WO2010037665A1 - Hochtemperatur-brennstoffzelle und zugehörige brennstoffzellenanlage - Google Patents

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WO2010037665A1
WO2010037665A1 PCT/EP2009/062236 EP2009062236W WO2010037665A1 WO 2010037665 A1 WO2010037665 A1 WO 2010037665A1 EP 2009062236 W EP2009062236 W EP 2009062236W WO 2010037665 A1 WO2010037665 A1 WO 2010037665A1
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Horst Greiner
Alessandro Zampieri
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Definitions

  • the invention relates to a high-temperature fuel cell (SOFC) according to the preamble of claim 1.
  • SOFC high-temperature fuel cell
  • the invention also relates to an associated, constructed of such fuel cells Brennstoffzellen- anläge.
  • the invention relates to the use of copper in the anodes in the individual fuel cells and as cell connectors in the entire fuel cell system.
  • SOFC S_olid Oxide Fuel Cell
  • Copper also has the tendency to react with nickel even at relatively low temperatures and in particular to form alloys (see state diagram copper-nickel, Hansen / Anderko "Constitution of Binary Alloys" (McGraw-Hill 1958), page 602) when using copper in a In a SOFC generator, all nickel components are always exchanged for copper.
  • the anode In particular in the event that copper-based materials are used to reduce the operating temperature in fuel cells, the anode must also be set to copper. This applies to the SOFCs of different designs, in particular the tubular, HPD or ⁇ cells.
  • cell-to-cell connector materials such as pastes or tapes for their realization
  • cell-to-cell connector materials are also copper-based.
  • the copper-based pastes or slips used to make them, as well as tapes, must be conductive, porous and stable at the operating temperature of the generator, and for comparatively long periods of operation.
  • the contact pastes or the anodes in the corresponding time will be more dense and that the porosity of the materials decreases when copper grains sinter together in the slurry and form larger agglomerates, in a relatively short time even at relatively low temperatures (600 0 C - 700 0 C).
  • relatively low temperatures 600 0 C - 700 0 C.
  • the invention relates to the selection of such copper-based materials for the individual fuel cells - both for the anode and for the materials for connection to the contacts - in which a mechanical alloy of so-called.
  • ODS copper powders with fine oxidic powders i. as dispersion alloy is present (ODS: Oxide-p_ispersion-S_trengthened).
  • the ODS Cu / metal oxide material is produced by mechanical alloying of the different powders.
  • the invention are advantageously such new copper-ferbas elected materials for fuel cells such as the anode layer and anode contact paste is proposed, which advantageously at lower temperatures, particularly in the range 400-700 0 C, or even at moderate operating temperatures, particularly in the range 700-950 0 C, whereby the materials find use for the anodes as well as for all other compounds.
  • the invention proposes the use of copper particles with the finest distributions of certain metal oxides by mechanical alloying.
  • the distribution of metal oxide particles allows a better thermal stability of the copper particles, as confirmed by experimental studies, and leads to a longer life and a slower rate of degradation of the contact slip.
  • the invention is based on the finding that excessive sintering between copper particles, in particular in the anode and contact paste, is avoided and that subsequent compression of the contact pastes in the individual bundles of the fuel cells and thus in the entire generator can be excluded. This should improve the performance, i. the long-term stability of the new fuel cells can be increased.
  • the already mentioned ODS copper / metal oxide powder ie, for example, Cu / doped Zr ⁇ 2 - such.
  • Cu / YSZ or Cu / ScSZ - or Cu / doped Ce0 2 - such as Cu / GDC or Cu / SDC - can be used.
  • Cu / metal oxide combinations with different dispersion material content and grain size can be used.
  • the oxide dispersion should be present with a good distribution in the submicrometer range, for example also in the nano range.
  • All metal oxides are replaceable, but especially the oxides of the electrolyte material in order to avoid possible reactions between the various elements in the long-term operation of the fuel cell system.
  • the dispersion energetically blocks the movement of copper to minimize the specific surface area.
  • the anode layers could be removed with the aid of wet coating methods, eg. As roller coating, screen printing, wet-powder spraying, and be prepared with additional sintering processes.
  • the anode paste or solution / suspension consists of ODS copper powder, electrolyte material, water, binder, plasticizer, and possibly a porous material, eg. As graphite or polymer materials.
  • the contact paste (possibly it could be in the adhesive tape form) consists of the ODS copper powder, water, binder or adhesive materials, such as polyvinyl acetate (PVA) and possibly a plasticizer to control the viscosity, are mixed. Other additives are possible.
  • PVA polyvinyl acetate
  • FIG. 1 shows a micrograph of pure copper powder
  • FIG. 2 shows a micrograph of sintered Cu / SCZ material
  • FIG. 3 shows schematically copper particles with mechanically added metal oxides in extremely fine distribution.
  • Such functional layers with ODS powders can be carried out by applying appropriate materials, for example by spraying liquids, by mechanical application or by preparation via belts.
  • appropriate materials for example by spraying liquids, by mechanical application or by preparation via belts.
  • copper powder can be mixed together with copper / metal oxides already produced by mechanical alloying.
  • the copper particles are denoted by 1, as obtained in a bed of copper powder. It can be seen that pores 2 are present.
  • FIG. 2 shows a composite of Cu / SCSZ 10 mol% after a thermal treatment at 1000 ° for 125 h. It can be seen clearly that the pure copper powder has sintered together to form larger areas 10 and, according to FIG. 1, forms extended agglomerates, while the Cu / ScSZ powder is characterized by a few contact compounds among the particles 10. These contact connections provide electrical conductivity to form a network in the anode that allows electronic conductivity. Ansons- The individual particles appear as discrete regions and substantially unchanged from FIG.
  • FIG. 3 shows a particle 110 which was produced by mechanical alloying.
  • the distribution of substantially smaller metal oxide particles 111 occurs in the larger particle 110 of copper matrix.
  • the metal oxide particles 111 have a diameter of 100 nm, and the matrix particles may have an extension of 1 mm or more. In accordance with FIG. 2, this results in a statistical distribution of the metal oxide particles 111 in the matrix 110.
  • the hybrid particles of copper with mechanically alloyed ODS copper / oxide particles described with reference to FIGS. 1 to 3 are used to build up the anodes of SOFC fuel cells. Furthermore, the material for the contacts can be produced on this basis. This solves the problem that it can lead to copper precipitation during long-term operation of the new fuel cell. As mentioned above, it can be assumed that mechanical alloying for improving material structures is known per se. In connection with high-temperature fuel cells and the
  • the ODS dispersion of metal oxide in metal cores are suitable for the replacement of the previous nickel-based anode in high-temperature fuel cells, if in the fuel cell system, the operating temperature is lowered.
  • the corresponding compounds in pasty or liquid consistency for contacting the individual parts of the fuel cell system may also have corresponding copper / copper oxide-based ODS materials.
  • the use of pastes with copper / metal oxide distributions allows for improved thermal stability and increased lifetime of the SOFC and the individual fuel cells or the fuel cell belt. This results in a considerable cost reduction of the known SOFC generators, which is of highest relevance in practice.
  • the materials described are used in fuel cell, wherein the anode has a thickness of about 1 to 100 microns.
  • the ODS copper powder-based layer as
  • the anode may be infiltrated with additional precursor suspensions - eg, CeO 2 , Co, Ni -, for example, by wet chemical or CVD methods to increase electrochemical activity.
  • the metal oxide-based particles have an order of magnitude of ⁇ 1 ⁇ m and may be in particular in the nanoscale, ie submicrometer range.
  • the ODS material may consist of Cu / ZrO 2 or Cu / doped-Zr0 2, as for example, be Cu / YSZ or Cu / ScSZ, gebil ⁇ det.
  • the ODS may also be formed of Cu / doped CeO 2, such as Cu / GDC or Cu / SDC, or Cu / GDC.

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Abstract

Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlagen, die bei Temperaturen zwischen 500 und 7000C arbeiten und kupferbasierte Materialien für die Bauteile und deren Verbindungen dafür. Die kupferbasierten Materialien sind ein Hybrid aus Kupfer-Pulvern mit weiteren oxidischen Pulvern. Dabei wird das Hybrid insbesondere durch mechanisches Legieren erzeugt. Damit kann eine Brennstoff zellenanlage aufgebaut werden, die im geforderten Arbeitsbereich eine Langzeitstabilität hat und insbesondere keine ansonsten häufig beobachtete Ausscheidungen von Kupfer zeigt.

Description

Beschreibung
Hochtemperatur-Brennstoffzelle und zugehörige Brennstoffzel- lenanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine zugehörige, aus solchen Brennstoffzellen aufgebaute Brennstoffzellen- anläge. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung von Kupfer bei den Anoden in den einzelnen Brennstoffzellen und als Zellverbinder bzw. Kontaktierungen in der gesamten Brennstoffzellenanlage .
Die vom Stand der Technik vorbekannten Festelektrolyt-Brennstoffzellen (SOFC = S_olid Oxide Fuel Cell) müssen für den Eingang in die Praxis hinsichtlich ihrer Kosten reduziert werden. Ein möglicher Weg zur Kostenreduzierung bei den Hochtemperatur-Brennstoffzellen besteht darin, das in den Anoden und in den Zellverbindern eingesetzte Nickel (Ni) durch besser leitendes und kostengünstigeres Kupfer (Cu) zu ersetzen.
Der Einsatz von Cu in Hochtemperatur (HT) -SOFC-Generatoren, die bei Temperaturen zwischen 9000C und 10000C betrieben wer- den, ist nicht möglich. Generell hat Kupfer, das einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt im Vergleich zu Nickel hat, die Tendenz, auch bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen einen nicht vernachlässigbaren Materietransport zu zeigen. Solche Transporterscheinungen können Diffusion, Elektrotransport und/oder Thermotransport sein. Damit wird aber die Langzeitstabilität von Kupfer-basierten SOFC-Anoden ungünstig beeinträchtigt .
Kupfer hat außerdem die Tendenz, mit Nickel auch bei relativ niedrigen Temperaturen zu reagieren und insbesondere Legierungen zu bilden, (s. Zustandsdiagramm Kupfer-Nickel, Hansen/ Anderko „Constitution of Binary Alloys" (McGraw-Hill 1958), Seite 602) . Deswegen müssen bei Verwendung von Kupfer in ei- nem SOFC-Generator immer alle Nickelbauteile gegen Kupfer ausgetauscht werden.
Insbesondere für den Fall, dass zur Verminderung der Be- triebstemperatur bei Brennstoffzellen kupferbasierte Werkstoffe Verwendung finden, muss zwingend auch die Anode auf Kupfer gestellt werden. Dies gilt für die SOFCs unterschiedlichen Designs, insbesondere auch die tubuläre, HPD oder die Δ-Zellen.
Weiterhin muss gewährleistet sein, dass Zell-zu-Zell-Verbin- der-Materialien, wie beispielsweise Pasten oder Tapes zu deren Realisierung, ebenso kupferbasiert sind. Die kupferbasierten Pasten bzw. Schlicker zu deren Herstellung und auch Bänder ( "Tapes") müssen leitfähig, porös und stabil sein bei der Arbeitstemperatur des Generators, und zwar für vergleichsweise lange Betriebszeiten.
Bekannt ist weiterhin vom Stand der Technik, dass insbesonde- re Kupferanoden die Tendenz zur Kornvergröberung und zum Sintern bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, d.h. bei 600 bis 700°C, haben. Dieses Verhalten verringert die Lebensdauer und stellt die Anwendbarkeit der kupferbasierten Pasten und Anoden in Frage. Dabei wird auch beobachtet, dass die porösen Schichten mit der Zeit dichter werden und dass dadurch die aktive spezifische Oberfläche (Drei-Phasen-Grenzen) der Anode verringert wird.
Es wird beobachtet, dass die Kontaktpasten oder die Anoden in der entsprechenden Zeit dichter werden und dass die Porosität der Materialien absinkt, wenn Kupferkörner im Schlicker zusammensintern und größere Agglomerate formen, und zwar in relativ kurzer Zeit auch bei relativ niedrigen Temperaturen (6000C - 700 0C) . Damit steigt der Diffusionswiderstand in der Anode und die Zellleistung verschlechtert sich mit der Zeit.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Er- findung, Materialien auf Kupferbasis und entsprechende Herstellverfahren dazu vorzuschlagen, die in SOFC-Anoden und weiterhin als Klebepasten in der Brennstoffzellenanlage einsetzbar sind. Diese Materialien sollen insbesondere eine er- höhte Beständigkeit bei höheren Betriebstemperaturen haben.
Die Aufgabe ist bezüglich der Brennstoffzellen erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und bezüglich der Brennstoffzellenanlage erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 11 gelöst. Jeweilige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist die Auswahl solcher kupferbasierter Materialien für die einzelnen Brennstoffzellen - und zwar sowohl für die Anode als auch für die Materialien zwecks Verbindung mit den Kontaktierungen -, bei dem ein mechanische Legierung aus sog. ODS-Kupfer-Pulvern mit feinen oxidischen Pulvern d.h. als Dispersionslegierung, vorhanden ist (ODS: Oxide-p_ispersion-S_trengthened) . Insbesondere wird bei der Er- findung das ODS-Cu-/Metalloxid- Material durch mechanisches Legieren der unterschiedlichen Pulver erzeugt.
Bei der Erfindung wird berücksichtigt, dass Kupfer-basierte Anoden einerseits und mechanisches legieren andererseits vom Stand der Technik vorbekannt sind. Wesentlich ist, die Kup- fer-basierten Materialien durch mechanisches Legieren so herzustellen, dass keine Entmischungserscheinungen auftreten.
Mit der Erfindung werden vorteilhafterweise solche neuen kup- ferbasierten Materialien für Brennstoffzellen, wie Anodenschicht und Anoden-Kontaktpaste, vorgeschlagen, die vorteilhafterweise bei niedrigeren Temperaturen, insbesondere im Bereich 400-700 0C, oder auch bei mittleren Betriebstemperaturen, insbesondere im Bereich 700-9500C, arbeiten können, wo- bei die Materialien Verwendung für die Anoden und auch für alle anderen Verbindungen finden. Statt des Anstieges der thermischen Stabilität von Kupfer im Schlicker durch chemischen Legieren mit anderen Metallen, beispielsweise Nickel oder Kobalt, wie es beim Stand der Technik gemacht wird (Zitat) , schlägt die Erfindung die Verwendung von Kupferteilchen mit feinsten Verteilungen von bestimmte Metalloxiden durch mechanisches Legieren vor.
Die Verteilung von Metalloxidteilchen erlaubt eine bessere thermische Stabilität der Kupferteilchen, wie experimentelle Untersuchungen bestätigt haben, und führt zu einer längeren Lebensdauer und einer verlangsamten Degradationsrate des Kon- taktschlickers .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein exzessives Sintern zwischen Kupfer-Partikeln, insbesondere in der Anode und Kontaktpaste, vermieden ist und dass nachfolgend auch eine Verdichtung der Kontaktpasten in den einzelnen Bündeln der Brennstoffzellen und damit im gesamten Generator ausgeschlossen werden kann. Dadurch sollte die Performance, d.h. die Langzeitstabilität, der neuen Brennstoffzellen erhöht werden.
Wesentlich ist also, dass die Kupferanoden und die Kupferkontakte zwischen den Zellen im Stack und zwischen den einzelnen Stacks in der Brennstoffzellenanlage gewährleistet sind.
Vorteilhafterweise können als Schichten bzw. Paste für obigen Zweck die bereits erwähnten ODS-Kupfer-/Metalloxidpulver, d.h. beispielsweise Cu/dotierte-Zrθ2 - wie z. B. Cu/YSZ oder Cu/ScSZ - oder Cu/dotierte-Ce02 - wie z.B. Cu/GDC oder Cu/SDC - verwendet werden. Prinzipiell können alle denkbaren Cu/Me- talloxid-Kombinationen mit verschiedenen Dispersionsmaterial- Gehalt und Korngrosse verwendet werden. Um die Materialeigenschaften zu optimieren, sollte die Oxiddispersion mit guter Verteilung in Submikrometer-Bereich vorliegen, beispielsweise auch im Nano-Bereich. Alle Metalloxide sind ersetzbar, insbe- sondere aber die Oxide des Elektrolytmaterials, um eventuelle Reaktionen zwischen den verschiedenen Elemente im Langzeitbetrieb der Brennstoffzellenanlage zu vermeiden. Als vorteilhafter Mechanismus der Erfindung wurde erkannt, dass die Dispersion die Bewegung von Kupfer energetisch blockiert, um die spezifische Oberfläche zu minimieren.
Die Anodeschichten konnten mit Hilfe nasser Beschichtungsver- fahren, z. B. Roller-Coating, Siebdruck, Wet-Powder-Spraying, und mit zusätzlichen Sinterprozessen hergestellt werden. Die Anodepaste oder Lösung/Suspension besteht aus ODS-Kupfer- pulver, Elektrolytmaterial, Wasser, Binder, Plastizierer, und eventuell einem porenförmiges Material, z. B. Graphit oder Polymer-Materialien .
Es können einzelne Kupfer-basierte Anoden oder Mehrschichtanordnungen, von denen eine ODS-Cu-Pulver-basiert ist, reali- siert werden. Die Kontaktpaste (eventuell konnte es im Kleberband Form sein) besteht aus dem ODS Kupferpulver, Wasser, Binder oder Adhäsionsmaterialien, beispielsweise Polyvinyl- acetat (PVA) und ggf. einem Plastizierer, um die Viskosität zu kontrollieren, gemischt werden. Auch andere Zusätze sind mög- lieh.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen.
Es zeigen
Figur 1 ein Schliffbild von reinem Kupferpulver, Figur 2 ein Schliffbild von gesintertem Cu/SCZ-Material und Figur 3 schematisch Kupferteilchen mit mechanisch hinzulegierten Metalloxiden in Feinstverteilung.
Die Figuren werden nachfolgend im Wesentlichen gemeinsam beschrieben. Untersucht und beschrieben werden im Wesentlichen die Verträglichkeit und die Eigenschaften von Kontaktmaterialien bzw. Kontaktpasten auf der Basis von Kupferpartikeln, die mechanisch insbesondere mit ScSZ legiert sind. Im Allgemeinen kann letzteres Konzept zum Erreichen von thermisch stabilen Kupfer-basierten Anode und Kontakten für Brennstoffzellen mit niedrigen oder mittleren Temperaturen auch auf Kupferpulver mit anderen Metalloxiden ausgedehnt werden, sofern ein mechanisches Legieren erfolgt. Es wurde erkannt, dass die Verwendung solcher ODS-Pulver, d.h. Kupferpulver mit Metalloxidpulvern, die durch mechanisches Legieren verbunden sind, zu verbesserten Eigenschaften in SOFC-Brenn- stoffzellen führt. Dies gilt sowohl für tubuläre Brennstoff- zellen, HPD-Brennstoffzellen oder auch Δ-Zellen, bei denen die Brennstoffzellenanlage aus einem Zellbündel besteht. Aber auch für planare Brennstoffzellanlagen mit geschichteten Stacks können solche Kupfer-/Metalloxid-basierten Pasten als Kontaktierungen und auch als Basis für die Anoden verwendet werden.
Die Herstellung solcher Funktionsschichten mit ODS-Pulvern kann durch Auftragen entsprechender Materialien, beispielsweise durch Sprühen von Flüssigkeiten, durch mechanisches Auftragen oder durch Präparation über Bänder erfolgen. Um die Sinterfähigkeit der Kupferpartikel in der Flüssigkeit bzw. der Paste zu erhöhen, können Kupferpulver zusammengemischt werden mit bereits durch mechanisches Legieren erzeugten Kupfer- /Metalloxiden .
In Figur 1 sind die Kupferpartikel mit 1 bezeichnet, wie sie in einer Schüttung aus Kupferpulver anfallen. Man erkennt, dass Poren 2 vorhanden sind.
In Figur 2 ist dagegen ein Verbund aus Cu/SCSZ 10 Mol-% nach einer thermischen Behandlung bei 1000° für 125 h gezeigt. Man erkennt deutlich, dass das reine Kupferpulver sich zu größeren Bereichen 10 zusammengesintert hat und entsprechend Figur 1 ausgedehnte Agglomerate bildet, während das Cu/ScSZ-Pulver durch einige wenige Kontaktverbindungen unter den Teilchen 10 gekennzeichnet ist. Diese Kontaktverbindungen sorgen für die elektrische Leitfähigkeit, um ein Netzwerk in der Anode zu formen, der die elektronische Leitfähigkeit erlaubt. Ansons- ten erscheinen die einzelnen Teilchen als diskrete Bereiche und im Wesentlichen gegenüber Figur 1 unverändert.
In Figur 3 ist ein Teilchen 110 dargestellt, das durch mecha- nisches Legieren erzeugt wurde. Zum Herstellungsverfahren und Technologie des mechanischen Legierens wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Als Verfahrensprodukt ergibt sich entsprechend Figur 1 in dem größeren Teilchen 110 aus einer Kupfermatrix eine Verteilung von wesentlich kleineren Metalloxidteilchen 111. Beispielsweise haben die Metalloxidteilchen 111 einen Durchmesser von 100 nm, wobei die Matrixteilchen eine Ausdehnung von 1 mm und mehr haben können. Dabei ergibt sich entsprechend Figur 2 eine statistische Verteilung der Metalloxidpartikel 111 in der Matrix 110.
Die Ausbildung der feinen Oxidpartikel, beispielsweise anhand der in den Figuren beschriebenen ScSZ-Pulver, kann vom Mikrometerbereich bis in den Submikrometerbereich gehen. Beispielsweise kann eine mittlere Durchmesserverteilung von d5o = 100 nm vorliegen. Damit wird die Hochtemperaturstabilität von Kupfer erhöht und die Beweglichkeit beim Sintern erniedrigt. Gegebenenfalls können auch Teilchenverteilungen der Metalloxide bis in den unteren Nanobereich erfolgen, womit ebenfalls entsprechende Ergebnisse zu erwarten sind.
Mit den anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Hybridteilchen von Kupfer mit mechanisch legierten ODS-Kupfer-/Oxid- teilchen werden die Anoden von SOFC-Brennstoffzellen aufgebaut. Weiterhin kann auf dieser Basis das Material für die Kontaktierungen hergestellt werden. Damit wird das Problem gelöst, dass es zu Ausscheidungen des Kupfers beim Langzeitbetrieb der neuen Brennstoffzellen kommen kann. Wie eingangs erwähnt, ist davon auszugehen, dass das mechanische Legieren zum Verbessern von Materialstrukturen für sich bekannt ist. Im Zusammenhang mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen und der
Bereitstellung der Teile bzw. Materialien hierfür ist das mechanische Legieren allerdings noch nicht erwähnt worden. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die ODS-Dispersion von Metalloxid in Metallkorne geeignet sind für den Ersatz der bisherigen nickelbasierten Anode bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen, sofern in der Brennstoffzellenanlage die Be- triebstemperatur herabgesenkt wird. Auch die entsprechenden Verbindungen in pastöser oder flüssiger Konsistenz zwecks Kontaktierens der einzelnen Teile der Brennstoffzellenanlage können entsprechende Kupfer-/Kupferoxid-basierte ODS-Mate- rialien haben. Die Verwendung von Pasten mit Kupfer-/Metall- oxid-Verteilungen erlaubt eine verbesserte thermische Stabilität und eine vergrößerte Lebensdauer der SOFC und der einzelnen Brennstoffzellen bzw. der Brennstoffzellenbandel . Damit ergibt sich eine beachtliche Kostenreduzierung der bekannten SOFC-Generatoren, was für die Praxis von höchster Re- levanz ist.
Insgesamt werden die beschriebenen Materialien bei Brennstoffzelle eingesetzt, wobei die Anode eine Dicke von etwa 1 bis 100 μm aufweist. Dabei kann in einer Mehrschichten- Anodestruktur die ODS-Kupfer-Pulver-basierte Schicht als
Stromkollektor-Schicht eingesetzt werden. Die Anode kann mit zusätzlichen Präkursor-Suspensionen - z.B. Ceθ2, Co, Ni - infiltriert sein, beispielsweise mit nasschemischen oder CVD- Verfahren, um die elektrochemische Aktivität zu erhöhen. Die metalloxidbasierten Teilchen haben eine Größenordnung < 1 μm und können insbesondere im Nanobereich, d.h. Submikrometerbe- reich, liegen. Speziell das ODS-Material kann aus Cu/Zrθ2 oder Cu/dotiertem-Zr02, wie z.B. Cu/YSZ oder Cu/ScSZ, gebil¬ det sein. Der ODS kann auch aus Cu/dotierte-Ceθ2, wie z.B. Cu/GDC oder Cu/SDC) oder Cu/GDC, gebildet sein.
Bei einer zugehörigen Brennstoffzellenanlage aus derartigen Brennstoffzellen, die Stacks oder Bündel („Bündle") bilden, die durch Kontaktierungen miteinander elektrisch leitend ver- bunden sind, werden mit den mechanisch legierten Pulvern Pasten oder andere Ausgangsstoffe für die Kontaktierung zwischen Zellen und Zellverbindern gebildet. Dabei sind die Zellverbinder beispielsweise Schäume, Drähte, Netze, Hohlschnüre od. dgl . Gestricke.

Claims

Patentansprüche
1. Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die im Temperaturbereich von 400 bis 9000C, vorzugsweise zwischen 500 und 7000C, ar- beiten und kupferbasierte Materialien für Bauteile und deren Verbindungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis für die Kupfer-basierten Materialien eine ODS (Oxide-p_isper- sion-Strengthened) -Struktur aus Kupfer-Pulvern mit weiteren oxidischen Pulvern ist.
2. Hochtemperatur-Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ODS-Struktur aus Kupfer-Pulvern mit weiteren oxidischen Pulverdispersionen durch mechanisches Legieren der Pulver erzeugt ist.
3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der durch mechanisch Legieren erzeugten ODS-Struktur eine Anode als Funktionsschicht gebildet ist .
4. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode eine Dicke von etwa 1 bis 100 μm aufweist.
5. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ODS-Kupfer-Pulver-basierte Schicht als Stromkollektor-Schicht eingesetzt ist und eine Mehrschichten-Anodestruktur bildet.
6. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode mit zusätzliche Präkursor- Suspensionen, z. B. Ceθ2, Co, Ni, infiltriert ist, um die elektrochemische Aktivität zu erhöhen.
7. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metalloxidbasierten Teilchen in der durch mechanisch Legieren erzeugten ODS-Struktur eine Größenordnung < 1 μm haben.
8. Brennstoffzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metalloxidischen Teilchen eine Größenordnung im Na- nobereich haben.
9. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ODS-Strukur aus Cu/Zrθ2 oder Cu/dotierte-Zr02, wie z. B. Cu/YSZ oder Cu/ScSZ, gebildet ist .
10. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ODS aus Cu/dotierte-CeC^, wie z. B. Cu/GDC oder Cu/SDC, oder Cu/GDC gebildet ist.
11. Hochtemperatur-Brennstoffzelle aus Brennstoffzellen nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Brennstoffzellen Stacks oder Bündel („Bündle) bilden, die durch Kontaktierungen miteinander elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mit den mechanisch Ie- gierten Pulvern Pasten oder andere Ausgangsstoffe für die
Kontaktierung zwischen Zellen und Zellverbinder gebildet werden .
12. Brennstoffzelleanlage nach Anspruch 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Zellverbinder Schäume, Drähte, Netze, Hohlschnüre od. dgl . sind.
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