;
Fig. 3c: eine schematische Querschnittsansicht des  3c shows a schematic cross-sectional view of the
Stromübertragungssystems von Fig. 3a entlang der Linie l-ll.  Power transmission system of Fig. 3a along the line l-ll.
In den Fig. 1a bis Fig. 3c ist jeweils eine perspektivische Darstellung bzw. eine entsprechende Querschnittsansicht einer ersten, zweiten und dritten FIGS. 1a to 3c each show a perspective view and a corresponding cross-sectional view, respectively, of a first, a second and a third
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromübertragungssystems dargestellt. Fig. 1a, Fig. 1b, Fig. 1c und Fig. 2 zeigen schematisch einen Stack mit einem Stromübertragungssystem, durch das ein Stromkabel kontaktiert wird (das Stromkabel ist nicht dargestellt und kann über die Bohrung 21 mit der leitungsseltigen Stromübertragungsplatte 15 elektrisch kontaktiert werden), während in Fig. 3a, Fig. 3b und Fig. 3c ein Stromübertragungssystem Embodiment of the power transmission system according to the invention shown. 1a, 1b, 1c and 2 schematically show a stack with a power transmission system through which a power cable is contacted (the power cable is not shown and may be electrically contacted via the bore 21 to the conductive power transfer plate 15). while in Fig. 3a, Fig. 3b and Fig. 3c, a power transmission system
dargestellt ist, bei dem unmittelbar benachbarte Stacks direkt miteinander elektrisch verbunden werden. Die dargestellten Stacks 11 ,11' bestehen jeweils aus übereinandergestapelten und elektrisch in Serie verbundenen elektrochemischen Modulen - beispielsweise SOFCs - 12 und sind an den beiden Stirnseiten jeweils mit einer stackseitigen Stromübertragungsplatte (Grund- bzw. Deckplatte) 13, 13', 13", 13"' abgeschlossen. Die stackseitigen Stromübertragungsplatten sind pulvermetallurgisch aus einem Pulveransatz aus 95 Gew.% elementaren Chrompulver und 5 Gew.% eines Vorlegierungspulvers aus Eisen mit 0,8 Gew. % Yttrium hergestellt. is shown, in which immediately adjacent stacks are electrically connected directly to each other. The illustrated stacks 11, 11 'each consist of stacked and electrically connected in series electrochemical modules - for example, SOFCs - 12 and are at the two end faces each with a stack-side current transfer plate (base and cover plate) 13, 13 ', 13 ", 13"' completed. The stack-side current transfer plates are manufactured by powder metallurgy from a powder batch of 95 wt.% Elementary chromium powder and 5 wt.% Of a master alloy powder of iron with 0.8 wt.% Yttrium.
Zur Kontaktierung mit der kabeiförmigen Stromleitung wird das Ende der Stromleitung (nicht dargestellt) in die Bohrung 21 der leitungsseitigen For contacting with the kabeiförmigen power line, the end of the power line (not shown) in the bore 21 of the line side
Stromübertragungsplatte 15 gesteckt und mit ihr elektrisch verbunden. Die leitungeseitige Stromübertragungsplatte 15 besteht aus Power transmission plate 15 inserted and electrically connected to it. The line side power transmission plate 15 is made
hochtemperaturbeständigem, schmelzmetallurgisch hergestelltem Stahl wie X1CrWNbTiLa22-2 (erhältlich unter dem Markennamen Crofer® 22 H) oder X1CrTiLa22 (erhältlich als Crofer® 22 APU) und ist daher ebenfalls elektrisch leitfähig. Die leitungsseitige Stromübertragungsplatte 15 ist mit der High-temperature resistant, melt-metallurgically produced steel such as X1CrWNbTiLa22-2 (available under the brand name Crofer® 22 H) or X1CrTiLa22 (available as Crofer® 22 APU) and is therefore also electrically conductive. The line side power transmission plate 15 is connected to the
stackseitigen Stromübertragungsplatte 13 über ein dazwischen angeordnetes Netz aus Nickel - dem porösen metallischen Körper 16 - elektrisch verbunden. Um eine zuverlässige und niederohmige Kontaktierung über die gesamte Kontaktfläche des metallischen Netzes 16 mit den Stromübertragungsplatten 13 ;15 herzustellen, wird das metallische Netz 16 zwischen die beiden zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten 13,15 eingelegt, leicht stack-side power transmission plate 13 via an interposed network of nickel - the porous metallic body 16 - electrically connected. In order to produce a reliable and low-resistance contacting over the entire contact surface of the metallic network 16 with the current transfer plates 13, 15, the metallic network 16 is inserted between the two current transfer plates 13, 15 to be contacted, easily
zusammengedrückt und die darüber gelegte leitungsseitige squeezed and the superimposed line side
Stromübertragungsplatte 15 während des Fügeprozesses mit einem Gewicht beschwert. Anstatt eines einzelnen Netzes können auch mehrere Netze übereinander gestapelt werden. Das stromführende Element 16 muss nicht zwangsläufig als Netz ausgeführt sein, sondern es können auch Einleger aus einem metallischen Gitter, Gewebe, Gewirke, Gestricke, Vlies, Schwamm oder dergleichen oder ein pulvermetallurgisch hergestelltes poröses Bauteil Power transfer plate 15 weighted during the joining process with a weight. Instead of a single network, multiple networks can be stacked on top of each other. The current-carrying element 16 does not necessarily have to be designed as a net, but it can also depositors of a metallic grid, woven, knitted, knitted fabric, non-woven, sponge or the like, or a powder metallurgically produced porous component
Verwendung finden. Das metallische Netz 16 bzw. ein Stapel aus mehreren übereinander gelegten Netzen wird durch eine geschlossen umlaufende Find use. The metallic network 16 or a stack of several superimposed networks is closed by a closed
Dichtung 17 gegenüber der Umgebung gasdicht abgedichtet. Als Material für die Dichtung 17 wurde Glaslot verwendet, welches in viskoser Form mittels eines Dispensers auf die Oberfläche einer der beiden bzw. auf die Oberfläche beider Stromübertragungsplatten aufgebracht wird. Das Glaslot härtet nach dem Fügeprozess der beiden zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten 13,15 aus und vermittelt durch Stoffsehl uss auch eine mechanische Verbindung zwischen den beiden zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten 13,15. Der thermische Ausdehnungskoeffizient α(20·950) des verwendeten Glaslots beträgt ca. 8-10-6 K-1 und ist somit geringfügig kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient von Nickel (bei 20 °C: 13,4·10-6 K-1). Aufgrund der Abdichtung 17 ist man für das stromführende Element 16 nicht auf teure Edelmetalle oder sonst besonders korrosionsbeständige bzw. Seal 17 sealed gas-tight from the environment. As a material for the seal 17 glass solder was used, which is applied in a viscous form by means of a dispenser on the surface of either or on the surface of both current transfer plates. The glass solder hardens after the joining process of the two to be contacted power transmission plates 13,15 and mediated by Stoffsehl uss also a mechanical connection between the two to be contacted power transmission plates 13,15. The thermal expansion coefficient α (20 × 950) of the glass solder used is about 8-10 -6 K -1 and is thus slightly smaller than the thermal expansion coefficient of nickel (at 20 ° C: 13.4 × 10 -6 K -1 ). Due to the seal 17 is not for the current-carrying element 16 on expensive precious metals or otherwise particularly corrosion resistant or
oxidationsbeständige Werkstoffe angewiesen und kann auf kostengünstige Werkstoffe wie Nickel zurückgreifen. Optionale Abstandshalter 18 sorgen für eine planparallele Ausrichtung der zusammengefügten dependent on oxidation-resistant materials and can rely on low-cost materials such as nickel. Optional spacers 18 provide a plane-parallel alignment of the assembled
Stromübertragungsplatten 13,15. Als Abstandshalter 18 haben sich keramische oder metallische Plättchen, Pins, Filze oder dergleichen bewährt.  Electric transmission plates 13, 15. As spacers 18, ceramic or metallic plates, pins, felts or the like have been proven.
Das so realisierte Stromübertragungssystem ist platzsparend und außerdem sehr kostengünstig realisierbar, da einerseits kostengünstige Materialien verwendet werden können und die Fertigung zudem nur mit wenigen The thus implemented power transmission system is space-saving and also very inexpensive to implement, since on the one hand cost-effective materials can be used and the production also only a few
Arbeitsschritten auskommt. Es ist natürlich auch denkbar, für die Weiterleitung des Stroms von bzw. zu der Stromübertragungsplatte anstatt einer  Working steps. It is of course also conceivable for the forwarding of the current from or to the power transmission plate instead of a
Stromübertragungseinheit mehrere, elektrisch zueinander parallel geschaltete Stromübertragungseinheiten einzusetzen. Es wird dadurch Redundanz für den Fall geschaffen, dass einzelne Stromübertragungseinheiten höherohmiger werden bzw. ausfallen. Power transmission unit to use multiple, electrically parallel to each other power transmission units. This provides redundancy in the event that individual power transmission units become higher-impedance or fail.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ist gebenüber der ersten The embodiment shown in Fig. 2 is over the first
Ausführungsform leicht modifiziert: Der abgedichtete Innenraum mit dem Netz 16 ist durch die stackseitige Stromübertragungsplatte 13 gegenüber dem Brenngasraum des nächstliegenden elektrochemischen Moduls mittels der Bohrung 20 geöffnet, sodass ein Gasaustausch mit der reduzierenden Embodiment slightly modified: The sealed interior with the network 16 is opened by the stack-side current transfer plate 13 with respect to the fuel gas chamber of the nearest electrochemical module by means of the bore 20, so that a gas exchange with the reducing
Atmosphäre des Brenngasraums ermöglicht wird. Dies hat den Vorteil, dass Restsauerstoff, der bei der Fügung der beiden Stromübertragungsplatten 13,15 im abgedichteten Innenraum zurückgeblieben ist, im Laufe des erstmaligen Betriebs verdrängt wird. Atmosphere of the fuel gas chamber is made possible. This has the advantage that residual oxygen, which has remained in the sealed interior at the junction of the two power transmission plates 13,15, is displaced in the course of initial operation.
Fig. 3a, Fig. 3b und Fig. 3c zeigen ein Stromübertragungssystem, bei dem ein Stack 11 anstatt mit einem Stromkabel direkt mit einem unmittelbar benachbarten Stack 11' kontaktiert wird. Der flächig ausgebildete poröse metallische Körper 16 ist dabei zwischen den beiden stackseitigen Fig. 3a, Fig. 3b and Fig. 3c show a power transmission system in which a stack 11 instead of a power cable directly with a directly adjacent stack 11 'is contacted. The flat formed porous metallic body 16 is between the two stack side
Stromübertragungsplatten 13,13" der benachbarten Stack eingeklemmt. In Fig. 3a sind auch Gasdurchtrittsöffnungen 19 in der stackseitigen Electric transmission plates 13,13 "clamped the adjacent stack. In Fig. 3a are also gas passage openings 19 in the stack side
Stromübertragungsplatte 13 erkennbar, durch die Prozessgase (Brenngas bzw. Abgas) von einem Stack 11 in den benachbarten Stack 11' weitergeleitet werden. Diese Gasdurchtrittsöffnungen 19 sind ebenfalls mittels Glaslot gegenüber der Umgebung abgedichtet. Benachbarte Stacks 11 ,11' können natürlich auch indirekt mittels eines zwischengestalteten Stromkabels analog zu Ausführungsbeispiel 1 kontaktiert werden. Electric transmission plate 13 can be seen, are forwarded by the process gases (fuel gas or exhaust gas) from a stack 11 in the adjacent stack 11 '. These gas passage openings 19 are also sealed by means of glass solder to the environment. Adjacent stacks 11, 11 'can of course also be contacted indirectly by means of an intermediate power cable analogous to exemplary embodiment 1.

Claims

Ansprüche claims
1. Stromübertragungssystem zur elektrischen Kontaktierung eines Stacks (11) mit einer Stromleitung oder mit einem benachbarten Stack (11'), wobei die zu kontaktierende Stromleitung mit einer leitungsseitigen1. Power transmission system for electrically contacting a stack (11) with a power line or with an adjacent stack (11 '), wherein the current line to be contacted with a line-side
Stromübertragungsplatte (15) abschließt und ein zu kontaktierender Stack (11) jeweils aus einem Stapel aus mindestens einem planaren Power transfer plate (15) terminates and a stack to be contacted (11) each consist of a stack of at least one planar
elektrochemischen Modul (12) aufgebaut ist, der an den Stirnseiten jeweils durch eine stackseitige Stromübertragungsplatte (13,13') abgeschlossen ist,  electrochemical module (12) is constructed, which is closed at the end faces in each case by a stack-side power transmission plate (13,13 '),
wobei das Stromübertragungssystem mindestens einen porösen, metallischen Körper (16) aufweist, der zwischen der stackseitigen  wherein the power transmission system comprises at least one porous metallic body (16) intermediate between the stack side
Stromübertragungsplatte (13,13') des zu kontaktierenden Stacks (11) einerseits und der leitungsseitigen Stromübertragungsplatte (15) der Stromleitung bzw. der stackseitigen Stromübertragungsplatte (13") des benachbarten Stacks (11') andererseits angeordnet und elektrisch leitend mit diesen Stromübertragungsplatten verbunden ist, und der poröse, metallische Körper (16) durch eine geschlossen umlaufende Dichtung (17) gasdicht abgedichtet ist.  Power transmission plate (13,13 ') of the stack to be contacted (11) on the one hand and the line side power transmission plate (15) of the power line or the stack side power transmission plate (13 ") of the adjacent stack (11') on the other hand arranged and electrically conductively connected to these current transfer plates , And the porous metallic body (16) by a closed circumferential seal (17) is gas-tight sealed.
2. Stromübertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten (13, 13', 13", 13"'; 15) durch mindestens einen Abstandhalter (18) voneinander beabstandet gehalten werden. 2. Power transmission system according to claim 1, characterized in that the current transfer plates to be contacted (13, 13 ', 13 ", 13"', 15) by at least one spacer (18) are kept spaced from each other.
3. Stromübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3. Power transmission system according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass der poröse, metallische Körper (16) als separates Bauteil ausgebildet ist.  characterized in that the porous, metallic body (16) is formed as a separate component.
4. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine poröse, metallische Körper (16) zwischen den zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten (13, 13', 13", 13"'; 15) eingespannt ist. 4. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one porous, metallic body (16) is clamped between the current transfer plates (13, 13 ', 13 ", 13"', 15) to be contacted.
5. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufenden Dichtung (17) sich umlaufend um den porösen, metallischen Körper (16) zwischen den zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten (13, 13', 13", 13"'; 15) erstreckt. 5. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that the peripheral seal (17) circumferentially around the porous, metallic body (16) between the current transfer plates to be contacted (13, 13 ', 13 ", 13"'; 15) extends.
6. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse metallische Körper (16) puivermetallurgisch hergestellt ist und eine bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit perkolierende Struktur aufweist. 6. Current transfer system according to one of the preceding claims, characterized in that the porous metallic body (16) is manufactured puivermetallurgisch and having a percussion with respect to the electrical conductivity structure.
7. Stromübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse metallische Körper (16) netz-, vlies- oder schwammartig ausgeführt ist. 7. Power transmission system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the porous metallic body (16) is designed net, fleece or sponge-like.
8. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden elektrisch zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten (13, 13', 13", 13'"; 15) eine Mehrzahl von porösen, metallischen Körpern (16) in elektrischer 8. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that between the two electrically to be contacted power transmission plates (13, 13 ', 13 ", 13'"; 15) a plurality of porous metallic bodies (16) in electrical
Verbindungsrichtung übereinandergestapelt ist.  Connecting direction is stacked.
9. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden elektrisch zu kontaktierenden Stromübertragungsplatten (13, 13', 13", 13"'; 15) eine Mehrzahl von porösen, metallischen Körpern (16) angeordnet sind, die räumlich voneinander getrennt und jeweils durch eine geschlossen umlaufende Dichtung gasdicht abgedichtet sind. 9. Electricity transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of porous, metallic bodies (16) are arranged spatially between the two electric current transfer plates (13, 13 ', 13 ", 13"', 15) to be electrically contacted separated from each other and each gas-tight sealed by a closed circumferential seal.
10. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse, metallische Körper (16) aus einem Metall aus der Gruppe Nickel, Kupfer, Chrom, Eisen, Molybdän,10. Electricity transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that the porous, metallic body (16) consists of a metal from the group consisting of nickel, copper, chromium, iron, molybdenum,
Wolfram, Vanadium, Mangan, Niob, Tantal, Titan, Kobalt oder aus einer Legierung mit mindestens einem dieser Metalle gebildet ist. Tungsten, vanadium, manganese, niobium, tantalum, titanium, cobalt or is formed of an alloy with at least one of these metals.
11. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossen umlaufende Dichtung (16) aus Glaslot, Glimmer oder einem Hochtemperaturkleber gefertigt ist. 11. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that the closed circumferential seal (16) is made of glass solder, mica or a high temperature adhesive.
12. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des porösen, metallischen Körpers (16) einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material der Dichtung (17). 12. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the porous, metallic body (16) has a higher coefficient of thermal expansion than the material of the seal (17).
13. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der thermische 13. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal
Ausdehnungskoeffizient des Materials der Dichtung (17) und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des porösen,  Coefficient of expansion of the material of the seal (17) and the thermal expansion coefficient of the material of the porous,
metallischen Körpers (16) um höchstens 10 * 10-6 K-1 voneinander unterscheiden. metallic body (16) differ by at most 10 * 10 -6 K -1 from each other.
14. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die stackseitigen 14. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that in the stack side
Stromübertragungsplatten (13, 13', 13", 13"') des Stacks und/oder die leitungsseitige Stromübertragungsplatte (15) der Stromleitung  Power transmission plates (13, 13 ', 13 ", 13"') of the stack and / or the line-side power transmission plate (15) of the power line
durchgehende Öffnungen (19) für die Zu- bzw. Ableitung der Prozessgase integriert sind.  through openings (19) are integrated for the supply and discharge of the process gases.
15. Stromübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zu kontaktierenden stackseitigen15. Power transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that in the stack side to be contacted
Stromübertragungsplatte (13, 13', 13", 13'") des Stacks innerhalb des durch die Dichtung umschlossenen Bereichs eine durchgehende Öffnung (20) vorgesehen ist, die einen Gasaustausch mit einem abgedichteten, in reduzierender Atmosphäre betriebenen Prozessgasraum des Power transfer plate (13, 13 ', 13 ", 13'") of the stack within the area enclosed by the seal, a through opening (20) is provided, the gas exchange with a sealed, operated in a reducing atmosphere process gas space
elektrochemischen Moduls ermöglicht.  electrochemical module allows.
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