JP6033004B2 - Cylindrical fuel cell with inert support - Google Patents

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Description

本発明は、円筒型の燃料電池を製造するための方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a cylindrical fuel cell.

さらに、本発明は、前記方法によって製造された円筒型の燃料電池に関する。   Furthermore, the present invention relates to a cylindrical fuel cell manufactured by the above method.

さらに、本発明は、燃料電池システムならびに燃料電池システムを具備したコージェネレーション(熱電併給)設備もしくは燃料電池システムを具備した車両に関する。   Furthermore, the present invention relates to a fuel cell system and a vehicle equipped with a fuel cell system and a cogeneration (combined heat and power) facility equipped with the fuel cell system.

固体酸化物型燃料電池(SOFC:solide oxide fuel cell)は、電流と、場合により熱とを発生させるために働き、しばしば、家庭へのエネルギ供給もしくは産業的なエネルギ供給のための補機またはコージェネレーション設備(KWK)に使用され、また、発電所や車両のオンボード発電のためにも使用される。固体酸化物型燃料電池は、通常、600℃〜1000℃の温度で運転されるので、高温型燃料電池とも呼ばれる。   Solid oxide fuel cells (SOFCs) work to generate electrical current and, in some cases, heat, and are often used as auxiliary equipment or cords for home energy supply or industrial energy supply. It is used for generation facilities (KWK) and for on-board power generation of power plants and vehicles. Since the solid oxide fuel cell is usually operated at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C., it is also called a high temperature fuel cell.

固体酸化物型燃料電池は、管状のまたは平板型の支持体を有していてよい。本願に関係のある燃料電池は管状の支持体を有しているので、その幾何学的な形状に基づき、平板型に形成された燃料電池と区別することができる。管状の支持体を備えた燃料電池は、チューブ型のもしくは円筒型の燃料電池とも呼ばれる。この円筒型の燃料電池は、両側で開放して形成されていてよく、これによって、円筒型の燃料電池を通して燃焼ガスまたは空気を案内することができるだけでなく、一方の端側で閉鎖されて形成されていてもよい。その際には、燃焼ガスまたは空気を燃料電池の内側にランスを介して案内することができる。   The solid oxide fuel cell may have a tubular or flat support. Since the fuel cell related to the present application has a tubular support, it can be distinguished from a fuel cell formed in a flat plate shape based on its geometric shape. A fuel cell provided with a tubular support is also called a tube-type or cylindrical fuel cell. This cylindrical fuel cell may be formed open on both sides, thereby not only guiding the combustion gas or air through the cylindrical fuel cell, but also being closed on one end side. May be. In that case, combustion gas or air can be guided inside the fuel cell via a lance.

円筒型の燃料電池は、特に支持体の形態に関して区別することができる。   Cylindrical fuel cells can be distinguished especially with respect to the form of the support.

管状の支持体を備えた電解質支持型の燃料電池では、電解質が支持体としても働き、電極よりも著しく厚膜に形成されている。このような燃料電池では、通常、電極が支持体の内外面に被着されている。支持機能を保証するためには、電解質が少なくとも200μmの層厚さを有している。しかし、電解質の大きな層厚さは、燃料電池のオーム抵抗にマイナスの影響を与える。したがって、このような燃料電池は、電解質の十分な伝導性と良好な出力性能とを得るために、より高い温度、特に最大950℃の温度で運転される。   In an electrolyte-supported fuel cell having a tubular support, the electrolyte also functions as a support and is formed to be significantly thicker than the electrode. In such a fuel cell, the electrodes are usually attached to the inner and outer surfaces of the support. In order to ensure the support function, the electrolyte has a layer thickness of at least 200 μm. However, the large layer thickness of the electrolyte has a negative effect on the ohmic resistance of the fuel cell. Therefore, such fuel cells are operated at higher temperatures, in particular up to 950 ° C., in order to obtain sufficient conductivity of the electrolyte and good output performance.

国際公開第2010/037670号およびドイツ連邦共和国特許出願公開第10219096号明細書には、多孔質の金属材料から成る管状の支持体を有する円筒型の燃料電池が記載されている。   WO 2010/037670 and DE 10219096 describe a cylindrical fuel cell having a tubular support made of a porous metal material.

米国特許第6379485号明細書には、片側で閉鎖された円筒型の燃料電池を製造するための方法が記載されている。   U.S. Pat. No. 6,379,485 describes a method for manufacturing a cylindrical fuel cell closed on one side.

国際公開第2010/037670号International Publication No. 2010/037670 ドイツ連邦共和国特許出願公開第10219096号明細書German Patent Application Publication No. 10219096 米国特許第6379485号明細書US Pat. No. 6,379,485

したがって、本発明の課題は、電解質がより薄膜に形成される、円筒型の燃料電池を製造するための方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a cylindrical fuel cell in which an electrolyte is formed into a thinner film.

この課題を解決するために本発明に係る方法によれば、該方法が、以下の方法ステップ:すなわち、a)キャビティを備えた射出成形金型と、キャビティ内に挿入可能な射出成形金型コアとを準備し、キャビティ内への射出成形金型コアの挿入によって、該射出成形金型コアと射出成形金型との間にほぼ管状の中空室が形成可能であり、射出成形金型コアにまたは射出成形金型のキャビティ形成面に、少なくとも1つの電極・電解質接合体を形成するための、カソード層と、電解質層と、アノード層とを有するサンドイッチ状の機能層列が配置されており、b)キャビティ内に射出成形金型コアを挿入し、c)特に機能層列に隣接した区分に、ガス透過性の気孔および/または開口が形成可能であるように、管状の中空室の少なくとも一部に、セラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するための少なくとも一種類の成分を射出し、d)該成分を固化、特に管状の中空室内に形成された物体と、機能層列とを、たとえば1200℃以下の温度で同時焼結する:を有している。   To solve this problem, the method according to the present invention comprises the following method steps: a) an injection mold with a cavity and an injection mold core insertable into the cavity. And by inserting the injection mold core into the cavity, a substantially tubular hollow chamber can be formed between the injection mold core and the injection mold core. Alternatively, a sandwich-like functional layer sequence having a cathode layer, an electrolyte layer, and an anode layer for forming at least one electrode / electrolyte assembly is disposed on the cavity forming surface of the injection mold, b) inserting an injection mold core into the cavity, c) at least one of the tubular hollow chambers so that gas permeable pores and / or openings can be formed, especially in the section adjacent to the functional layer sequence. Part Injecting at least one component for forming a ceramic support material and / or a glassy support material, d) solidifying the component, in particular an object formed in a tubular hollow chamber, and a functional layer sequence For example, simultaneous sintering at a temperature of 1200 ° C. or lower.

本発明に係る方法の有利な態様によれば、電解質層が、ナノスケールの電解質材料、特にナノスケールの二酸化ジルコニウム、たとえばナノスケールのイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を含有している。   According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the electrolyte layer contains a nanoscale electrolyte material, in particular nanoscale zirconium dioxide, such as nanoscale yttria stabilized zirconia (YSZ).

本発明に係る方法の有利な態様によれば、セラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するための少なくとも一種類の成分が、電気絶縁性のかつ/またはイオン絶縁性のセラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するために規定されている。   According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the at least one component for forming the ceramic support material and / or the glassy support material is an electrically insulating and / or ionic insulating ceramic support. Defined to form body material and / or glassy support material.

本発明に係る方法の有利な態様によれば、カソード層が、機能層列の、射出成形金型コアと反対の側にもしくは機能層列の、射出成形金型のキャビティ形成面と反対の側に配置されているように、機能層列が、射出成形金型コアにまたは射出成形金型のキャビティ形成面に配置されている。   According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the cathode layer is on the side of the functional layer sequence opposite the injection mold core or on the side of the functional layer sequence opposite the cavity forming surface of the injection mold. The functional layer sequence is disposed on the injection mold core or on the cavity forming surface of the injection mold.

本発明に係る方法の有利な態様によれば、射出成形金型コアが、部分的にまたは完全に消失コアとして形成されている。   According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the injection mold core is partly or completely formed as a disappearing core.

本発明に係る方法の有利な態様によれば、射出成形金型コアが、射出成形金型コアベースボディと、該射出成形金型コアベースボディに被せられる除去可能な支持スリーブまたは支持シートとを有していることによって、射出成形金型コアが、部分的に消失コアとして形成されており、機能層列が、たとえばスクリーン印刷、特にロータリスクリーン印刷によって、除去可能な支持スリーブまたは支持シートに被着されているか、または射出成形金型コアが、完全に消失コアとして形成されていて、特に除去可能な射出成形金型コアまたは除去可能な射出成形金型コアスリーブの形で形成されており、機能層列が、たとえば曲面スクリーン印刷によって、除去可能な射出成形金型コアもしくは除去可能な射出成形金型コアスリーブに被着されている。   According to an advantageous aspect of the method according to the invention, the injection mold core comprises an injection mold core base body and a removable support sleeve or support sheet that covers the injection mold core base body. In this way, the injection mold core is partly formed as a disappearing core, and the functional layer sequence is covered on a removable support sleeve or support sheet, for example by screen printing, in particular rotary screen printing. Worn or injection mold core is formed as a completely disappearing core, in particular in the form of a removable injection mold core or a removable injection mold core sleeve; The functional layer sequence is applied to the removable injection mold core or the removable injection mold core sleeve, for example by curved screen printing. There.

本発明に係る方法の有利な態様によれば、除去可能な支持スリーブ、除去可能な支持シート、除去可能な射出成形金型コアスリーブまたは除去可能な射出成形金型コアの除去を少なくとも部分的に機械的に、少なくとも部分的に溶剤内での溶解によってかつ/または少なくとも部分的に分解、蒸発および/または溶融によって行う。   According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the removal of the removable support sleeve, the removable support sheet, the removable injection mold core sleeve or the removable injection mold core is at least partly performed. Mechanically, at least partly by dissolution in a solvent and / or at least partly by decomposition, evaporation and / or melting.

本発明に係る方法の有利な態様によれば、方法ステップc)において、機能層列に隣接していない区分が、ガス密に形成可能であるように、管状の中空室内に、セラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するための少なくとも二種類の成分を射出する。   According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, in method step c), the ceramic support material is placed in a tubular hollow chamber so that the sections not adjacent to the functional layer sequence can be formed gastight. And / or injecting at least two components to form a glassy support material.

本発明に係る方法の有利な態様によれば、管状の中空室が、形成したい管状の支持体の形に少なくともほぼ対応しており、特に管状の中空室が、一端において、形成された円筒型の燃料電池を支持基板に固定するための開放したベース区分を形成するために形成されていて、他端において、閉鎖されたキャップ区分を形成するために形成されているか、または管状の中空室が、両端において、形成された円筒型の燃料電池を支持基板に固定するためのそれぞれ1つの開放したベース区分を形成するために形成されている。   According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the tubular hollow chamber corresponds at least approximately to the shape of the tubular support to be formed, in particular a cylindrical mold in which the tubular hollow chamber is formed at one end. Is formed to form an open base section for securing the fuel cell to the support substrate, and at the other end is formed to form a closed cap section, or a tubular hollow chamber , At both ends, formed to form one open base section each for fixing the formed cylindrical fuel cell to the support substrate.

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る円筒型の燃料電池によれば、該円筒型の燃料電池が、管状の支持体と、少なくとも1つの電極・電解質接合体とを有しており、該電極・電解質接合体が、カソードと、アノードと、カソードとアノードとの間に配置された、特にガス密な電解質とを有しており、少なくとも1つの電極・電解質接合体が、管状の支持体の内面または外面、特に内面に被着されており、管状の支持体が、一種類またはそれ以上の種類のセラミック材料および/またはガラス状材料から形成されており、管状の支持体が、電極・電解質接合体に隣接した1つまたはそれ以上の区分に、ガス透過性の気孔および/または開口を有している。   Furthermore, in order to solve the above-described problems, according to the cylindrical fuel cell according to the present invention, the cylindrical fuel cell includes a tubular support and at least one electrode / electrolyte assembly. The electrode / electrolyte assembly comprises a cathode, an anode, and a particularly gas-tight electrolyte disposed between the cathode and anode, wherein at least one electrode / electrolyte assembly is tubular An inner or outer surface, in particular an inner surface, of the support, the tubular support being formed from one or more types of ceramic and / or glassy materials, the tubular support being One or more sections adjacent to the electrode / electrolyte assembly have gas permeable pores and / or openings.

本発明に係る円筒型の燃料電池の有利な態様によれば、管状の支持体の前記材料が、イオン絶縁性であり、かつ/または電気絶縁性である。   According to an advantageous embodiment of the cylindrical fuel cell according to the invention, the material of the tubular support is ion-insulating and / or electrically insulating.

本発明に係る円筒型の燃料電池の有利な態様によれば、管状の支持体が、一方の管端部においてキャップ区分によって閉鎖されており、該キャップ区分が、ガス密に形成されている。   According to an advantageous embodiment of the cylindrical fuel cell according to the invention, the tubular support is closed by a cap section at one end of the tube, the cap section being gastight.

本発明に係る円筒型の燃料電池の有利な態様によれば、少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソードが、支持体に隣接しており、特にアノードが、管状の支持体の内室に露出されている。   According to an advantageous embodiment of the cylindrical fuel cell according to the invention, the cathode of at least one electrode-electrolyte assembly is adjacent to the support, in particular the anode is exposed in the inner chamber of the tubular support. Has been.

本発明に係る円筒型の燃料電池の有利な態様によれば、少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソードが、導電性のかつガス透過性のカソード材料から形成されており、少なくとも1つの電極・電解質接合体の電解質が、イオン伝導性でガス密なかつ電気絶縁性の電解質材料から形成されており、少なくとも1つの電極・電解質接合体のアノードが、導電性のかつガス透過性のアノード材料から形成されている。   According to an advantageous embodiment of the cylindrical fuel cell according to the invention, the cathode of the at least one electrode-electrolyte assembly is formed from a conductive and gas-permeable cathode material, The electrolyte of the electrolyte assembly is formed from an ion conductive, gas tight and electrically insulating electrolyte material, and the anode of at least one electrode / electrolyte assembly is formed from a conductive and gas permeable anode material. Has been.

本発明に係る円筒型の燃料電池の有利な態様によれば、管状の支持体が、1つまたはそれ以上の多孔質の区分に気孔率20%以上の開気孔を有している。   According to an advantageous embodiment of the cylindrical fuel cell according to the invention, the tubular support has open pores with a porosity of 20% or more in one or more porous sections.

本発明の対象は、特にあとで記載する円筒型の燃料電池を製造するための方法である。この方法は、以下の方法ステップ:すなわち、
a)キャビティを備えた射出成形金型と、キャビティ内に挿入可能な射出成形金型コアとを準備し、キャビティ内への射出成形金型コアの挿入によって、この射出成形金型コアと射出成形金型との間に、特にほぼ管状の中空室が形成可能であり、射出成形金型コアにまたは射出成形金型のキャビティ形成面に、少なくとも1つ、特に多数の電極・電解質接合体を形成するための、カソード層と、電解質層と、アノード層とを有するサンドイッチ状の機能層列が配置されており、
b)キャビティ内に射出成形金型コアを挿入し、
c)特に機能層列に隣接した区分に、ガス透過性の気孔および/または開口が形成可能であるように、管状の中空室にもしくは管状の中空室の少なくとも一部に、セラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するための少なくとも一種類の成分を射出し、
d)この成分を固化する:
を有している。
The subject of the invention is in particular a method for producing a cylindrical fuel cell, which will be described later. This method consists of the following method steps:
a) An injection mold having a cavity and an injection mold core that can be inserted into the cavity are prepared, and the injection mold core and the injection mold are inserted by inserting the injection mold core into the cavity. A generally tubular hollow chamber can be formed between the mold and the mold, and at least one, particularly a large number of electrode / electrolyte assemblies are formed on the injection mold core or on the cavity forming surface of the injection mold. A functional layer array in the form of a sandwich having a cathode layer, an electrolyte layer, and an anode layer is disposed,
b) Insert an injection mold core into the cavity,
c) a ceramic support material in the tubular hollow chamber or in at least part of the tubular hollow chamber, such that gas-permeable pores and / or openings can be formed, particularly in the section adjacent to the functional layer sequence; Injecting at least one component to form a glassy support material;
d) solidify this component:
have.

方法ステップd)では、管状の中空室内に(一種類またはそれ以上の種類の成分から)形成された物体と、サンドイッチ状の機能層列とを、特に物理的にかつ/または化学的に互いに結合することができる。特に方法ステップd)では、管状の中空室内に(一種類またはそれ以上の種類の成分から)形成された物体と、機能層列とを(同時に)焼結することができるかもしくは同時焼結することができる。一種類またはそれ以上の種類の成分は、特にセラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成することができる。したがって、管状の中空室内に形成された物体は、特に固化後もしくは焼結後、支持体と呼ぶこともできる。   In method step d), an object formed from a tubular hollow chamber (from one or more types of components) and a sandwich-like functional layer sequence are bonded together, in particular physically and / or chemically. can do. In particular, in step d), the object formed in the tubular hollow chamber (from one or more components) and the functional layer sequence can be (simultaneously) sintered or co-sintered. be able to. One or more types of components can form in particular a ceramic support material and / or a glassy support material. Therefore, an object formed in a tubular hollow chamber can also be called a support, in particular after solidification or sintering.

物体(支持体)によって、有利には、電極・電解質接合体を極めて薄膜の機能層セットとして形成することが可能となる。電解質は、もはや約15μmの層厚さしか有していないほどにさえ薄膜に形成することができる。これによって、有利には、運転温度を少なくとも750℃に低下させることができ、燃料電池の出力性能を向上させることができる。さらに、薄膜の構成によって、材料コストを節約することができる。さらに、運転温度の低下は、より僅かな温度安定性を有するより有利な材料を使用することもできるという利点を有している。これによって、材料コストをさらに減少させることができる。   The object (support) advantageously makes it possible to form the electrode / electrolyte assembly as a very thin functional layer set. The electrolyte can be formed into a thin film even so that it no longer has a layer thickness of about 15 μm. This advantageously reduces the operating temperature to at least 750 ° C. and improves the output performance of the fuel cell. Furthermore, material costs can be saved by the configuration of the thin film. Furthermore, the reduction in operating temperature has the advantage that more advantageous materials with less temperature stability can also be used. Thereby, the material cost can be further reduced.

本発明に係る方法によって、セラミックス製のかつ/またはガラス状の物体(支持体)を、有利には特に簡単にかつ廉価に製造することができる。   By means of the method according to the invention, ceramic and / or glass-like objects (supports) can advantageously be produced particularly simply and inexpensively.

さらに、本発明に係る方法では、有利には、複数回の焼結ステップを省略することができ、管状の中空室内に形成された物体と、機能層列とを、1回の共通の焼結ステップ(同時焼結、同時焼成ステップ)で1つの管状の支持体および1つまたはそれ以上の電極・電解質接合体に変換することができる。焼結ステップにはコストがかかるので、このような同時焼結によって製造コストを著しく削減することができる。   Furthermore, in the method according to the invention, it is possible advantageously to omit the multiple sintering steps, the object formed in the tubular hollow chamber and the functional layer sequence from one common sintering. The steps (co-sintering, co-firing steps) can be converted into one tubular support and one or more electrode-electrolyte assemblies. Since the sintering step is costly, manufacturing costs can be significantly reduced by such simultaneous sintering.

更なる利点は、機能層列ひいては電極セット全体を燃焼ガス室内で、たとえば管状の物体(支持体)の内面に配置することができることにある。このことは、電流導出線路および/またはアノードをより容易に金属製の導体によって実現することができるという利点を有している。たとえば卑金属およびその合金、たとえばニッケルおよびニッケル合金は、アノード材料および/または、特にアノードとカソードとを電気的に接続するための電気的な線路に用いられる材料として使用することができる。なお、卑金属およびその合金は、還元性の雰囲気、たとえば燃焼ガス雰囲気下で高い温度でも高い化学的な安定性を有していることができる。さもないと、このことは、特に酸化性の雰囲気下で高価な貴金属、たとえば白金によってしか達成することができない。こうして、有利には材料・製造コストを減少させることができる。   A further advantage is that the functional layer sequence and thus the entire electrode set can be arranged in the combustion gas chamber, for example on the inner surface of a tubular object (support). This has the advantage that the current lead-out line and / or the anode can be realized more easily by a metal conductor. For example, base metals and their alloys, such as nickel and nickel alloys, can be used as anode materials and / or materials used in electrical lines, particularly for electrically connecting the anode and cathode. The base metal and its alloy can have high chemical stability even at a high temperature in a reducing atmosphere, for example, a combustion gas atmosphere. Otherwise, this can only be achieved with expensive noble metals such as platinum, particularly in an oxidizing atmosphere. In this way, material and manufacturing costs can be advantageously reduced.

さらに、機能層列は、有利には印刷法によって、特に多種多様に形成することができ、たとえばカソード層、電解質層およびアノード層のほかに、さらに別の機能的な範囲、たとえば電流導出器を形成するための範囲、2つまたはそれ以上の電極・電解質接合体を相互接続するための電気的なインタコネクタおよび/または個々の範囲を電気的にかつ/またはイオン的に絶縁するための範囲を有していてよい。   Furthermore, the functional layer sequence can be formed in a particularly wide variety, preferably by printing methods, for example in addition to the cathode layer, the electrolyte layer and the anode layer, further functional ranges such as a current deriving device. A range for forming, an electrical interconnector for interconnecting two or more electrode-electrolyte assemblies and / or a range for electrically and / or ionic isolation of individual ranges. You may have.

円筒型の燃料電池は平板型の燃料電池に比べて、ガス室を、有利には著しく簡単に互いに分離することができるという利点を有している。なぜならば、高温範囲内でシール部材を省略することができるからである。   Cylindrical fuel cells have the advantage that gas chambers can advantageously be separated from one another, in an extremely simple manner, compared to flat plate fuel cells. This is because the seal member can be omitted within the high temperature range.

管状の物体(支持体)もしくは室とは、特に基本的にほぼ円い、たとえば円形のまたは卵形線状(楕円形)の底面だけでなく、多角形の底面も有していてよいほぼ中空円筒状の物体もしくは室を意味している。特に管状の物体もしくは室は円形の底面を有することができる。   Tubular objects (supports) or chambers are in particular essentially round, for example substantially hollow, which may have not only a circular or oval-shaped (elliptical) bottom but also a polygonal bottom. Means a cylindrical object or chamber. In particular, a tubular object or chamber can have a circular bottom.

セラミック材料とは、特に非金属性の無機材料を意味している。セラミック材料は、少なくとも部分的に結晶質である。   Ceramic material means in particular non-metallic inorganic materials. The ceramic material is at least partially crystalline.

「非金属性」とは、材料が、特に金属結合に基づく金属特性を有していないことを意味している。したがって、「非金属性」という概念は、材料が金属化合物、たとえば金属酸化物および/または金属ケイ酸塩、たとえばケイ酸マグネシウム、酸化ジルコニウムおよび/または酸化アルミニウムを含んでいてよいことを排除するものではない。   “Nonmetallic” means that the material does not have metallic properties, especially based on metallic bonds. Thus, the concept of “non-metallic” excludes that the material may contain metal compounds such as metal oxides and / or metal silicates such as magnesium silicate, zirconium oxide and / or aluminum oxide. is not.

ガラス状材料とは、非晶質のもしくは非結晶質の非金属性の無機材料を意味している。   By vitreous material is meant an amorphous or non-crystalline non-metallic inorganic material.

「セラミック(材料)および/またはガラス状(材料)」という概念は、特に部分的に結晶質でありかつ部分的に非晶質もしくはガラス状であって、たとえば、いわゆる「ガラス相」を有している混合形態、たとえば非金属性の無機材料が含まれていてもよいことを意味している。   The concept of “ceramic (material) and / or glassy (material)” is in particular partly crystalline and partly amorphous or glassy, for example having a so-called “glass phase”. It means that a mixed form such as a non-metallic inorganic material may be included.

支持体材料は、特に不活性であってよい。ここで、「不活性」とは、材料が電極または電解質として働かないことを意味している。その際、燃料電池は、不活性支持体式の燃料電池と呼ぶことができる。   The support material may be particularly inert. Here, “inert” means that the material does not act as an electrode or electrolyte. In this case, the fuel cell can be called an inert support type fuel cell.

方法ステップc)において、形成される管状の物体へのガス透過性の気孔および/または開口の形成は、たとえば少なくとも一種類の成分への少なくとも一種類の気孔形成剤の添加、出発粉末への双峰分布のまたは多峰分布の粒径の使用または射出成形金型に設けられた張り出した構造化部によって行うことができる。有利には、方法ステップc)において、気孔形成剤含有の成分が、機能層列を覆うように射出される。   In method step c), the formation of gas permeable pores and / or openings in the tubular body to be formed can be achieved, for example, by adding at least one pore former to at least one component, twinning to the starting powder. This can be done by the use of a ridge distribution or a multimodal distribution of particle sizes or by an overhanging structured part provided in the injection mold. Advantageously, in method step c), the pore former-containing component is injected so as to cover the functional layer sequence.

気孔形成剤として、熱処理、たとえば焼結の間に分解、蒸発かつ/または溶出される化合物を使用することができる。気孔形成剤として、たとえば有機気孔形成剤が適している。この有機気孔形成剤は、熱処理の間、たとえば射出成形による形状付与後に完全燃焼され、たとえば浸透中空室をあとに残すことができる。   As pore former, compounds that decompose, evaporate and / or elute during heat treatment, eg sintering, can be used. As the pore-forming agent, for example, an organic pore-forming agent is suitable. This organic pore-forming agent is completely burned during heat treatment, for example after shaping by injection molding, and can leave behind, for example, a permeation hollow chamber.

本発明に係る方法の1つの態様の範囲内では、電解質層が、ナノスケールの電解質材料、特にナノスケールの二酸化ジルコニウム、たとえばナノスケールのイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を含有している。   Within the scope of one embodiment of the method according to the invention, the electrolyte layer contains a nanoscale electrolyte material, in particular nanoscale zirconium dioxide, such as nanoscale yttria stabilized zirconia (YSZ).

「ナノスケールの材料」とは、特に少なくとも一空間方向において1μm未満、たとえば100nm未満の平均的な粒子サイズを有する材料を意味している。   “Nanoscale material” means a material having an average particle size of less than 1 μm, for example less than 100 nm, in particular in at least one spatial direction.

さらに、ナノスケールの電解質材料の使用によって、有利には1200℃を下回る温度でガス密な電解質層を形成することができる。   Furthermore, the use of a nanoscale electrolyte material can form a gas tight electrolyte layer, advantageously at temperatures below 1200 ° C.

本発明に係る方法の1つの別の態様の範囲内では、セラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するための少なくとも一種類の成分が、特に電気絶縁性のかつ/またはイオン絶縁性のセラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料、たとえば電気絶縁性のかつイオン絶縁性のセラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するために規定されている。   Within the scope of one further embodiment of the method according to the invention, the at least one component for forming the ceramic support material and / or the glassy support material is in particular electrically insulating and / or ionic insulating. For forming an electrically conductive ceramic support material and / or a glassy support material, for example an electrically insulating and ionic insulating ceramic support material and / or a glassy support material.

本発明に係る方法の1つの別の態様の範囲内では、カソード層が、機能層列の、射出成形金型コアと反対の側にもしくは機能層列の、射出成形金型のキャビティ形成面と反対の側に配置されているように、機能層列が、射出成形金型コアにまたは射出成形金型のキャビティ形成面に配置されている。   Within the scope of one further aspect of the method according to the invention, the cathode layer is a cavity-forming surface of the injection mold, on the side of the functional layer sequence opposite to the injection mold core or of the functional layer sequence. As arranged on the opposite side, the functional layer sequence is arranged on the injection mold core or on the cavity forming surface of the injection mold.

射出成形金型コアは、ほぼ回転対称的に、たとえばほぼ円筒状にまたは場合により中空円筒状に形成することができる。   The injection mold core can be formed substantially rotationally symmetric, for example substantially cylindrical or possibly hollow cylindrical.

本発明に係る方法の1つの別の態様の範囲内では、射出成形金型コアが、部分的にまたは完全に消失コアとして形成されている。   Within one further aspect of the method according to the invention, the injection mold core is partly or completely formed as a disappearing core.

「消失コア」もしくは「消失型」とは、特に製造プロセスの間に破壊によって除去されるので、再び使用することができない射出成形金型コアもしくは成形型を意味している。   “Disappearing core” or “disappearing mold” means an injection mold core or mold that cannot be used again, especially because it is removed by destruction during the manufacturing process.

本発明に係る方法の1つの別の態様の範囲内では、射出成形金型コアが、射出成形金型コアベースボディと、この射出成形金型コアベースボディに被せることができる除去可能な支持スリーブまたは支持シートとを有していることによって、射出成形金型コアが、部分的に消失コアとして形成されており、機能層列が、たとえばスクリーン印刷、特に曲面スクリーン印刷によって、除去可能な支持スリーブまたは支持シートに被着されている。   Within the scope of one further aspect of the method according to the invention, an injection mold core core is provided with an injection mold core base body and a removable support sleeve which can be placed over the injection mold core base body. Alternatively, by having a support sheet, the injection mold core is partially formed as a disappearing core, and the functional layer sequence can be removed by, for example, screen printing, in particular curved screen printing. Or it is attached to the support sheet.

これに対して択一的には、射出成形金型コアが、完全に消失コアとして形成されていて、特に除去可能な射出成形金型コアまたは除去可能な射出成形金型コアスリーブの形で形成されており、機能層列が、たとえば曲面スクリーン印刷によって、除去可能な射出成形金型コアもしくは除去可能な射出成形金型コアスリーブに被着されている。   Alternatively, the injection mold core is formed as a completely extinguished core, especially in the form of a removable injection mold core or a removable injection mold core sleeve. The functional layer sequence is applied to the removable injection mold core or the removable injection mold core sleeve by, for example, curved screen printing.

これに類似して、たとえば射出成形金型のキャビティ形成面への除去可能な支持シートまたは支持スリーブの被着によって、射出成形金型が、少なくとも部分的に消失型として形成されていてもよい。   Analogously to this, the injection mold may be formed at least partly as a disappearing mold, for example by applying a removable support sheet or support sleeve to the cavity forming surface of the injection mold.

射出成形金型コアは、完全に消失コアとして、特に除去可能な射出成形金型コアまたは除去可能な射出成形金型コアスリーブの形で形成されていてよい。機能層列は、たとえば曲面スクリーン印刷によって、除去可能な射出成形金型コアもしくは除去可能な射出成形金型コアスリーブに被着されている。   The injection mold core may be formed as a completely disappearing core, in particular in the form of a removable injection mold core or a removable injection mold core sleeve. The functional layer sequence is attached to the removable injection mold core or the removable injection mold core sleeve by, for example, curved screen printing.

本発明に係る方法の1つの別の態様の範囲内では、除去可能な支持スリーブ、除去可能な支持シート、除去可能な射出成形金型コアスリーブまたは除去可能な射出成形金型コアの除去が、少なくとも部分的に機械的に、少なくとも部分的に溶剤内での溶解によってかつ/または少なくとも部分的に分解、蒸発および/または溶融によって行われる。   Within one alternative aspect of the method according to the invention, removal of the removable support sleeve, the removable support sheet, the removable injection mold core sleeve or the removable injection mold core, It is carried out at least partly mechanically, at least partly by dissolution in a solvent and / or at least partly by decomposition, evaporation and / or melting.

支持スリーブもしくは射出成形金型コアスリーブおよび場合により射出成形金型コアは、特に有利には、スリーブもしくは射出成形金型コアが、除去の間、たとえば引出し時に押し潰されることによって機械的に除去することができる。このためには、有利には、支持スリーブもしくは射出成形金型コアスリーブもしくは射出成形金型コアが、プラスチック材料から形成されている。このような成形体は、有利には、特に廉価に、たとえば射出成形部材として製造することができ、したがって、消失コアとしての使用のために特に適している。   The support sleeve or injection mold core sleeve and optionally the injection mold core are particularly advantageously removed mechanically during removal, for example by being crushed during withdrawal. be able to. For this purpose, the support sleeve or the injection mold core sleeve or the injection mold core is advantageously formed from a plastic material. Such shaped bodies can advantageously be produced particularly inexpensively, for example as injection-molded parts and are therefore particularly suitable for use as a vanishing core.

支持シートは、有利には引剥しによって容易に機械的に除去することができる。   The support sheet can advantageously be easily removed mechanically by peeling.

除去可能な支持スリーブ、除去可能な支持シート、除去可能な射出成形金型コアスリーブまたは除去可能な射出成形金型コアを少なくとも部分的に、場合により完全にさえ溶剤内での溶解によって除去するためには、除去可能な要素が、たとえば可溶性の、特に水溶性のポリマ、たとえばセルロースまたはメチルセルロースから形成されていてもよいし、アクリル酸、マレイン酸、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾールまたはポリビニルアルコールをベースとしたポリマから形成されていてもよい。たとえば射出成形金型コアの機械的な除去前にアッセンブリを溶剤、たとえば水に入れて、射出成形金型コアと機能層列との間のポリマを溶解することができる。   To remove the removable support sleeve, the removable support sheet, the removable injection mold core sleeve or the removable injection mold core at least in part, and even completely, by dissolution in a solvent For example, the removable element may be formed, for example, from a soluble, in particular water-soluble polymer, such as cellulose or methylcellulose, and based on acrylic acid, maleic acid, vinyl pyrrolidone, vinyl imidazole or polyvinyl alcohol It may be formed from a polymer. For example, the assembly can be placed in a solvent, such as water, prior to mechanical removal of the injection mold core to dissolve the polymer between the injection mold core and the functional layer sequence.

除去可能な支持スリーブ、除去可能な支持シート、除去可能な射出成形金型コアスリーブまたは除去可能な射出成形金型コアを分解によって除去するためには、除去可能な要素が、温度上昇時、たとえば焼結時に分解、蒸発および/または溶融によって、有利には残滓なしに除去することができる材料から形成されていてよい。   In order to remove the removable support sleeve, the removable support sheet, the removable injection mold core sleeve or the removable injection mold core by disassembly, the removable element can be used at elevated temperatures, for example It may be formed from a material that can be removed by decomposition, evaporation and / or melting during sintering, advantageously without residue.

有利には、除去可能なシート状の支持スリーブまたは除去可能な支持シートが使用される。有利には、機能層列を、特に簡単に1つのシートに被着、特に印刷することができる。さらに、シート材料に対する材料コストは、中実の消失射出成形金型コアに比べて僅かである。機能層を、たとえば曲面スクリーン印刷によって除去可能なシート状の支持スリーブに被着するだけでなく、たとえば平面印刷法によって除去可能な平板状の支持シートに被着することも可能である。場合により、次いで、この除去可能な平板状の支持シートから、除去可能なシート状の支持スリーブを形成することができる。射出成形金型コアもしくは射出成形金型に面した側では、支持スリーブもしくは支持シートが、特に少ない静摩擦を有しており、これによって、機械的な除去を容易に行うことができる。   Advantageously, a removable sheet-like support sleeve or a removable support sheet is used. Advantageously, the functional layer sequence can be applied, in particular printed, on a sheet in a particularly simple manner. Furthermore, the material cost for the sheet material is small compared to a solid disappearance injection mold core. The functional layer can be applied not only to a sheet-like support sleeve that can be removed by, for example, curved screen printing, but also to a flat support sheet that can be removed by, for example, planar printing. In some cases, a removable sheet-like support sleeve can then be formed from this removable flat support sheet. On the side facing the injection mold core or the injection mold, the support sleeve or the support sheet has a particularly low static friction, whereby mechanical removal can be easily performed.

本発明に係る方法の1つの別の態様の範囲内では、方法ステップc)において、機能層列に隣接していない1つもしくはそれ以上の区分が、ガス密に形成可能であるように、管状の中空室内に、セラミック支持体材料および/またはガラス状支持体材料を形成するための少なくとも二種類の成分が射出される。特に機能層列に隣接した区分には、ガス透過性の気孔および/または開口が形成可能である。   Within the scope of one further aspect of the method according to the invention, in method step c), one or more sections that are not adjacent to the functional layer sequence can be formed gastight. At least two components for forming a ceramic support material and / or a glassy support material are injected into the hollow chamber. In particular, gas-permeable pores and / or openings can be formed in the section adjacent to the functional layer sequence.

方法ステップd)は、特に1回またはそれ以上の回数の下位方法ステップを有していてよい。たとえば、方法ステップd)は、
−1回またはそれ以上の回数の冷却ステップ、たとえば少なくとも一種類の装入された成分の、温度に起因した固化によって圧粉体を形成するための冷却、
−たとえば特に圧粉体の部分的なまたは完全な脱脂および/または仮焼および/または焼結もしくはセラミックス化および/またはアニーリングのためのそれぞれ異なる温度での1回またはそれ以上の回数の熱処理、
−たとえば部分的なまたは完全な脱脂のための溶剤による1回またはそれ以上の回数の処理、および/または
−1回またはそれ以上の回数の工程処理ステップ、たとえば射出成形金型からの形成された管状の物体の取出しおよび/または形成された管状の物体からの射出成形金型コアの取出し、
から選択された1回またはそれ以上の回数の下位方法ステップを有していてよい。
Method step d) may in particular have one or more sub-method steps. For example, method step d)
-Cooling to form a green compact by temperature-induced solidification of at least one charged component, for example one or more cooling steps,
One or more heat treatments at different temperatures, for example in particular for partial or complete degreasing and / or calcination and / or sintering or ceramization and / or annealing of the green compact,
-For example one or more treatments with a solvent for partial or complete degreasing and / or -1 or more process treatment steps, eg formed from injection molds Removal of the tubular object and / or removal of the injection mold core from the formed tubular object;
There may be one or more sub-method steps selected from

特に方法ステップd)は、管状の中空室内に(一種類またはそれ以上の種類の成分から)形成された物体と、機能層列との焼結もしくは同時焼結を有していてよい。この焼結もしくは同時焼結は、特に1200℃以下の温度で行うことができる。   In particular, method step d) may comprise the sintering or co-sintering of an object formed in a tubular hollow chamber (from one or more types of components) and a functional layer sequence. This sintering or simultaneous sintering can be performed at a temperature of 1200 ° C. or less.

「脱脂」という概念は、本願の意味では、有機バインダの除去に加えて、別の有機化合物、たとえば気孔形成剤、軟化剤等の除去も含んでいる。   In the meaning of the present application, the concept of “degreasing” includes the removal of other organic compounds such as pore formers, softeners, etc., in addition to the removal of the organic binder.

たとえば、まず、一種類もしくはそれ以上の種類の成分を溶解法によって部分脱脂し、次いで、たとえば100℃以上300℃以下の範囲内の低い温度での熱処理によって引き続き脱脂することができる。その後、たとえば250℃以上600℃以下の範囲内の中程度の温度での熱処理によって、少なくとも一種類の気孔形成剤および/または支持スリーブ、支持シート、成形コアスリーブもしくは成形コアを、特に分解、蒸発および/または溶融によって除去することができる。最後、機能層列を備えて形成された管状の物体を、たとえば1000℃以上1200℃以下の範囲内の温度で焼結することができる。   For example, first, one or more kinds of components can be partially degreased by a dissolution method, and then degreased by a heat treatment at a low temperature within a range of, for example, 100 ° C. or more and 300 ° C. or less. Thereafter, at least one type of pore-forming agent and / or support sleeve, support sheet, molded core sleeve or molded core, in particular, decomposes and evaporates, for example, by heat treatment at a moderate temperature in the range of 250 ° C. to 600 ° C. And / or can be removed by melting. Finally, the tubular object formed with the functional layer sequence can be sintered, for example, at a temperature in the range of 1000 ° C. to 1200 ° C.

有利には、焼結は、機能層列を備えて形成された管状の物体を射出成形金型から離型した後に行われる。   Advantageously, the sintering is performed after releasing the tubular object formed with the functional layer sequence from the injection mold.

本発明に係る1つの別の態様の範囲内では、管状の中空室が、形成したい管状の支持体の形に少なくともほぼ対応しており、特に管状の中空室が、一端において、形成された円筒型の燃料電池を支持基板に固定するための開放したベース区分を形成するために形成されていて、他端において、閉鎖されたキャップ区分を形成するために形成されていることが提案されている(片側閉鎖円筒体)。   Within the scope of one further aspect of the invention, the tubular hollow chamber corresponds at least approximately to the shape of the tubular support to be formed, in particular a cylinder in which the tubular hollow chamber is formed at one end. It has been proposed to form an open base section for securing a fuel cell of the type to a support substrate and at the other end to form a closed cap section (One side closed cylinder).

これに対して択一的には、管状の中空室が、両端において、形成された円筒型の燃料電池を支持基板に固定するためのそれぞれ1つの開放したベース区分を形成するために形成されていてよい(両側開放円筒体)。   As an alternative to this, a tubular hollow chamber is formed at each end to form one open base section for fixing the formed cylindrical fuel cell to the support substrate. Yes (both sides open cylinder).

なお、更なる利点および特徴については、本発明に係る燃料電池、本発明に係る燃料電池システム、本発明に係るコージェネレーション設備もしくは本発明に係る車両に関連した詳細な説明、図面および図面の説明に詳しく記載してある。   For further advantages and features, the fuel cell according to the present invention, the fuel cell system according to the present invention, the cogeneration facility according to the present invention or the detailed description related to the vehicle according to the present invention, the drawings and the description of the drawings. Are described in detail.

本発明の更なる対象は、本発明により製造された燃料電池である。   A further subject matter of the invention is a fuel cell produced according to the invention.

本発明の更なる対象は、たとえば本発明に係る方法によって製造された円筒型の燃料電池である。この円筒側の燃料電池は、管状の支持体と、少なくとも1つの電極・電解質接合体とを有しており、この電極・電解質接合体が、カソードと、アノードと、カソードとアノードとの間に配置された、特にガス密な電解質とを有しており、少なくとも1つの電極・電解質接合体が、管状の支持体の内面または外面、特に内面に被着されている。本発明によれば、管状の支持体が、一種類またはそれ以上の種類のセラミック材料および/またはガラス状材料から形成されていて、電極・電解質接合体に隣接した1つまたはそれ以上の区分に、ガス透過性の気孔および/または開口を有している。   A further subject matter of the invention is, for example, a cylindrical fuel cell manufactured by the method according to the invention. The fuel cell on the cylinder side has a tubular support and at least one electrode / electrolyte assembly, and the electrode / electrolyte assembly is interposed between the cathode, the anode, and the cathode and anode. And at least one electrode / electrolyte assembly is applied to the inner or outer surface of the tubular support, in particular the inner surface. According to the present invention, the tubular support is formed from one or more types of ceramic materials and / or glassy materials and is divided into one or more sections adjacent to the electrode-electrolyte assembly. , Gas permeable pores and / or openings.

管状の支持体は、一方の管端部で開放していて、他方の管端部で閉鎖されていてもよいし、両方の管端部で開放して形成されていてもよい。特に管状の支持体は、一方の管端部で開放していて、他方の管端部で、特にキャップ区分によって閉鎖されて形成されていてよい。   The tubular support may be open at one tube end and closed at the other tube end, or may be formed open at both tube ends. In particular, the tubular support may be formed open at one tube end and closed at the other tube end, in particular by a cap section.

1つの更なる態様の範囲内では、支持体の材料が、イオン絶縁性であり、かつ/または電気絶縁性であり、たとえばイオン絶縁性であると共に電気絶縁性である。   Within one further aspect, the support material is ionic insulating and / or electrically insulating, for example ionic insulating and electrically insulating.

電極・電解質接合体を備えていない1つまたはそれ以上の区分では、管状の支持体を、特にガス密に形成することができる。   In one or more sections that do not include an electrode-electrolyte assembly, the tubular support can be formed in a particularly gastight manner.

管状の支持体は、少なくとも一方の開放した管端部に、円筒型の燃料電池を支持基板に固定するためのベース区分を有していてよい。このベース区分は、特にガス密に形成されていてよい。   The tubular support may have a base section for fixing the cylindrical fuel cell to the support substrate at at least one open tube end. This base section may in particular be formed gas tight.

両方の管端部で開放した管状の支持体の態様では、この管状の支持体が、それぞれ両方の管端部にベース区分を有することができる。こうして、燃料電池を両ベース区分を介して、たとえば1つの支持基板、特に2つの支持基板に固定することができる。   In the embodiment of a tubular support open at both tube ends, the tubular support can have a base section at each of both tube ends. In this way, the fuel cell can be fixed, for example, to one support substrate, in particular to two support substrates, via both base sections.

一方の管端部で開放しかつ他方の管端部で閉鎖された管状の支持体の態様では、この管状の支持体が、開放した管端部に、円筒型の燃料電池を支持基板に固定するためのベース区分を有することができ、閉鎖された管端部でキャップ区分によって閉鎖することができる。   In the case of a tubular support that is open at one tube end and closed at the other tube end, the tubular support fixes the cylindrical fuel cell to the support substrate at the open tube end. Can have a base section for closing and can be closed by a cap section at the closed tube end.

1つの更なる態様の範囲内では、管状の支持体が、一方の管端部でキャップ区分によって閉鎖されている。このキャップ区分は、特にガス密に形成することができる。   Within one further aspect, the tubular support is closed by a cap section at one tube end. This cap section can be formed particularly gas tight.

1つの更なる態様の範囲内では、少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソードが、支持体に隣接している。アノードは、特に管状の支持体の内室に露出されていてよい。特に全ての電極・電解質接合体のカソードが支持体に隣接することができる。   Within one further aspect, the cathode of at least one electrode-electrolyte assembly is adjacent to the support. The anode may in particular be exposed in the inner chamber of the tubular support. In particular, the cathode of all electrode / electrolyte assemblies can be adjacent to the support.

この態様は、特に円筒型の燃料電池、特に管状の支持体の外側に空気が供給され、円筒型の燃料電池、特に管状の支持体の内側に燃焼ガス、たとえば水素または天然ガス、たとえば地下天然ガス、バイオガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガスまたはこれらのガスのうちの少なくとも1つを含有したガス混合物が供給される運転に適している。   In this embodiment, air is supplied to the outside of a cylindrical fuel cell, in particular a tubular support, and combustion gas, for example hydrogen or natural gas, for example underground natural, is provided inside the cylindrical fuel cell, in particular a tubular support. Suitable for operation in which gas, biogas, methane gas, ethane gas, propane gas, butane gas or a gas mixture containing at least one of these gases is supplied.

しかし、基本的には、少なくとも1つの電極・電解質接合体のアノードが支持体に隣接しており、特にカソードが、管状の支持体の内室に露出されていることも可能である。この態様は、特に円筒型の燃料電池、特に管状の支持体の外側に燃焼ガスが供給され、円筒型の燃料電池、特に管状の支持体の内側に空気が供給される運転に適している。   Basically, however, it is also possible that the anode of at least one electrode-electrolyte assembly is adjacent to the support, in particular the cathode is exposed in the inner chamber of the tubular support. This aspect is particularly suitable for an operation in which combustion gas is supplied to the outside of a cylindrical fuel cell, particularly a tubular support, and air is supplied to the inside of a cylindrical fuel cell, particularly a tubular support.

前者の態様は、卑金属、たとえばニッケルをアノード材料および/または電気的な線路に用いられる材料として使用することができるという利点を有している。なぜならば、アノード材料もしくは電気的な線路が、還元性の雰囲気、たとえば燃焼ガス雰囲気下で使用され、高い温度でも高い化学的な安定性を有していることができるからである。さもないと、この安定性は、特に酸化性の雰囲気下で高価な貴金属、たとえば白金によってしか達成することができない。   The former embodiment has the advantage that a base metal, such as nickel, can be used as the anode material and / or the material used for the electrical lines. This is because the anode material or electrical line is used in a reducing atmosphere, such as a combustion gas atmosphere, and can have high chemical stability even at high temperatures. Otherwise, this stability can only be achieved with expensive noble metals such as platinum, particularly in an oxidizing atmosphere.

1つの別の態様の範囲内では、少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソードが、導電性のかつガス透過性のカソード材料から形成されており、少なくとも1つの電極・電解質接合体の電解質が、イオン伝導性でガス密なかつ電気絶縁性の電解質材料から形成されており、少なくとも1つの電極・電解質接合体のアノードが、導電性のかつガス透過性のアノード材料から形成されている。   Within one alternative embodiment, the cathode of at least one electrode-electrolyte assembly is formed from a conductive and gas permeable cathode material, and the electrolyte of at least one electrode-electrolyte assembly comprises: The anode of the at least one electrode / electrolyte assembly is formed from a conductive and gas permeable anode material, which is formed from an ion conductive, gas tight and electrically insulating electrolyte material.

少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソードは、たとえば少なくとも一種類のカソード材料を含有していてもよいし、少なくとも一種類のカソード材料から形成されていてもよい。このカソード材料は、ランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物(LSM)、スカンジウムドーピングされたランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物(LSSM)、ランタン・ストロンチウム・コバルト・フェライト(LSCF)、ランタン・ニッケル・フェライト(LNF)およびこれらの組合せから成るグループから選択されている。特に少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソードは、導電性のかつガス透過性のもしくは多孔質のカソード材料から形成することができる。さらに、カソード材料はイオン伝導性であってよく、これによって、反応ゾーンが増大させられる。特に燃料電池の全ての電極・電解質接合体が、このようなカソード材料を含有していてもよいし、このようなカソード材料から形成されていてもよい。   The cathode of at least one electrode / electrolyte assembly may contain, for example, at least one kind of cathode material, or may be formed from at least one kind of cathode material. This cathode material is lanthanum, strontium, manganese oxide (LSM), scandium doped lanthanum, strontium, manganese oxide (LSSM), lanthanum, strontium, cobalt, ferrite (LSCF), lanthanum, nickel, ferrite (LNF) And a group consisting of combinations thereof. In particular, the cathode of at least one electrode-electrolyte assembly can be formed from a conductive and gas permeable or porous cathode material. In addition, the cathode material may be ionically conductive, thereby increasing the reaction zone. In particular, all electrode / electrolyte assemblies of the fuel cell may contain such a cathode material, or may be formed from such a cathode material.

少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソードは、たとえば、150μm以下、たとえば120μm以下のカソード層厚さを有していてよい。特に燃料電池の全ての電極・電解質接合体のカソードが、このようなカソード層厚さを有していてよい。   The cathode of the at least one electrode / electrolyte assembly may have a cathode layer thickness of, for example, 150 μm or less, for example 120 μm or less. In particular, the cathodes of all electrode / electrolyte assemblies of the fuel cell may have such a cathode layer thickness.

少なくとも1つの電極・電解質接合体のアノードは、たとえば少なくとも一種類のアノード材料を含有していてもよいし、少なくとも一種類のアノード材料から形成されていてもよい。このアノード材料は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとを含有したサーメット(Ni/YSZ)、チタン酸塩、一例としてマンガンドーピングされたチタン酸塩、たとえばランタン・ストロンチウム・チタン酸塩(Sr1−XLaTiO)、アルミン酸塩、たとえばマンガンおよび/またはランタンおよび/またはストロンチウムを含有したアルミン酸塩((La,Sr)(Al,Mn)O)およびこれらの組合せから成るグループから選択されている。特に少なくとも1つの電極・電解質接合体のアノードは、導電性のかつガス透過性のもしくは多孔質のアノード材料から形成することができる。場合により、アノード材料は、さらに、イオン伝導性であってよく、これによって、反応ゾーンが増大させられる。特に燃料電池の全ての電極・電解質接合体が、このようなアノード材料を含有していてもよいし、このようなアノード材料から形成されていてもよい。 The anode of at least one electrode / electrolyte assembly may contain, for example, at least one kind of anode material, or may be formed from at least one kind of anode material. The anode material is a cermet containing nickel and yttria stabilized zirconia (Ni / YSZ), titanate, for example manganese doped titanate, such as lanthanum strontium titanate (Sr 1-X La X TiO 3 ), aluminates such as manganese and / or lanthanum and / or strontium-containing aluminates ((La, Sr) (Al, Mn) O 3 ) and combinations thereof Yes. In particular, the anode of at least one electrode-electrolyte assembly can be formed from a conductive and gas permeable or porous anode material. In some cases, the anode material may be further ionically conductive, thereby increasing the reaction zone. In particular, all electrode / electrolyte assemblies of the fuel cell may contain such an anode material or may be formed from such an anode material.

少なくとも1つの電極・電解質接合体のアノードは、たとえば、100μm以下、たとえば50μm以下のアノード層厚さを有していてよい。特に燃料電池の全ての電極・電解質接合体のアノードが、このようなアノード層厚さを有していてよい。   The anode of the at least one electrode-electrolyte assembly may have an anode layer thickness of, for example, 100 μm or less, for example 50 μm or less. In particular, the anodes of all electrode / electrolyte assemblies of the fuel cell may have such an anode layer thickness.

少なくとも1つの電極・電解質接合体の電解質は、少なくとも一種類の材料を含有していてもよいし、少なくとも一種類の材料から形成されていてもよい。この材料は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化セリウム(CeO)およびこれらの組合せから成るグループから選択されている。少なくとも1つの電極・電解質接合体の電解質は、特にイオン伝導性でガス密なかつ電気絶縁性の電極材料から形成することができる。特に燃料電池の全ての電極・電解質接合体の電解質が、このような電解質材料を含有していてもよいし、このような電解質材料から形成されていてもよい。 The electrolyte of at least one electrode / electrolyte assembly may contain at least one kind of material or may be formed from at least one kind of material. This material is selected from the group consisting of yttria stabilized zirconia (YSZ), cerium oxide (CeO 2 ), and combinations thereof. The electrolyte of the at least one electrode-electrolyte assembly can be formed in particular from an ion-conductive, gas-tight and electrically insulating electrode material. In particular, the electrolyte of all electrode / electrolyte assemblies of the fuel cell may contain such an electrolyte material, or may be formed from such an electrolyte material.

少なくとも1つの電極・電解質接合体の電解質は、たとえば50μm以下、たとえば45μm以下または40μm以下または35μm以下または30μm以下または25μm以下または20μm以下、たとえば約15μmの層厚さを有することができる。特に燃料電池の全ての電極・電解質接合体の電解質が、このような電解質層厚さを有していてよい。   The electrolyte of the at least one electrode-electrolyte assembly can have a layer thickness of, for example, 50 μm or less, such as 45 μm or less, or 40 μm or less, or 35 μm or less, or 30 μm or less, or 25 μm or less, or 20 μm or less, such as about 15 μm. In particular, the electrolyte of all electrode / electrolyte assemblies of the fuel cell may have such an electrolyte layer thickness.

少なくとも1つの電極・電解質接合体のカソード、電解質およびアノードは、特に(全体として)500μm以下または300μm以下、一例として250μm以下、たとえば200μm以下または150μm以下の層列厚さを有する層列を形成することができる。特に燃料電池の全ての電極・電解質接合体が、1つの層列を形成していて、このような層列厚さを有していてよい。   The cathode, electrolyte and anode of the at least one electrode-electrolyte assembly form a layer sequence having a layer sequence thickness, in particular (total) of 500 μm or less or 300 μm or less, for example 250 μm or less, for example 200 μm or less or 150 μm or less. be able to. In particular, all electrode / electrolyte assemblies of the fuel cell may form one layer sequence and have such a layer sequence thickness.

ベース区分は、特に管状の支持体の外面に全周にわたって延びる、円筒型の燃料電池を支持基板に固定するための突出部を有していてよい。   The base section may have a protrusion for fixing the cylindrical fuel cell to the support substrate, extending over the entire circumference, in particular on the outer surface of the tubular support.

1つの別の態様の範囲内では、支持体が、1つまたはそれ以上の多孔質の区分に気孔率20%以上、一例として25%以上または30%以上または40%以上、たとえば約40%の開気孔を有している。気孔率は、たとえば光電子顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡および/または通流量測定によって測定することができる。   Within one alternative embodiment, the support has a porosity of 20% or more, such as 25% or 30% or 40% or more, such as about 40%, in one or more porous sections. Has open pores. The porosity can be measured by, for example, a photoelectron microscope or a scanning electron microscope and / or flow measurement.

管状の支持体は、たとえば5000μm以下または2000μm以下の肉厚、一例として250μm以上2000μm以下または500μm以上2000μm以下の範囲内の肉厚、たとえば約1000μmの肉厚を有していてよい。   The tubular support may have a thickness of, for example, 5000 μm or less or 2000 μm or less, for example, a thickness in the range of 250 μm to 2000 μm, or 500 μm to 2000 μm, for example, a thickness of about 1000 μm.

気孔は、たとえば、300μm以下、たとえば200μm以下または100μm以下または50μm以下の平均的な気孔サイズを有していてよい。特に気孔は、ほぼ細長い形状を有することができる。たとえば、気孔は、100μm以上300μm以下、特に150μm以上250μm以下の範囲内の平均的な長さ、たとえば約200μmの平均的な長さと、1μm以上70μm以下、特に5μm以上30μm以下、たとえば約5μm以上10μm以下の範囲内の平均的な直径または約20μmの平均的な直径とを有していてよい。   The pores may have an average pore size of, for example, 300 μm or less, such as 200 μm or less, or 100 μm or less, or 50 μm or less. In particular, the pores can have a generally elongated shape. For example, the pores have an average length in the range of 100 μm to 300 μm, particularly 150 μm to 250 μm, for example, an average length of about 200 μm, and 1 μm to 70 μm, particularly 5 μm to 30 μm, for example, about 5 μm or more. It may have an average diameter in the range of 10 μm or less or an average diameter of about 20 μm.

気孔は、特に1μm以上20μm以下、特に1μm以上10μm以下の範囲内の通過分布、たとえば約5μmの通過分布を備えた浸透気孔網を形成することができる。このような気孔通過分布によって、有利には、特にいわゆる「クヌーセン効果」の発生なしに、自由なガス拡散が可能となる。   The pores can form an osmotic pore network having a passage distribution in the range of 1 μm to 20 μm, particularly 1 μm to 10 μm, for example, a passage distribution of about 5 μm. Such a pore passage distribution advantageously allows free gas diffusion, especially without the occurrence of the so-called “Knusen effect”.

管状の支持体は、たとえば少なくとも一種類の材料を含有していてもよいし、少なくとも一種類の材料から形成されていてもよい。この材料は、マグネシウムケイ酸塩、特にフォルステライト、二酸化ジルコニウム、特にドーピングされた二酸化ジルコニウム、たとえば6.5質量%の酸化イットリウム(Y)がドーピングされた二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの混合物、スピネル、たとえばマグネシウムアルミン酸塩、酸化ジルコニウムとガラスとの混合物、ジルコニアおよびこれらの組合せから成るグループから選択されている。フォルステライトは、主として、一般的な化学式MgSiOに基づいている。 The tubular support may contain, for example, at least one kind of material, or may be formed from at least one kind of material. This material comprises magnesium silicate, in particular forsterite, zirconium dioxide, in particular doped zirconium dioxide, for example zirconium dioxide doped with 6.5% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ), aluminum oxide, aluminum oxide. And a mixture of zirconium oxide, spinel such as magnesium aluminate, a mixture of zirconium oxide and glass, zirconia and combinations thereof. Forsterite is mainly based on the general chemical formula Mg 2 SiO 4 .

管状の支持体は、射出法および/または成形法、特に射出成形法によって形成されていてよい。特に管状の支持体は、多成分射出成形法によって形成することができる。   The tubular support may be formed by injection methods and / or molding methods, in particular injection molding methods. In particular, the tubular support can be formed by a multi-component injection molding method.

円筒型の燃料電池は、特に多数の電極・電解質接合体を有することができる。   A cylindrical fuel cell can have a large number of electrode / electrolyte assemblies.

なお、更なる利点および特徴については、本発明に係る方法、本発明に係る燃料電池システム、本発明に係るコージェネレーション設備もしくは本発明に係る車両に関連した詳細な説明、図面および図面の説明に詳しく記載してある。   For further advantages and features, the method according to the present invention, the fuel cell system according to the present invention, the cogeneration facility according to the present invention or the detailed description related to the vehicle according to the present invention, the drawings and the description of the drawings. It is described in detail.

さらに、本発明は、少なくとも1つ、特に多数の本発明に係る燃料電池または本発明により製造された燃料電池を有する燃料電池システムに関する。   Furthermore, the invention relates to a fuel cell system comprising at least one, in particular a large number of fuel cells according to the invention or fuel cells produced according to the invention.

なお、更なる利点および特徴については、本発明に係る方法、本発明に係る燃料電池、本発明に係るコージェネレーション設備もしくは本発明に係る車両に関連した詳細な説明、図面および図面の説明に詳しく記載してある。   For further advantages and features, the method according to the present invention, the fuel cell according to the present invention, the cogeneration facility according to the present invention or the detailed description relating to the vehicle according to the present invention, the drawings and the description of the drawings are detailed. It is described.

さらに、本発明は、たとえば住宅、商業施設、産業設備または発電所に用いられる、本発明に係る燃料電池システムを有するコージェネレーション設備または本発明に係る燃料電池システムを有する車両に関する。   Furthermore, the present invention relates to a cogeneration facility having a fuel cell system according to the present invention, or a vehicle having a fuel cell system according to the present invention, which is used in, for example, a house, commercial facility, industrial facility or power plant.

なお、更なる利点および特徴については、本発明に係る方法、本発明に係る燃料電池もしくは本発明に係る燃料電池システムに関連した詳細な説明、図面および図面の説明に詳しく記載してある。   Further advantages and features are described in detail in the method according to the invention, the detailed description relating to the fuel cell according to the invention or the fuel cell system according to the invention, the drawings and the description of the drawings.

本発明に係る対象の更なる利点および有利な態様は図面に示してあり、以下で説明することにする。なお、念のために付言しておくと、図面には、これから説明する特徴だけが示してあるにすぎず、図面は、本発明を何らかの形で制限するために考えられたものではない。   Further advantages and advantageous aspects of the subject matter according to the invention are shown in the drawings and will be explained below. It should be noted that the drawings only show the features to be described below, and the drawings are not intended to limit the present invention in any way.

本発明によれば、電解質をより薄膜に形成することができる。   According to the present invention, the electrolyte can be formed in a thinner film.

本発明の実施の形態に係る燃料電池の概略的な横断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る製造法の第1の方法ステップを示すための概略的な横断面図である。It is a schematic cross-sectional view for showing the 1st method step of the manufacturing method concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る製造法の第2の方法ステップを示すための概略的な横断面図である。It is a schematic cross-sectional view for showing the 2nd method step of the manufacturing method concerning an embodiment of the invention.

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。   In the following, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本発明に係る燃料電池の1つの実施の形態が示してある。この燃料電池は、セラミックス製のかつ/またはガラス状の管状の支持体1を備えている。この支持体1の内面には、電極・電解質接合体2が被着されている。図面には示さないが、この電極・電解質接合体2は、別の択一的な実施の形態の範囲内で管状の支持体1の外面に配置されていてよい。   FIG. 1 shows one embodiment of a fuel cell according to the present invention. This fuel cell includes a ceramic and / or glass-like tubular support 1. An electrode / electrolyte assembly 2 is attached to the inner surface of the support 1. Although not shown in the drawings, the electrode / electrolyte assembly 2 may be disposed on the outer surface of the tubular support 1 within the scope of another alternative embodiment.

図1に示したように、管状の支持体1は、電極・電解質接合体2に隣接した区分1aにガス透過性の複数の気孔を有している。言い換えると、電極・電解質接合体2は管状の支持体1の内面に正確に多孔質の区分1aの高さで配置されている。さらに、図1に示したように、管状の支持体1は引き続き一方の管端部でキャップ区分1bによって閉鎖されていて、開放した管端部には、ベース区分1cと、燃料電池を支持基板に固定するための、いわゆる「組付けフランジ」とを有している。有利には、ベース区分1cは、ガラス状材料による付加的な密封なしに燃料電池を支持基板にガス密に固定するために形成されている。キャップ区分1bとベース区分1cとはガス密に形成されている。図1に示したように、キャップ区分1bは、管状の支持体1内に導入可能なガス供給ランス5をセンタリングしかつ/または安定化させるための凹状の引込み部および/またはステーを有している。 As shown in FIG. 1, the tubular support 1 has a plurality of gas permeable pores in a section 1 a adjacent to the electrode / electrolyte assembly 2. In other words, the electrode / electrolyte assembly 2 is arranged on the inner surface of the tubular support 1 at the exact height of the porous section 1a. Further, as shown in FIG. 1, the tubular support body 1 is continuously closed at one tube end by a cap section 1b, and the base section 1c and the fuel cell are supported at the open tube end section. It has a so-called “assembly flange” for fixing to the plate . Advantageously, base section 1c is a fuel cell in the support base plate without additional sealing by the glass-like material are formed in order to fix the gas-tight. The cap section 1b and the base section 1c are formed in a gas tight manner. As shown in FIG. 1, the cap section 1 b has a concave lead-in and / or stay for centering and / or stabilizing a gas supply lance 5 that can be introduced into the tubular support 1. Yes.

図1に示したように、電極・電解質接合体2を支持する中間の中空円筒状のガス透過性で多孔質の区分1aは、それぞれ結合範囲3において、一方ではキャップ区分1bに隣接していて、他方ではベース区分1cに隣接している。区分1a,1b,1cは互いに材料接続的に結合されている。   As shown in FIG. 1, the intermediate hollow cylindrical gas-permeable porous section 1a supporting the electrode / electrolyte assembly 2 is adjacent to the cap section 1b on the one hand in the coupling range 3, respectively. On the other hand, it is adjacent to the base section 1c. The sections 1a, 1b, 1c are connected to each other in a material connection.

図1に示したように、電極・電解質接合体2は、カソード2aと、アノード2cと、カソード2aとアノード2cとの間に配置された電解質2bとを有している。カソード2aと、電解質2bと、アノード2cとは、機能層列を形成している。この機能層列は、カソード2aが管状の支持体1に隣接していて、アノード2cが管状の支持体1の内室に露出されているように、管状の支持体1に配置されている。   As shown in FIG. 1, the electrode / electrolyte assembly 2 includes a cathode 2a, an anode 2c, and an electrolyte 2b disposed between the cathode 2a and the anode 2c. The cathode 2a, the electrolyte 2b, and the anode 2c form a functional layer sequence. This functional layer sequence is arranged on the tubular support 1 such that the cathode 2 a is adjacent to the tubular support 1 and the anode 2 c is exposed in the inner chamber of the tubular support 1.

管状の支持体1は、特にイオン絶縁性のかつ/または電気絶縁性のセラミック材料および/またはガラス状材料から形成されている。   The tubular support 1 is formed in particular from an ion-insulating and / or electrically insulating ceramic material and / or glassy material.

図2aおよび図2bには、セラミックス射出成形をベースとした本発明に係る製造法の1つの実施の形態が示してある。   2a and 2b show one embodiment of the manufacturing method according to the invention based on ceramic injection molding.

このためには、図2aおよび図2bに示したように、キャビティを備えた射出成形金型10,11と、キャビティ内に挿入可能な円筒状の射出成形金型コア12とが準備される。射出成形金型10,11と射出成形金型コア12とは、キャビティ内への射出成形金型コア12の挿入によって、この射出成形金型コア12と射出成形金型10,11との間にほぼ管状の中空室が形成可能であるように形成されている。この中空室は、形成したい燃料電池の形成したい管状の支持体1の形状にほぼ対応している。   For this purpose, as shown in FIGS. 2a and 2b, injection molds 10 and 11 having a cavity and a cylindrical injection mold core 12 which can be inserted into the cavity are prepared. The injection molds 10 and 11 and the injection mold core 12 are inserted between the injection mold core 12 and the injection molds 10 and 11 by inserting the injection mold core 12 into the cavity. It is formed so that a substantially tubular hollow chamber can be formed. This hollow chamber substantially corresponds to the shape of the tubular support 1 to be formed of the fuel cell to be formed.

図2aおよび図2bに示したように、射出成形金型コア12には、少なくとも1つ、特に多数の電極・電解質接合体2,2a,2b,2cを形成するためのサンドイッチ状の機能層列2,2a,2b,2cが配置されている。こうして、電極・電解質接合体が管状の支持体1の内面に配置された燃料電池を製造することができる。   As shown in FIGS. 2 a and 2 b, the injection mold core 12 has a sandwich-like functional layer sequence for forming at least one, particularly a large number of electrode / electrolyte assemblies 2, 2 a, 2 b, 2 c. 2, 2a, 2b, 2c are arranged. Thus, a fuel cell in which the electrode / electrolyte assembly is disposed on the inner surface of the tubular support 1 can be manufactured.

電極・電解質接合体が管状の支持体1の外面に配置された燃料電池を製造するためには、機能層列2,2a,2b,2cが、(図2aおよび図2bに示したような)射出成形金型コア12の代わりに、射出成形金型10,11の、キャビティを形成する面に被着されていてよい(図示せず)。   In order to produce a fuel cell in which the electrode / electrolyte assembly is arranged on the outer surface of the tubular support 1, functional layer sequences 2, 2a, 2b, 2c (as shown in FIGS. 2a and 2b) Instead of the injection mold core 12, it may be attached to the surface of the injection mold 10, 11 that forms the cavity (not shown).

図2aおよび図2bに示したように、サンドイッチ状の機能層列2,2a,2b,2cは、カソード層2aと、電解質層2bと、アノード層2cとを有している。電解質層2bは、カソード層2aとアノード層2cとの間に配置されている。   As shown in FIGS. 2a and 2b, the sandwich-shaped functional layer sequence 2, 2a, 2b, 2c has a cathode layer 2a, an electrolyte layer 2b, and an anode layer 2c. The electrolyte layer 2b is disposed between the cathode layer 2a and the anode layer 2c.

図2aおよび図2bに示したように、射出成形金型コア12が射出成形金型10,11のキャビティ内に挿入され、次いで、射出成形金型コア12と射出成形金型10,11との間の中空室の少なくとも一部に少なくとも一種類の成分1が射出される。有利には、この少なくとも一種類の成分1は、セラミック材料および/またはガラス状材料を形成するための成分のほかに、形成したいセラミック材料および/またはガラス状材料に複数の気孔を形成するための少なくとも一種類の気孔形成剤を含有している。   2a and 2b, the injection mold core 12 is inserted into the cavity of the injection mold 10, 11, and then the injection mold core 12 and the injection mold 10, 11 are connected. At least one kind of component 1 is injected into at least a part of the hollow chamber in between. Advantageously, this at least one component 1 is for forming a plurality of pores in the ceramic material and / or glassy material to be formed, in addition to the component for forming the ceramic material and / or glassy material. It contains at least one type of pore-forming agent.

図2bに示したように、成分1の射出後、たとえば脱脂ステップおよび/または焼結ステップの前に射出成形金型コア12を取り外すことができる。このとき、形成された管状体1とサンドイッチ状の機能層列2,2a,2b,2cとは、物理的にかつ/または化学的に互いに結合されたままである。たとえば脱脂ステップおよび/または焼結ステップの間の熱処理によって、気孔形成剤が除去されて、気孔が形成される。   As shown in FIG. 2b, the injection mold core 12 can be removed after the injection of component 1, for example before the degreasing step and / or the sintering step. At this time, the formed tubular body 1 and the sandwich-like functional layer sequence 2, 2a, 2b, 2c remain physically and / or chemically bonded to each other. For example, the pore-forming agent is removed by heat treatment during the degreasing step and / or the sintering step to form pores.

1 支持体
1a 区分
1b キャップ区分
1c ベース区分
2 電極・電解質接合体
2a カソード層
2b 電解質層
2c アノード層
3 結合範囲
5 ガス供給ラン
0 射出成形金型
11 射出成形金型
12 射出成形金型コア
1 support 1a segment 1b cap segment 1c base section 2 electrode-electrolyte assemblies 2a cathode layer 2b electrolyte layer 2c anode layer 3 bonds the range 5 gas supply run scan
1 0 Injection Mold 11 Injection Mold 12 Injection Mold Core

Claims (15)

円筒型の燃料電池を製造するための方法において、該方法が、以下の方法ステップ:すなわち、
a)キャビティを備えた射出成形金型(10,11)と、キャビティ内に挿入可能な射出成形金型コア(12)とを準備し、該射出成形金型コア(12)または射出成形金型(10,11)のキャビティ形成面に、少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)を形成するための、カソード層(2a)と、電解質層(2b)と、アノード層(2c)とを有するサンドイッチ状の機能層列(2,2a,2b,2c)を配置し、
b)キャビティ内に射出成形金型コア(12)を挿入し、これによって、該射出成形金型コア(12)と射出成形金型(10,11)との間に管状の中空室を形成し、
c)機能層列(2,2a,2b,2c)に隣接した区分(1a)に、ガス透過性の気孔および/または開口が形成されるように、管状の中空室の少なくとも一部に、セラミック材料および/またはガラス状材料を形成するための少なくとも一種類の成分(1)を射出し、
d)管状の中空室内に形成された管状体と、機能層列(2,2a,2b,2c)とを1200℃以下の温度で同時焼結する
を有していることを特徴とする、円筒型の燃料電池を製造するための方法。
In a method for manufacturing a cylindrical fuel cell, the method comprises the following method steps:
a) an injection mold having a cavity and (10, 11), to prepare the insertable injection mold core into the cavity (12), the molding die core (12 out the injection) or injection molding A cathode layer (2a), an electrolyte layer (2b), and an anode layer (2c) for forming at least one electrode / electrolyte assembly (2) on the cavity forming surface of the mold (10, 11); Sandwiched functional layer sequence (2, 2a, 2b, 2c) having
b) Inserting an injection mold core (12) into the cavity, thereby forming a tubular hollow chamber between the injection mold core (12) and the injection mold (10, 11). ,
c) Ceramic at least in part of the tubular hollow chamber so that gas permeable pores and / or openings are formed in the section (1a) adjacent to the functional layer sequence (2, 2a, 2b, 2c). Injecting at least one component (1) for forming the material and / or glassy material,
d) Simultaneously sintering the tubular body formed in the tubular hollow chamber and the functional layer sequence (2, 2a, 2b, 2c) at a temperature of 1200 ° C. or less :
A method for producing a cylindrical fuel cell, comprising:
電解質層(2b)が、1μm未満の粒子サイズを有する電解質材料を含有している、請求項記載の方法。 The method according to claim 1 , wherein the electrolyte layer (2 b) contains an electrolyte material having a particle size of less than 1 μm . 前記電解質材料が、1μm未満の粒子サイズを有する二酸化ジルコニウムである、請求項記載の方法。 The method of claim 2 , wherein the electrolyte material is zirconium dioxide having a particle size of less than 1 μm . 前記二酸化ジルコニウムが、1μm未満の粒子サイズを有するイットリア安定化ジルコニア(YSZ)である、請求項記載の方法。 The method of claim 3 , wherein the zirconium dioxide is yttria stabilized zirconia (YSZ) having a particle size of less than 1 μm . セラミック材料および/またはガラス状材料を形成するための少なくとも一種類の成分(1)が、電気絶縁性のかつ/またはイオン絶縁性のセラミック材料および/またはガラス状材料である、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。 At least one of the components for forming the ceramic material and / or glass-like material (1) is a ceramic material and / or glass-like material of electrically insulating and / or ion-insulating, of claims 1-4 The method according to any one of the above. 方法ステップa)において、カソード層(2a)を機能層列(2,2a,2b,2c)の、射出成形金型コア(12)と反対の側にもしくは機能層列(2,2a,2b,2c)の、射出成形金型(10,11)のキャビティ形成面と反対の側に配置する、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。 In method step a), the cathode layer (2a) is placed on the side of the functional layer sequence (2, 2a, 2b, 2c) opposite to the injection mold core (12) or the functional layer sequence (2, 2a, 2b, of 2c), arranged on the opposite side of the cavity-forming surface of the injection mold (10, 11), any one process of claim 1 to 5. 射出成形金型コア(12)が、射出成形金型コアベースボディと、該射出成形金型コアベースボディに被せられる除去可能な支持スリーブまたは支持シートとを有しており、機能層列(2,2a,2b,2c)が、スクリーン印刷によって、除去可能な支持スリーブまたは支持シートに被着されているか、または射出成形金型コア(12)が、除去可能な射出成形金型コアまたは除去可能な射出成形金型コアスリーブの形で形成されており、機能層列(2,2a,2b,2c)が、曲面スクリーン印刷によって、除去可能な射出成形金型コアもしくは除去可能な射出成形金型コアスリーブに被着されている、請求項記載の方法。 Injection mold core (12), the injection mold core base body has a removable support sleeve or support sheet is placed over the forming mold core base body out the injection, functional layer sequence (2 , 2a, 2b, 2c) is, by the scan screen printing, whether it is applied to a removable support sleeve or support sheet, or injection mold core (12), dividing removed by possible injection mold core or Removable injection mold core sleeve, which is formed in the form of a removable sleeve, and the functional layer sequence (2, 2a, 2b, 2c) can be removed by curved screen printing or removable injection mold core. The method of claim 6 , wherein the method is applied to a mold core sleeve. 除去可能な支持スリーブもしくは除去可能な支持シートの除去または除去可能な射出成形金型コアスリーブもしくは除去可能な射出成形金型コアの除去を、溶剤内での溶解によってかつ/または分解、蒸発および/または溶融によって行う、請求項記載の方法。 Removal of the removable support sleeve or removable support sheet, or the removal of removable injection mold core sleeve or removable injection mold core, and / or degraded by dissolution in a solvent, evaporation and The method according to claim 7 , wherein the method is carried out by melting. 方法ステップc)において、機能層列(2,2a,2b,2c)に隣接していない区分(1b,1c)が、ガス密に形成されるように、管状の中空室内に、セラミック材料および/またはガラス状材料を形成するための成分を射出する、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。 In method step c), the ceramic material and / or the tubular hollow chamber is formed such that sections (1b, 1c) that are not adjacent to the functional layer sequence (2, 2a, 2b, 2c) are gastight. or injecting the Ingredients to form a glassy material, any one process of claim 1 to 8. 管状の中空室が、形成したい管状の支持体(1)の形対応しており、管状の中空室が、一端において、形成された円筒型の燃料電池を支持基板に固定するための開放したベース区分(1c)を形成するために形成されていて、他端において、閉鎖されたキャップ区分(1c)を形成するために形成されているか、または管状の中空室が、両端において、形成された円筒型の燃料電池を支持基板に固定するためのそれぞれ1つの開放したベース区分(1c)を形成するために形成されている、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。 The tubular hollow chamber corresponds to the shape of the tubular support (1) to be formed, and the tubular hollow chamber is open at one end for fixing the formed cylindrical fuel cell to the support substrate. Formed to form a base section (1c) and at the other end is formed to form a closed cap section (1c), or a tubular hollow chamber is formed at both ends cylindrical and the fuel cell are formed to form a respective one of the open base section for fixing to the supporting substrate (1c), any one process of claim 1 to 9. 筒型の燃料電池において、該円筒型の燃料電池が、管状の支持体(1)と、少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)とを有しており、
該電極・電解質接合体(2)が、カソード(2a)と、アノード(2c)と、カソード(2a)とアノード(2c)との間に配置されたガス密な電解質(2b)とを有しており、少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)が、管状の支持体(1)の内面または外面に被着されており、管状の支持体(1)が、一種類またはそれ以上の種類のセラミック材料および/またはガラス状材料から形成されており、
管状の支持体(1)が、電極・電解質接合体(2)に隣接した1つまたはそれ以上の区分(1a)に、ガス透過性の気孔および/または開口を有しており、
電極・電解質接合体(2)に隣接していないキャップ区分(1b)及びベース区分(1c)が、ガス密に形成されており、
管状の支持体(1)が、一方の管端部においてキャップ区分(1b)によって閉鎖されており、
少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)の電解質(2b)が、イオン伝導性でガス密なかつ電気絶縁性の電解質材料から形成されており、20μm以下の層厚さを有しており、
少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)のカソード(2a)、電解質(2b)及びアノード(2c)が、150μm以下の厚さを有していることを特徴とする、円筒型の燃料電池。
In the fuel cell of the circle tubular fuel cell of the cylindrical type, tubular support (1) has at least one electrode-electrolyte assembly (2),
The electrode / electrolyte assembly (2) has a cathode (2a), an anode (2c), and a gas-tight electrolyte (2b) disposed between the cathode (2a) and the anode (2c). And at least one electrode / electrolyte assembly (2) is applied to the inner or outer surface of the tubular support (1), and the tubular support (1) is of one or more types. Formed of a ceramic material and / or a glassy material,
The tubular support (1) has gas permeable pores and / or openings in one or more sections (1a) adjacent to the electrode-electrolyte assembly (2) ;
The cap section (1b) and the base section (1c) that are not adjacent to the electrode / electrolyte assembly (2) are formed gas tight,
The tubular support (1) is closed at one tube end by a cap section (1b);
The electrolyte (2b) of at least one electrode / electrolyte assembly (2) is formed of an ion-conductive, gas-tight and electrically insulating electrolyte material, and has a layer thickness of 20 μm or less,
A cylindrical fuel cell , wherein the cathode (2a), the electrolyte (2b) and the anode (2c) of at least one electrode / electrolyte assembly (2) have a thickness of 150 μm or less .
管状の支持体(1)の前記材料が、イオン絶縁性であり、かつ/または電気絶縁性である、請求項11記載の円筒型の燃料電池。 The cylindrical fuel cell according to claim 11 , wherein the material of the tubular support (1) is ionic insulating and / or electrically insulating. 少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)のカソード(2a)が、支持体(1)に隣接しており、アノード(2c)が、管状の支持体(1)の内室に露出されている、請求項11または12記載の円筒型の燃料電池。 The cathode (2a) of at least one electrode / electrolyte assembly (2) is adjacent to the support (1), and the anode (2c) is exposed in the inner chamber of the tubular support (1). The cylindrical fuel cell according to claim 11 or 12 . 少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)のカソード(2a)が、導電性のかつガス透過性のカソード材料から形成されており、少なくとも1つの電極・電解質接合体(2)のアノード(2c)が、導電性のかつガス透過性のアノード材料から形成されている、請求項11から13までのいずれか1項記載の円筒型の燃料電池。 At least one electrode-electrolyte assembly (2) a cathode (2a) is electrically conductive and gas permeable and formed from a cathode material, even without least one electrode-electrolyte assembly (2) an anode ( The cylindrical fuel cell according to any one of claims 11 to 13 , wherein 2c) is formed from a conductive and gas permeable anode material. 管状の支持体(1)が、1つまたはそれ以上の多孔質の区分(1a)に気孔率20%以上の開気孔を有している、請求項11から14までのいずれか1項記載の円筒型の燃料電池。 The tubular support (1) according to any one of claims 11 to 14 , wherein the one or more porous sections (1a) have open pores with a porosity of 20% or more. Cylindrical fuel cell.
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