WO2011069632A1 - Method and device for charging a current collector of a fuel cell with catalyst material - Google Patents

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WO2011069632A1
WO2011069632A1 PCT/EP2010/007419 EP2010007419W WO2011069632A1 WO 2011069632 A1 WO2011069632 A1 WO 2011069632A1 EP 2010007419 W EP2010007419 W EP 2010007419W WO 2011069632 A1 WO2011069632 A1 WO 2011069632A1
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current collector
concentration
catalyst
nozzle
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PCT/EP2010/007419
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Marc Bednarz
Stefan Kieslinger
Holger Kuhn
Norbert Ottmann
Uwe WÜRTENBERGER
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Mtu Onsite Energy Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for loading a Stromkol- lektors a fuel cell with catalyst material.
  • the invention also relates to such a loaded current collector and a fuel cell stack equipped with such current collectors.
  • a larger number of fuel cells is usually arranged in the form of a stack, the fuel cells each having an anode, a cathode and an electrolyte arranged between the anode and the cathode.
  • the individual fuel cells of the stack are separated from each other by bipolar plates and electrically contacted.
  • each Storm collectors are provided which serve to electrically contact the anodes or cathodes on the one hand and on the other hand pass reaction gases to these.
  • each sealing elements are provided which form a lateral seal of the fuel cell and thus the fuel cell stack against leakage of anode and cathode gas.
  • the electrolyte material typically consists of binary or ternary alkali carbonate melts (for example mixed melts of lithium and potassium carbonate) fixed in a porous matrix.
  • molten carbonate fuel cells typically reach working temperatures of about 650 ° C.
  • a reaction of hydrogen with carbonate ions to water and carbon dioxide takes place with electron release.
  • oxygen reacts with carbon dioxide to form carbonate ions. This heat is released.
  • the alkali carbonate melt used as the electrolyte supplies the carbonate ions required for the anode half reaction and, on the other hand, absorbs the carbonate ions formed in the cathode half reaction.
  • the anode side of the fuel cell is usually a hydrocarbon-containing energy source, such as methane, which may for example come from natural gas or biogas, and fed water from which by so-called internal reforming of the hydrogen required for the anode half reaction is obtained.
  • the anode exhaust gas is mixed with additionally supplied air and then catalytically oxidized to remove any residual components of the fuel gas.
  • the resulting gas mixture now contains carbon dioxide and oxygen, that is, exactly the gases required for the cathode half reaction, so that anode exhaust after fresh air and catalytic oxidation can be initiated directly into the cathode half-cell.
  • the hot exhaust air exiting the cathode outlet is pollutant-free and can be reused thermally.
  • the electrical efficiency of the molten carbonate fuel cell is already 45 to 50% and, using the heat released during the overall process, an overall efficiency of approximately 90% can be achieved.
  • the internal reforming to recover the hydrogen needed for the anode half reaction from a hydrocarbonaceous energy source can be carried out in the fuel cell stack in essentially two ways.
  • IIR indirect internal reforming
  • several separate chambers in which a reforming catalyst material is located within the fuel cell stack.
  • the hydrocarbonaceous energy source to be reformed is first passed through these chambers.
  • the hydrogen-gas-containing reformed energy carrier is then passed into the anode half-cells of the fuel cell stack.
  • DIR direct internal reforming
  • the reformed catalyst is located inside the anode chambers of the fuel cell, so that the hydrogen gas released during the reforming is produced directly at the anode.
  • the anode half cell is bounded on the one hand by the anode and on the other hand by an electrically conductive bipolar plate which separates the anode chamber from the cathode chamber of the cell adjacent to the fuel cell stack.
  • an anode current collector In the anode chamber there is also an anode current collector, which on the one hand must ensure an electrical connection between the anode and the bipolar plate and, on the other hand, a flow path for the fuel gas flowing through the anode half cell.
  • the current collector In a fuel cell with direct internal reforming, the current collector must also take up the reforming catalyst material and ensure effective contacting of the fuel gas with the reformed catalyst material.
  • direct internal reforming different approaches have been developed in the prior art.
  • the applicant's German patent application DE 10358788 A1 describes a porous anode current collector which is coated with a porous layer of a catalyst material.
  • the anode current collector consists of a corrugated or corrugated sheet, so that a structure is formed which on the one hand electrically contacts the anode or the bipolar plate and on the other defines flow paths for the fuel gas flowing through the anode half-cell.
  • the catalyst material is arranged in the wells of the anode current collector plate defined in this way.
  • the wells of the anode current collector can be coated with catalyst material.
  • the invention accordingly relates to a method for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material, wherein an essentially planar current collector is provided, a catalyst material extruded through at least one nozzle and along at least one path on a surface of the current collector so applied that along the at least a web first portions containing catalyst material of a first concentration, and second portions containing catalyst material in a second concentration, which is lower than the first concentration, alternately follow one another.
  • the local loading of the current collector with catalyst material can be varied within a wide range.
  • both the length of the individual sections and the catalyst concentrations can vary.
  • only two media are provided, namely a first medium which contains catalyst material in a first concentration and a second medium which contains catalyst material in a second concentration, and varies the catalyst coverage the current collector only by selecting the lengths of the first portions generated with the first medium and the second portions generated with the second medium.
  • more than two media can be provided for producing more than two different sections, the catalyst concentration differing, at least in one of the media, from the catalyst concentrations of the other media.
  • the inventively provided extrusion of the catalyst material from a nozzle is provided a particularly effective and easily automatable method for loading the current collector with an inhomogeneous distribution of catalyst material.
  • At least one first medium containing catalyst material of the first concentration and at least one second medium containing catalyst material of the second concentration are ejected from the nozzle to form the second portions while moving the nozzle and the current collector along the at least one track relative to each other.
  • the relative movement of nozzle and current collector also includes the possibility that the relative velocity of nozzle and current collector may be 0 while applying the first or the second medium, for example when the first or the second medium is substantially point-like for generation an extremely short first or second section is to be applied.
  • the second concentration of catalyst material is not limited to the bottom. According to one variant of the invention, the second concentration may also be zero, which means that in this variant of the method according to the invention the second sections do not contain any catalyst material.
  • the second medium may be a gaseous, a liquid or a pasty fluid.
  • the second medium may also be a catalyst-free inert gas, for example air, or a catalyst-free paste.
  • the fluid may consist of a thermally decomposable or thermally non-decomposable component or a combination thereof.
  • a transport of electrolyte along a path can be prevented, so that such an accident only leads to a poisoning of a few sections in the environment of the impurity.
  • the first sections can also be produced by operating with only one medium containing catalyst material in the first concentration and ejecting this catalyst material intermittently from the nozzle while holding the nozzle and the current collector. Lektor along the at least one path moves relative to each other.
  • the second sections which contain no catalyst material, result from the fact that the nozzle and the current collector are moved relative to one another while no catalyst material is ejected from the nozzle.
  • catalyst concentrations in the first and second materials or media are not changed, but the catalyst movement on the surface of the current collector is varied by changing the length of the first and second sections along the at least one path.
  • the at least one web is not necessarily a straight-line web, but may have any desired shape.
  • the web can have any desired curves and in some cases also run parallel to itself so that segments formed above the above-mentioned segments are formed, over whose lateral density the catalyst coverage can be varied.
  • a plurality of, for example, a plurality of mutually parallel tracks may be provided, in turn, for varying the catalyst movement, the density of the adjacent web segments of the plurality of webs can be varied.
  • the first sections ie the sections that contribute substantially to the catalyst occupancy, in the direction of at least one web has a length of no more than 10 mm, so that locally a very precise adjustment of the desired assignment of catalyst material can be achieved.
  • any catalyst material extrudable by a nozzle can be used.
  • an aqueous suspension of a catalyst powder is preferably used as the catalyst material.
  • This may be, for example, the catalyst material described in US Pat. No. 6,942,943, the entire contents of which are hereby expressly incorporated by reference.
  • the catalyst material described therein is a highly viscous, doughy material that can only be extruded from a nozzle under high pressure.
  • a pumpable aqueous suspension is preferably used.
  • the pumpable catalyst material preferably consists of an aqueous suspension comprising 38 to 50% by weight of a catalyst powder, 10 to 30% by weight of a polyhydric alcohol, preferably glycerol, and 0.5 to 5% by weight of fiber materials.
  • the catalyst powder is preferably a nickel-based catalyst powder known per se used in internal reforming.
  • the polyhydric alcohol is preferably glycerol.
  • the fiber material may be a mixture of longer and shorter fibers.
  • the catalyst powder consists of particles in which 10% have a diameter of less than 1 .mu.m, 50% have a diameter of less than 4.0 .mu.m, and 90% have a diameter of less than 15.5 .mu.m.
  • a suitable reforming catalyst for the preparation of the pumpable catalyst material is described, for example, in international patent application WO 2008/104536, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the viscosity of the pumpable catalyst material is less than 6000 Pa s.
  • feed speeds of 200-400 mm per second can be achieved, for example, in the case of channels having a width or depth of 2 to 5 mm.
  • the recess is at least partially coated with an adhesive to further improve the maintenance of the catalyst material in the well.
  • adhesives are suitable. As an example may be mentioned based on vinyl acetate and ethylene only polymer dispersions, such as those sold by the company. Wacker Chemie AG, Kunststoff, Germany, under the trade name VINNAPAS ®.
  • the catalyst material is preferably at a temperature of 50 to 160 ° C., more preferably at a temperature of 80 to 120 ° C., for a period of 1 to 10 minutes, preferably 2 to 5 minutes , dried.
  • the current collectors with the dried catalyst material can then be conditioned by burning out the catalyst material in such a way that the catalyst material is already present in the desired porosity is present.
  • the current collectors with the dried catalyst material are first assembled into a fuel cell stack. The burning out of the catalyst material then takes place only when the fuel cell starts up.
  • the catalyst material has a porosity of preferably 65 to 75%.
  • the catalyst material then has pores, of which preferably 40 to 50% by volume have a diameter of less than 0.01 ⁇ m. Less than 1% by volume, preferably less than 0.5% by volume, of the pores have a diameter of more than 5 ⁇ m. The rest of the pores have a diameter of 0.01 to 5 ⁇ .
  • the invention also relates to an apparatus for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material having an applicator for applying catalyst material to the storm collector in the form of at least one track on a surface of the current collector, the applicator comprising at least one nozzle for extruding a first medium containing catalyst material and means for forming successive first and second portions of said at least one web, said first portions containing catalyst material at a first concentration and said second portions containing catalyst material at a second concentration lower than said first concentration, and conveying means as appropriate are to transport at least the first medium to the nozzle of the applicator.
  • any pump or screw conveyor suitable for conveying the selected catalyst material that is to say in particular an aqueous suspension of a catalyst powder having a viscosity of up to 6,000 Pas, can be used as conveying agent.
  • the conveyor is an eccentric screw pump.
  • the means for forming successive first and second portions of the at least one web are preferably selected from the group consisting of valve means for controlling the nozzle, an injector for introducing a second medium containing catalyst material in the second concentration into the nozzle, as well their combinations.
  • the invention also relates to a current collector for a fuel cell, which has a substantially planar general shape and is loaded on at least one surface with at least one path of a catalyst material, along the at least one path first portions containing catalyst material in a first concentration, and second Sections containing the catalyst material in a second Concentration lower than the first concentration, alternately follow one another, wherein at least the first portions consist of an aqueous suspension of a catalyst powder.
  • the invention relates to a fuel cell stack which comprises numerous of the above-mentioned current collectors, wherein the catalyst material applied to the current collectors has dried.
  • the current collectors may have any suitable shape. If in the present application of a substantially flat current collector is mentioned, so are also planar current collectors meant that have a structured surface, such as depressions and / or ribs in which or between which the catalyst pellets are arranged. Such recesses and / or ribs are preferably produced in the form of expanded metal sheets.
  • Figure 1 is a schematic representation of the automatic filling of a current collector with catalyst pellets.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a current collector according to the invention in partial separation
  • Fig. 3 is a schematic representation of a device according to the invention for
  • FIG. 4 is a schematic representation of the applicator head of FIG. 1;
  • FIG. and FIG. 5 shows a cross-sectional view of the applicator head of FIG. 4 along the
  • FIG. 1 schematically shows a device for automatic filling of a current collector 10 with catalyst material according to the method of the invention.
  • the current collector 10 in the example shown consists of an approximately 0.2 mm thick, substantially flat, nickel-coated stainless steel sheet 1 1 with a top 12 and a bottom 13, which is structured by sectional folding so that on the top recesses 14 and on the Bottom recesses 15 are formed.
  • Thieves- Drawings "top side” and “bottom side” refer only to the exemplary representation of Figure 1 and are not intended to limit the orientation of the current collector in a fuel cell stack, for example, the fuel cell stack according to the invention can be arranged in a horizontal stack or even in a vertical stack Recesses 4 are in the installed state on the side remote from the anode of a fuel cell element side of the sheet 1 1.
  • the outside of the bottom portion 16 of the recess 14 thereby forms a support surface for the anode, while the outside of the bottom portion 17 of the recess 15, in the illustration 1 thus the upper side of the recess 15 formed by the recess-like structure, the contact surface to the Bipolarblech of the fuel cell element forms.
  • each recess 14 consists of individual longitudinally successive and transversely offset portions 18-21, the offset of successive portions being equal but opposite, such that a substantially longitudinally extending channel 22 is formed.
  • the depression 14 has a width of approximately 4 mm and the depression 15 has a width of approximately 2 mm.
  • the recesses 14 and 15 alternate in the transverse direction, so that numerous mutually parallel channels 22 are formed in the plane of the sheet 11.
  • Successive sections 18 to 21 of a channel 22 are each offset transversely to the longitudinal direction of the channel 22 by an offset of about 1 mm, which corresponds to 50% of the width of the recess 15.
  • the depth of the channel 22 is about 2 mm and the length of the individual successive sections is about 3 mm. Due to the mutually offset portions 18 to 21, openings 23 are formed in the recesses, which allow a gas exchange between the top 12 and bottom 13 of the current collector plate 11.
  • additional openings in the form of holes 24 can be recessed in the bottom of the recesses 14, as in the example shown, in particular to improve the access of the reformed hydrogen gas to the anode. Since the width of the recesses 14 is greater than the width of the recesses 15, the anode is effectively supported, so that creeping or sinking of the anode into the current collector can be avoided.
  • the channels 22 formed by the depressions 14 are filled with catalyst material 25. As schematically illustrated in FIG. 1, a nozzle 26, which has a nozzle opening 27, dips into one of the channels 22 formed by the depressions 14 for introducing the catalyst material 25.
  • the nozzle 26 is mounted on a movable applicator head 28 of a generally designated by the reference numeral 29 according to the invention device for loading the current collector with catalyst pellets.
  • the movement of the applicator head 28 can be realized in many different ways. By way of example only, a fully movable robotic arm 30 having six degrees of freedom is shown in the schematic representation of FIG. Such complete mobility of the applicator head 28 is generally not required. Rather, it is usually sufficient to move the applicator head 28 with an XYZ transmission in succession along the individual channels 22 of the current collector 10.
  • the applicator head 28 is connected via a delivery line 31 to a storage vessel 32.
  • a feed pump 33 transports the catalyst material from the storage vessel 32 to the applicator head 42.
  • the current collector 10 can be moved relative to a stationary applicator head.
  • the present invention is characterized in that a pumpable catalyst material is used in the present invention, so that an elaborate movement of the large-area current collectors when filling with catalyst material is dispensed with, but instead the filling with catalyst material can be realized via a movable applicator head, which is technically much less expensive.
  • webs of catalyst material are extruded onto the current collector, which have first and second sections, each with a different catalyst concentration.
  • the catalyst segments 18 and 20 each comprise a first section containing catalyst material and the catalyst segment 19 disposed therebetween forms one of the second sections containing less or no catalyst material.
  • the current collector 34 of the Füg. 2 may be, for example, a sheet metal having slot bridges 35, as shown for example in US 6,942,943 or DE 195 17 451.
  • the slot bridges 35 are arranged so that recesses remain between adjacent slot bridges, forming channels 36 into which the tracks 37 of the catalyst material can be introduced.
  • Each lane 37 of the catalyst material consists of a a sequence of first sections 39 (symbolized as filled rectangles in FIG. 2) and second sections 40 (symbolized as open rectangles in FIG. 2), each containing a different catalyst concentration, the second sections in particular being free of catalyst material.
  • the first and second portions are not offset from each other in Figure 2, but form a continuous strand. Due to the different lengths of the first and second sections in different regions of the current collector, a locally varying coverage of catalyst material can be achieved.
  • the current collector is installed in the fuel cell stack such that the lower edge 41 of the current collector is located at the input of the anode half cell and the upper edge 42 at the output of the anode half cell.
  • the left side 43 of the current collector is oriented in the representation of Figure 2 to the input of the cathode half-cell out, while the right side 44 of the current collector to the output of the cathode half cell has. With the occupancy shown in FIG. 2, a more uniform temperature distribution during operation of the fuel cell can be achieved.
  • the current density is high due to the high hydrogen content in the anode gas and much hydrogen is needed and consumed in the electrochemical oxidation of the hydrogen to water so that it becomes hydrogen-contaminated in higher levels comes.
  • no reforming catalyst is now provided, so that the cell heats up. Rather, the reforming catalyst is arranged in the middle region of the anode half-cell, so that there methane is converted endothermically to hydrogen. The catalyst thus partially compensates for the balance shifted due to the hydrogen depletion.
  • the strand is interrupted again by a section without catalyst after a certain length (for example of a maximum of 10 mm)
  • a certain length for example of a maximum of 10 mm
  • hydrogen is still consumed due to the electrochemistry of the fuel cell.
  • the gas After a freely selectable route, which may also depend on the specific position within the anode half-cell, the gas again meets a section of catalyst material and a further reforming process takes place. Thus, the gas is gradually cooled and partially converted to hydrogen. The remaining methane is directed to a hot spot at the anode exit / cathode exit area and is thus also available for cooling in the upper area of the fuel cell.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device according to the invention for loading the current collector with the first and second sections of catalyst material.
  • an applicator 28 for a first medium containing the catalyst material 25 in a first concentration is shown, which generates a continuous strand of the catalyst material 25.
  • an injector 46 for a second medium 47 containing catalyst material in a second concentration for example a catalyst-free second medium, is shown, which intermittently injects the second medium 47 into the continuous strand of the first medium 25. This results in a strand 48, in which alternate sections 49 of the first medium with sections 50 of the second medium.
  • FIGS. 4 and 5 show a schematic representation of the applicator head 28 of FIG. 1, which has an additional injector 46 for introducing the second medium 47 into the first medium 25.
  • the applicator head 28 consists of two half-shells 52, 53 connected by screws 51, which are sealed together along the plane indicated by the line VV.
  • FIG. 4 shows the side view and FIG. 5 shows a cross-sectional view of the applicator head along the plane defined by the line VV.
  • the catalyst-containing first medium 25 conducted into the applicator head 28 via the delivery line 31 is continuously extruded, for example by means of the delivery pump 33 of FIG.
  • the injector 46 may be formed, for example, for a continuous delivery of the second medium into the strand, so the first sections also from a Combination of first and second medium can exist and the second sections consist only of the second medium.
  • the injector may be formed, for example, as a piezo valve, since with piezo valves very short switching times and thus short interruptions can be generated. Piezo valves of this type are available, for example, as a piezo slide from PICO Dosiertechnik GmbH & Co. KG, 82110 Germering, Germany. Thus, very high feed rates and short application times can be realized.
  • the catalyst-free second medium is injected intermittently via the supply line 54, for example by means of a piezo valve (not shown) into the needle opening 55 of the nozzle 26 of the applicator head 28.
  • the catalyst strand is thus interrupted by catalyst-free reactive material. If longer second sections are to be produced, either the pumping capacity of the pump 33 can be reduced or a (not shown) intermediate reservoir can be introduced for the pumped first catalyst-containing material, so that a time-consuming raising and lowering of the pumping pump is avoided and a high application speed of the pump Stranges can be maintained.
  • a further advantage is an increase in the surface area of the catalyst material accessible to the fuel gas and the formation of turbulence at the edges of the extrudates, resulting in better mixing of the gases introduced into the cell.
  • the first medium may comprise not only a catalyst slip, but also a coupling agent, so that the adhesive is applied simultaneously with the catalyst slip.
  • the primer / adhesive as the second medium and the second medium not only to form the second portions but also during the promotion of the catalyst-containing first medium release a small proportion of the second medium, so that this small amount of second medium adheres to the geometric surface of the extrudate and is discharged with the extrudate.
  • the extrudate surface can be completely or partially coated with the adhesion promoter.
  • the first sections thus produced adhere to the current collector due to the curing of the second medium contained in the first sections.
  • the entry quantity of the second medium can be increased in a short time.

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Abstract

The invention relates to a method for charging a current collector of a fuel cell with catalyst material, wherein a substantially planar current collector is provided, a catalyst material is extruded through at least one die and applied along at least one web to a surface of the current collector such that first sections containing catalyst material in a first concentration alternate along the at least one web with second sections containing catalyst material in a second concentration that is lower than the first concentration. The invention also relates to a device for charging a current collector of a fuel cell with catalyst material, comprising an applicator (28) for applying catalyst material (25) to the current collector in the form of at least one web to a surface of the current collector, wherein the applicator comprises at least one die (26) for extruding a first medium (25) containing catalyst material and means for forming successive first and second sections (39, 40; 49, 50) of the at least one web, wherein the first sections (39, 49) contain catalyst material in a first concentration and the second sections (40, 50) contain catalyst material in a second concentration that is lower than the first concentration, and conveying means (33) suitable for transporting at least the first medium to the die of the applicator.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Beladung eines Stromkollektors einer Brennstoffzelle mit Katalysatormaterial  Method and device for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beladung eines Stromkol- lektors einer Brennstoffzelle mit Katalysatormaterial. Die Erfindung betrifft außerdem einen derart beladenen Stromkollektor und einen mit derartigen Stromkollektoren ausgerüsteten Brennstoffzellenstapel. The invention relates to a method and a device for loading a Stromkol- lektors a fuel cell with catalyst material. The invention also relates to such a loaded current collector and a fuel cell stack equipped with such current collectors.
Zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Brennstoffzellen wird üblicherweise eine größere Anzahl von Brennstoffzellen in Form eines Stapels angeordnet, wobei die Brennstoffzellen jeweils eine Anode, eine Kathode und einen zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyten aufweisen. Die einzelnen Brennstoffzellen des Stapels sind jeweils durch Bipolarplatten voneinander getrennt und elektrisch kontaktiert. An den Anoden und den Kathoden sind jeweils Stormkollektoren vorgesehen, die dazu dienen, die Anoden bzw. Kathoden einerseits elektrisch zu kontaktieren und andererseits Reaktionsgase an diesen vorbeizuführen. Im Randbereich von Anode, Kathode und Elektrolytmatrix sind jeweils Dichtungselemente vorgesehen, welche eine seitliche Abdichtung der Brennstoffzellen und damit des Brennstoffzellenstapels gegen ein Austreten von Anoden- und Kathodengas bilden. To generate electrical energy by means of fuel cells, a larger number of fuel cells is usually arranged in the form of a stack, the fuel cells each having an anode, a cathode and an electrolyte arranged between the anode and the cathode. The individual fuel cells of the stack are separated from each other by bipolar plates and electrically contacted. At the anodes and the cathodes each Storm collectors are provided which serve to electrically contact the anodes or cathodes on the one hand and on the other hand pass reaction gases to these. In the edge region of the anode, cathode and electrolyte matrix each sealing elements are provided which form a lateral seal of the fuel cell and thus the fuel cell stack against leakage of anode and cathode gas.
Bei einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle besteht das Elektrolytmaterial typischerweise aus binären oder ternären Alkalikarbonatschmelzen (beispielsweise Mischschmelzen aus Lithium- und Kaliumkarbonat), die in einer porösen Matrix fixiert sind. Im Betrieb erreichen Schmelzkarbonatbrennstoffzellen typischerweise Arbeitstemperaturen von etwa 650°C. Dabei findet auf der Anodenseite eine Reaktion von Wasserstoff mit Karbonationen zu Wasser und Kohlendioxid unter Elektronenfreisetzung statt. Katho- denseitig reagiert Sauerstoff mit Kohlendioxid unter Elektronenaufnahme zu Karbonationen. Dabei wird Wärme frei. Die als Elektrolyt verwendete Alkalikarbonatschmelze liefert einerseits die für die Anodenhalbreaktion benötigten Karbonationen und nimmt andererseits die bei der Kathodenhalbreaktion entstehenden Karbonationen auf. In der Praxis wird der Anodenseite der Brennstoffzelle meist ein kohlenwasserstoffhaltiger Energieträger, wie beispielsweise Methan, das beispielsweise aus Erdgas oder Biogas stammen kann, sowie Wasser zugeführt, aus welchem durch sogenannte interne Re- formierung der für die Anodenhalbreaktion benötigte Wasserstoff gewonnen wird. Das Anodenabgas wird mit zusätzlich zugeführter Luft gemischt und anschließend zur Beseitigung etwaiger Restbestandteile des Brenngases katalytisch oxidiert. Das entstehende Gasgemisch enthält nun Kohlendioxid und Sauerstoff, also genau die für die Kathodenhalbreaktion benötigten Gase, so dass Anodenabgas nach Frischluftzufuhr und katalytischer Oxidation unmittelbar in die Kathodenhalbzelle eingeleitet werden kann. In a molten carbonate fuel cell, the electrolyte material typically consists of binary or ternary alkali carbonate melts (for example mixed melts of lithium and potassium carbonate) fixed in a porous matrix. In operation, molten carbonate fuel cells typically reach working temperatures of about 650 ° C. In this case, on the anode side, a reaction of hydrogen with carbonate ions to water and carbon dioxide takes place with electron release. On the cathode side, oxygen reacts with carbon dioxide to form carbonate ions. This heat is released. On the one hand, the alkali carbonate melt used as the electrolyte supplies the carbonate ions required for the anode half reaction and, on the other hand, absorbs the carbonate ions formed in the cathode half reaction. In practice, the anode side of the fuel cell is usually a hydrocarbon-containing energy source, such as methane, which may for example come from natural gas or biogas, and fed water from which by so-called internal reforming of the hydrogen required for the anode half reaction is obtained. The anode exhaust gas is mixed with additionally supplied air and then catalytically oxidized to remove any residual components of the fuel gas. The resulting gas mixture now contains carbon dioxide and oxygen, that is, exactly the gases required for the cathode half reaction, so that anode exhaust after fresh air and catalytic oxidation can be initiated directly into the cathode half-cell.
Die am Kathodenausgang austretende heiße Abluft ist schadstofffrei und kann ther- misch weiterverwertet werden. Der elektrische Wirkungsgrad der Schmelzkarbonat- Brennstoffzelle liegt bereits bei 45 bis 50% und unter Nutzung der bei dem Gesamtpro- zess feigesetzten Wärme lässt sich ein Gesamtwirkungsgrad von ca. 90% erreichen. The hot exhaust air exiting the cathode outlet is pollutant-free and can be reused thermally. The electrical efficiency of the molten carbonate fuel cell is already 45 to 50% and, using the heat released during the overall process, an overall efficiency of approximately 90% can be achieved.
Die interne Reformierung zur Gewinnung des für die Anodenhalbreaktion benötigten Wasserstoffs aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Energieträger kann in dem Brennstoffzellenstapel im Wesentlichen auf zwei Arten durchgeführt werden. Bei der sogenannten indirekten internen Reformierung (IIR) werden mehrere separate Kammern, in denen sich ein Reformierkatalysatormaterial befindet, innerhalb des Brennstoffzellenstapels angeordnet. Der zu reformierende kohlenwasserstoffhaltige Energieträger wird zunächst durch diese Kammern geleitet. Der wasserstoffgashaltige reformierte Energieträger wird anschließend in die Anodenhalbzellen des Brennstoffzellenstapels geleitet. Bei der sogenannten direkten internen Reformierung (DIR) befindet sich der reformierte Katalysator innerhalb der Anodenkammern der Brennstoffzelle, so dass das bei der Reformierung freigesetzte Wasserstoffgas unmittelbar an der Anode entsteht. The internal reforming to recover the hydrogen needed for the anode half reaction from a hydrocarbonaceous energy source can be carried out in the fuel cell stack in essentially two ways. In the so-called indirect internal reforming (IIR) several separate chambers, in which a reforming catalyst material is located within the fuel cell stack. The hydrocarbonaceous energy source to be reformed is first passed through these chambers. The hydrogen-gas-containing reformed energy carrier is then passed into the anode half-cells of the fuel cell stack. In the so-called direct internal reforming (DIR), the reformed catalyst is located inside the anode chambers of the fuel cell, so that the hydrogen gas released during the reforming is produced directly at the anode.
Die Anodenhalbzelle wird einerseits von der Anode und andererseits von einem elektrisch leitfähigen Bipolarblech begrenzt, welches die Anodenkammer von der Kathodenkammer der im Brennstoffzellenstapel angrenzenden Zelle trennt. In der Anodenkammer befindet sich außerdem ein Anodenstromkollektor, welcher einerseits eine elektrische Verbindung zwischen der Anode und dem Bipolarblech und andererseits einen Strömungsweg für das durch die Anodenhalbzelle strömende Brenngas gewährleisten muss. Bei einer Brennstoffzelle mit direkter interner Reformierung muss der Stromsammler außerdem das Reformierkatalysatormaterial aufnehmen und für eine effektive Kontaktierung des Brenngases mit dem reformierten Katalysatormaterial sor- gen. Für die direkte interne Reformierung wurden dazu im Stand der Technik unterschiedliche Lösungsansätze entwickelt. So beschreibt die deutsche Patentanmeldung DE 10358788 A1 der Anmelderin einen porösen Anodenstromkollektor, der mit einer porösen Schicht eines Katalysatormaterials beschichtet ist. Häufig besteht der Anodenstromkollektor aus einem gerippten oder gewellten Blech, so dass eine Struktur entsteht, die einerseits die Anode bzw. das Bipolarblech elektrisch kontaktiert und andererseits Strömungspfade für das durch die Anodenhalbzelle strömende Brenngas definiert. In den so definierten Vertiefungen des Anodenstromkollektorbleches ist das Katalysatormaterial angeordnet. Beispielsweise können die Vertiefungen des Anoden- stromkollektors mit Katalysatormaterial beschichtet sein. In dem amerikanischen Pa- tent US 5,468,573 wird ein gewellter Anodenstromkollektor mit sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefungen beschrieben, in denen zahlreiche vorgefertigte, zylindrische Katalysatorpellets angeordnet sind. Das Einbringen zahlreicher zylindrischer Katalysatorpellets in großflächige Stromkollektoren ist jedoch sehr aufwendig. Zur Verein- fachung der Beladung des Stromkollektors mit Katalysatorpellets wird in der internationalen Patentanmeldung WO 2008/141071 A1 die Verwendung einer weitgehend automatisierten Bestückungsvorrichtung vorgeschlagen. Eine solche Anlage ist aufgrund der erforderlichen Präzision, mit welcher die Katalysatorpellets in die Vertiefungen eingebracht werden müssen, sehr kostenintensiv und störungsanfällig. Demgegenüber schlägt das Patent US 6,942,943 vor, die geradlinigen Vertiefungen eines Stromkollektors anstelle von zahlreichen, hintereinander angeordneten, kurzen zylindrischen Pellets, einen kontinuierlichen Strang des Katalysatormaterials in jede längliche Vertiefung des Stromkollektorbleches einzubringen. Gemäß US 6,942,943 wird eine teigartige, sehr hochvisköse Katalysatormasse verwendet, die über einen Hochdruckstempel und eine Düse als definierter zylindrischer Strang extrudiert wird. Die Handhabung dieses Katalysatorteigs ist daher aufwendig und behindert eine schnelle Befüllung des Stromkollektors mit Katalysatormaterial. Außerdem ist die Konzentration des Katalysatormaterials innerhalb des Strangs konstant. Da die Reformierungsreaktion endotherm ist, kann die Reformierung des kohlenwas- serstoffhaltigen Gases auch dazu verwendet werden, die im Betrieb der Brennstoffzelle entstehende Wärme abzuführen. Es wurde außerdem bereits vorgeschlagen, durch eine in der Fläche ungleichmäßige Katalysatorverteilung die Temperaturverteilung der Brennstoffzelle zu modifizieren. So wird in US 4,567,117 eine flächig mit Katalysator- material beschichtete Platte beschrieben, bei der die Katalysatormenge und/oder die Katalysatoraktivität in Richtung Anodenausgang zunimmt. Die Erzeugung einer derartigen ungleichmäßigen Katalysatorverteilung ist bei Verwendung eines flächig auf einen Träger aufgebrachten Katalysatormaterials jedoch aufwendig. Außerdem wird in US 7,431 ,746 eine indirekte interne Reformiereinheit beschrieben, die in mehrere Zonen mit unterschiedlicher Katalysatorbeladung unterteilt ist. Dieses Dokument beschreibt aber keine Möglichkeit, wie eine derartige inhomogene Katalysatorverteilung einfach, kostengünstig und schnell hergestellt werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Beladung eines Stromkollektors einer Brennstoffzelle mit Katalysatormaterial bereitzustellen, das eine kostengünstige Herstellung von Stromkollektoren mit inhomogener Katalysatorverteilung ermöglicht. Ferner soll eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie ein entsprechender Stromkollektor bzw. ein mit derartigen Stromkollektoren ausgerüsteter Brennstoffzellenstab bereitgestellt werden. The anode half cell is bounded on the one hand by the anode and on the other hand by an electrically conductive bipolar plate which separates the anode chamber from the cathode chamber of the cell adjacent to the fuel cell stack. In the anode chamber there is also an anode current collector, which on the one hand must ensure an electrical connection between the anode and the bipolar plate and, on the other hand, a flow path for the fuel gas flowing through the anode half cell. In a fuel cell with direct internal reforming, the current collector must also take up the reforming catalyst material and ensure effective contacting of the fuel gas with the reformed catalyst material. For direct internal reforming, different approaches have been developed in the prior art. For example, the applicant's German patent application DE 10358788 A1 describes a porous anode current collector which is coated with a porous layer of a catalyst material. Frequently, the anode current collector consists of a corrugated or corrugated sheet, so that a structure is formed which on the one hand electrically contacts the anode or the bipolar plate and on the other defines flow paths for the fuel gas flowing through the anode half-cell. The catalyst material is arranged in the wells of the anode current collector plate defined in this way. For example, the wells of the anode current collector can be coated with catalyst material. In the American Pa US Pat. No. 5,468,573 describes a corrugated anode current collector with recesses extending in the longitudinal direction, in which numerous prefabricated, cylindrical catalyst pellets are arranged. The introduction of numerous cylindrical catalyst pellets in large-scale current collectors is very expensive. To simplify the loading of the current collector with catalyst pellets, the use of a largely automated assembly device is proposed in international patent application WO 2008/141071 A1. Such a system is very costly and prone to failure due to the required precision with which the catalyst pellets must be introduced into the wells. On the other hand, US Pat. No. 6,942,943 proposes to insert the rectilinear wells of a current collector into each elongated depression of the current collector plate, instead of numerous, successively arranged, short cylindrical pellets. According to US Pat. No. 6,942,943, a dough-like, very high-viscosity catalyst mass is used, which is extruded via a high-pressure punch and a nozzle as a defined cylindrical strand. The handling of this catalyst dough is therefore complicated and hampers rapid filling of the current collector with catalyst material. In addition, the concentration of the catalyst material within the strand is constant. Since the reforming reaction is endothermic, the reforming of the hydrocarbon-containing gas can also be used to dissipate the heat generated during operation of the fuel cell. It has also been proposed to modify the temperature distribution of the fuel cell by an uneven catalyst distribution in the surface. Thus, in US Pat. No. 4,567,117, a plate coated with catalyst material is described, in which the amount of catalyst and / or the catalyst activity increases in the direction of the anode outlet. However, the generation of such an uneven catalyst distribution is complicated when using a catalyst material applied flat on a support. In addition, US Pat. No. 7,431,746 describes an indirect internal reforming unit which is subdivided into several zones with different catalyst loading. However, this document does not describe any way in which such an inhomogeneous catalyst distribution can be prepared simply, cheaply and quickly. The present invention is therefore based on the technical problem of providing a method for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material, which allows a cost-effective production of current collectors with inhomogeneous catalyst distribution. Furthermore, a suitable device for Implementation of the method and a corresponding current collector or equipped with such a current collector fuel cell rod can be provided.
Gelöst wird dieses technische Problem durch das Verfahren gemäß vorliegendem Pa- tentanspruch 1 , die Vorrichtung zur Beladung eines Stromkollektors gemäß Anspruch 12, den Stromkollektor gemäß Anspruch 14 und den Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche. Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Beladung eines Stromkollektors einer Brennstoffzelle mit Katalysatormaterial, wobei man einen im Wesentlichen flächigen Stromkollektor bereitstellt, ein Katalysatormaterial durch wenigstens eine Düse extru- diert und entlang wenigstens einer Bahn auf eine Oberfläche des Stromkollektors derart aufbringt, dass entlang der wenigstens einen Bahn erste Abschnitte, die Katalysa- tormaterial einer ersten Konzentration enthalten, und zweite Abschnitte, die Katalysatormaterial in einer zweiten Konzentration enthalten, die niedriger als die erste Konzentration ist, abwechselnd aufeinanderfolgen. Durch geeignete Wahl der Katalysatorkonzentration in den ersten bzw. zweiten Abschnitten sowie der Länge der ersten und zweiten Abschnitte kann die lokale Beladung des Stromkollektors mit Katalysatormate- rial in einem weiten Bereich variiert werden. Während man die Abfolge der ersten und zweiten Abschnitte auf den Stromkollektor aufbringt, können sowohl die Länge der einzelnen Abschnitte als auch die Katalysatorkonzentrationen variieren. This technical problem is solved by the method according to the present patent claim 1, the device for loading a current collector according to claim 12, the current collector according to claim 14 and the fuel cell stack according to claim 15. Advantageous developments of the invention are subject matters of the dependent claims. The invention accordingly relates to a method for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material, wherein an essentially planar current collector is provided, a catalyst material extruded through at least one nozzle and along at least one path on a surface of the current collector so applied that along the at least a web first portions containing catalyst material of a first concentration, and second portions containing catalyst material in a second concentration, which is lower than the first concentration, alternately follow one another. By suitable choice of the catalyst concentration in the first or second sections and the length of the first and second sections, the local loading of the current collector with catalyst material can be varied within a wide range. As one applies the sequence of the first and second sections to the current collector, both the length of the individual sections and the catalyst concentrations can vary.
Gemäß einer besonders bevorzugten und kostengünstigen Variante des erfindungs- gemäßen Verfahrens stellt man jedoch lediglich zwei Medien bereit, nämlich ein erstes Medium, das Katalysatormaterial in einer ersten Konzentration enthält und ein zweites Medium, das Katalysatormaterial in einer zweiten Konzentration enthält, und variiert die Katalysatorbelegung auf dem Stromkollektor lediglich durch Wahl der Längen der mit dem ersten Medium erzeugten ersten Abschnitte bzw. der mit dem zweiten Medium erzeugten zweiten Abschnitte. Selbstverständlich können erfindungsgemäß auch mehr als zwei Medien zur Erzeugung von mehr als zwei unterschiedlichen Abschnitten bereitgestellt werden, wobei sich die Katalysatorkonzentration zumindest in einem der Medien von den Katalysatorkonzentrationen der anderen Medien unterscheidet. Der erfindungsgemäß vorgesehenen Extrusion des Katalysatormaterials aus einer Düse wird ein besonders effektives und einfach automatisierbares Verfahren zur Beladung des Stromkollektors mit einer inhomogenen Verteilung an Katalysatormaterial bereitgestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stößt man zur Bildung der ersten Abschnitte zumindest ein erstes Medium, das Katalysatormaterial mit der ersten Konzentration enthält, und zur Bildung der zweiten Abschnitte zumindest ein zweites Medium, das Katalysatormaterial mit der zweiten Konzentration enthalt, aus der Düse aus, während man die Düse und den Stromkollektor entlang der wenigstens einen Bahn relativ zueinander bewegt. Die Relativbewegung von Düse und Stromkollektor umfasst im vorliegenden Fall aber auch die Möglichkeit, dass die Relativgeschwindigkeit von Düse und Stromkollektor 0 sein kann, während man das erste oder das zweite Medium aufbringt, beispielsweise, wenn das erste oder das zweite Medium im Wesentlichen punktförmig zur Erzeugung eines extrem kurzen ersten oder zweiten Abschnitts aufgebracht werden soll. However, according to a particularly preferred and inexpensive variant of the process according to the invention, only two media are provided, namely a first medium which contains catalyst material in a first concentration and a second medium which contains catalyst material in a second concentration, and varies the catalyst coverage the current collector only by selecting the lengths of the first portions generated with the first medium and the second portions generated with the second medium. Of course, according to the invention, more than two media can be provided for producing more than two different sections, the catalyst concentration differing, at least in one of the media, from the catalyst concentrations of the other media. The inventively provided extrusion of the catalyst material from a nozzle is provided a particularly effective and easily automatable method for loading the current collector with an inhomogeneous distribution of catalyst material. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, at least one first medium containing catalyst material of the first concentration and at least one second medium containing catalyst material of the second concentration are ejected from the nozzle to form the second portions while moving the nozzle and the current collector along the at least one track relative to each other. However, in the present case, the relative movement of nozzle and current collector also includes the possibility that the relative velocity of nozzle and current collector may be 0 while applying the first or the second medium, for example when the first or the second medium is substantially point-like for generation an extremely short first or second section is to be applied.
Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zweite Konzentration an Katalysatormaterial nach unten nicht beschränkt. Gemäß einer Variante der Erfindung kann die zweite Konzentration auch Null sein, was dazu führt, dass bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die zweiten Abschnitte kein Katalysatormaterial enthalten. Further, in the method of the present invention, the second concentration of catalyst material is not limited to the bottom. According to one variant of the invention, the second concentration may also be zero, which means that in this variant of the method according to the invention the second sections do not contain any catalyst material.
Das zweite Medium kann ein gasförmiges, ein flüssiges oder ein pastöses Fluid sein. Beispielsweise kann das zweite Medium auch ein katalysatorfreies inertes Gas, beispielsweise Luft, oder eine katalysatorfreie Paste sein. Das Fluid kann aus einer thermisch zersetzbaren oder einer thermisch nicht zersetzbaren Komponente oder aus einer Kombination daraus bestehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann außerdem die Gefahr einer Vergiftung des Katalysatormaterials verringert werden. Wenn beispielsweise lokal Elektrolyt von der Anode in flüssiger Form auf die mit Katalysatormaterial beladene Seite des Stromkollektors übertritt, wird der flüssige Elektrolyt vom Katalysator aufgesaugt. Wenn Katalysatormaterial, wie in US 6,942,943 beschrieben, in Form langer Stränge vorliegt, wird stets ein gesamter Strang vergiftet. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann durch geeignete Wahl eines des zweiten Mediums, beispielsweise eines für Elektrolyt impermeablen Mediums, ein Transport von Elektrolyt entlang einer Bahn verhindert werden, so dass ein solcher Störfall nur zu einer Vergiftung von wenigen Abschnitten in der Umgebung der Störstelle führt. The second medium may be a gaseous, a liquid or a pasty fluid. For example, the second medium may also be a catalyst-free inert gas, for example air, or a catalyst-free paste. The fluid may consist of a thermally decomposable or thermally non-decomposable component or a combination thereof. With the method according to the invention, moreover, the risk of poisoning of the catalyst material can be reduced. For example, if locally transferring electrolyte from the anode in liquid form to the catalyst material loaded side of the current collector, the liquid electrolyte is absorbed by the catalyst. When catalyst material, as described in US 6,942,943, is in the form of long strands, an entire strand is always poisoned. In the method according to the invention, by a suitable choice of one of the second medium, for example a medium impermeable to electrolyte, a transport of electrolyte along a path can be prevented, so that such an accident only leads to a poisoning of a few sections in the environment of the impurity.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können die ersten Abschnitte auch dadurch erzeugt werden, dass man mit lediglich eine Medium arbeitet, das Katalysatormaterial in der ersten Konzentration enthält, und dieses Katalysatormaterial intermittierend aus der Düse ausstößt, während man die Düse und den Stromkol- lektor entlang der wenigstens einen Bahn relativ zueinander bewegt. Die zweiten Abschnitte, die kein Katalysatormaterial enthalten, entstehen bei dieser Variante des Verfahrens dadurch, dass Düse und Stromkollektor relativ zueinander bewegt werden, während man kein Katalysatormaterial aus der Düse ausstößt. According to a variant of the method according to the invention, the first sections can also be produced by operating with only one medium containing catalyst material in the first concentration and ejecting this catalyst material intermittently from the nozzle while holding the nozzle and the current collector. Lektor along the at least one path moves relative to each other. In this variant of the method, the second sections, which contain no catalyst material, result from the fact that the nozzle and the current collector are moved relative to one another while no catalyst material is ejected from the nozzle.
Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Katalysatorkonzentrationen in den ersten und zweiten Materialien bzw. Medien nicht verändert, sondern die Katalysatorbewegung auf der Oberfläche des Stromkollektors wird durch Veränderung der Länge der ersten und zweiten Abschnitte entlang der wenigs- tens einen Bahn variiert. According to a preferred variant of the method according to the invention, catalyst concentrations in the first and second materials or media are not changed, but the catalyst movement on the surface of the current collector is varied by changing the length of the first and second sections along the at least one path.
Alternativ oder zusätzlich kann man die Katalysatorbelegung auf der Oberfläche des Stromkollektors durch Veränderung der lateralen Dichte der benachbarten Bahnsegment der wenigstens einen Bahn oder der benachbarten Bahnsegmente mehrerer Bahnen variieren. Die wenigstens eine Bahn ist im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise eine geradlinige Bahn, sondern kann eine beliebige Form aufweisen. Insbesondere kann die Bahn beliebige Kurven aufweisen und teilweise auch parallel zu sich selbst verlaufen, so dass sie oben erwähnten benachbarten Bahnen Segmente gebildet werden, über deren laterale Dichte die Katalysatorbelegung variiert werden kann. Ebenso können mehrere, beispielsweise mehrere parallel zueinander verlaufende Bahnen vorgesehen sein, wobei zur Variation der Katalysatorbewegung wiederum die Dichte der benachbarten Bahnsegmente der mehreren Bahnen variiert werden kann. Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die ersten Abschnitte, also die Abschnitte, die im wesentlich zur Katalysatorbelegung beitragen, in Richtung der wenigstens einen Bahn eine Länge von jeweils höchstens 10 mm auf, so dass lokal eine sehr präzise Einstellung der gewünschten Belegung an Katalysatormaterial erzielt werden kann. Alternatively or additionally, one may vary the catalyst coverage on the surface of the current collector by varying the lateral density of the adjacent web segment of the at least one web or the adjacent web segments of multiple webs. For the purposes of the present invention, the at least one web is not necessarily a straight-line web, but may have any desired shape. In particular, the web can have any desired curves and in some cases also run parallel to itself so that segments formed above the above-mentioned segments are formed, over whose lateral density the catalyst coverage can be varied. Likewise, a plurality of, for example, a plurality of mutually parallel tracks may be provided, in turn, for varying the catalyst movement, the density of the adjacent web segments of the plurality of webs can be varied. According to a further variant of the method according to the invention, the first sections, ie the sections that contribute substantially to the catalyst occupancy, in the direction of at least one web has a length of no more than 10 mm, so that locally a very precise adjustment of the desired assignment of catalyst material can be achieved.
Als Katalysatormaterial zur Herstellung der ersten Abschnitte kann jegliches durch eine Düse extrudierbares Katalysatormaterial verwendet werden. Bevorzugt verwendet man als Katalysatormaterial allerdings eine wässrige Suspension eines Katalysatorpulvers. Dabei kann es sich beispielsweise um das in US 6,942,943, auf dessen gesamten Of- fenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, beschriebene Katalysatormaterial handeln. Allerdings handelt es sich bei dem dort beschriebenen Katalysatormaterial um ein hoch viskoses, teigartiges Material, das nur unter hohem Druck aus einer Düse extrudiert werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demgegenüber bevorzugt eine pumpbare wässrige Suspension verwendet. As the catalyst material for producing the first portions, any catalyst material extrudable by a nozzle can be used. However, an aqueous suspension of a catalyst powder is preferably used as the catalyst material. This may be, for example, the catalyst material described in US Pat. No. 6,942,943, the entire contents of which are hereby expressly incorporated by reference. However, the catalyst material described therein is a highly viscous, doughy material that can only be extruded from a nozzle under high pressure. In the process according to the invention, by contrast, a pumpable aqueous suspension is preferably used.
Das pumpbare Katalysatormaterial besteht vorzugsweise aus einer wässrigen Suspen- sion, die 38 bis 50 Gew.-% eines Katalysatorpulvers, 10 bis 30 Gew.-% eines mehrwertigen Alkohols, vorzugsweise Glycerin, und 0,5 bis 5 Gew.-% Fasermaterialien um- fasst. Das Katalysatorpulver ist vorzugsweise ein an sich bekanntes bei einer internen Reformierung verwendetes Katalysatorpulver auf Nickelbasis. Bei dem mehrwertigen Alkohol handelt es sich vorzugsweise um Glycerin. Das Fasermaterial kann ein Ge- misch von längeren und kürzeren Fasern sein. Das Katalysatorpulver besteht aus Partikeln, bei denen 10% einen Durchmesser von weniger als 1 ,0 μηι, 50% einen Durchmesser von weniger als 4,0 μηι und 90% einen Durchmesser von weniger als 15,5 μιη aufweisen. Ein geeigneter Reformierkatalysator zur Herstellung des pumpbaren Katalysatormaterials wird beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO 2008/104536 beschrieben, auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Vorzugsweise beträgt die Viskosität des pumpbaren Katalysatormaterials weniger als 6000 Pa s. The pumpable catalyst material preferably consists of an aqueous suspension comprising 38 to 50% by weight of a catalyst powder, 10 to 30% by weight of a polyhydric alcohol, preferably glycerol, and 0.5 to 5% by weight of fiber materials. summarizes. The catalyst powder is preferably a nickel-based catalyst powder known per se used in internal reforming. The polyhydric alcohol is preferably glycerol. The fiber material may be a mixture of longer and shorter fibers. The catalyst powder consists of particles in which 10% have a diameter of less than 1 .mu.m, 50% have a diameter of less than 4.0 .mu.m, and 90% have a diameter of less than 15.5 .mu.m. A suitable reforming catalyst for the preparation of the pumpable catalyst material is described, for example, in international patent application WO 2008/104536, the content of which is hereby incorporated by reference. Preferably, the viscosity of the pumpable catalyst material is less than 6000 Pa s.
Da das Katalysatormaterial bei Verlassen der Düse eine geringe Viskosität aufweist, können beispielsweise bei Kanälen mit einer Breite bzw. Tiefe von 2 - 5 mm Vorschubgeschwindigkeiten von 200 - 400 mm pro Sekunde verwirklicht werden. Since the catalyst material has a low viscosity when leaving the nozzle, feed speeds of 200-400 mm per second can be achieved, for example, in the case of channels having a width or depth of 2 to 5 mm.
Je nach Material des Stromkollektorblechs und Zusammensetzung des eingegossenen Katalysatormaterials kann man bereits eine gute Haftung des Katalysatormaterials in den Vertiefungen erreichen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird man aber vor dem Einbringen des Katalysatormaterials die Vertiefung zumindest teilweise mit einem Haftmittel beschichten, um den Halt des Katalysatormaterials in der Vertiefung weiter zu verbessern. Unterschiedlichste kommerziell erhältliche Haftmittel sind dazu geeignet. Exemplarisch seien lediglich Polymerdispersionen auf Basis von Vinylacetat und Ethylen genannt, wie sie von der Fa. Wacker Chemie AG, München, Deutschland, unter der Handelsmarke VINNAPAS® vertrieben werden. Depending on the material of the current collector plate and the composition of the cast-in catalyst material, it is already possible to achieve good adhesion of the catalyst material in the depressions. According to a preferred embodiment of the method according to the invention but before the introduction of the catalyst material, the recess is at least partially coated with an adhesive to further improve the maintenance of the catalyst material in the well. Various commercially available adhesives are suitable. As an example may be mentioned based on vinyl acetate and ethylene only polymer dispersions, such as those sold by the company. Wacker Chemie AG, Munich, Germany, under the trade name VINNAPAS ®.
Nach dem Einbringen des Katalysatormaterials in die Vertiefung wird das Katalysator- material vorzugsweise bei einer Temperatur von 50 bis 160 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 80 bis 120°C während eines Zeitraums von 1 bis 10 Minuten, vorzugsweise von 2 bis 5 Minuten, getrocknet. Die Stromkollektoren mit dem getrockneten Katalysatormaterial können anschließend durch Ausbrennen das Katalysatormaterials so konditioniert werden, dass das Katalysatormaterial bereits mit in der ge- wünschten Porosität vorliegt. Üblicherweise werden die Stromkollektoren mit dem getrockneten Katalysatormaterial aber zunächst zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengebaut. Das Ausbrennen des Katalysatormaterials erfolgt dann erst beim Anfahren der Brennstoffzelle. After introduction of the catalyst material into the depression, the catalyst material is preferably at a temperature of 50 to 160 ° C., more preferably at a temperature of 80 to 120 ° C., for a period of 1 to 10 minutes, preferably 2 to 5 minutes , dried. The current collectors with the dried catalyst material can then be conditioned by burning out the catalyst material in such a way that the catalyst material is already present in the desired porosity is present. Usually, however, the current collectors with the dried catalyst material are first assembled into a fuel cell stack. The burning out of the catalyst material then takes place only when the fuel cell starts up.
Glyzerin und Fasermaterialien werden beim Ausbrennen des Katalysatormaterials beseitigt. Im ausgebrannten Zustand weist das Katalysatormaterial eine Porosität von vorzugsweise 65 bis 75 % auf. Das Katalysatormaterial weist dann Poren auf, von denen vorzugsweise 40 bis 50 Vol.% einen Durchmesser von weniger als 0,01 μηι auf- weisen. Weniger als 1 Vol.%, vorzugsweise weniger als 0,5 Vol.% der Poren weisen einen Durchmesser von mehr als 5 μιη auf. Der Rest der Poren hat einen Durchmesser von 0,01 bis 5 μηι. Glycerine and fiber materials are eliminated upon burnout of the catalyst material. In the burned-out state, the catalyst material has a porosity of preferably 65 to 75%. The catalyst material then has pores, of which preferably 40 to 50% by volume have a diameter of less than 0.01 μm. Less than 1% by volume, preferably less than 0.5% by volume, of the pores have a diameter of more than 5 μm. The rest of the pores have a diameter of 0.01 to 5 μηι.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Beladung eines Stromkollektors einer Brennstoffzelle mit Katalysatormaterial mit einem Applikator zum Aufbringen von Katalysatormaterial auf den Stormkollektor in Form von wenigstens einer Bahn auf eine Oberfläche des Stromkollektors, wobei der Applikator wenigstens eine Düse zum Extrudieren eines ersten, Katalysatormaterial enthaltenden Mediums und Mittel zur Bildung aufeinanderfolgender erster und zweiter Abschnitte der wenigstens einen Bahn aufweist, wobei die ersten Abschnitte Katalysatormaterial in einer ersten Konzentration enthalten und die zweiten Abschnitte Katalysatormaterial in einer zweiten Konzentration, die niedriger als die erste Konzentration ist, enthalten, und Fördermitteln, die geeignet sind, zumindest das erste Medium zu der Düse des Applikators zu transportieren. Als Fördermittel ist jede zur Förderung des ausgewählten Katalysatormaterials, also insbesondere einer wässrigen Suspension eines Katalysatorpulvers mit einer Viskosität von bis zu 6.000 Pas geeignete Pumpe oder Förderschnecke verwendbar. Bevorzugt ist das Fördermittel eine Exzenterschneckenpumpe. The invention also relates to an apparatus for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material having an applicator for applying catalyst material to the storm collector in the form of at least one track on a surface of the current collector, the applicator comprising at least one nozzle for extruding a first medium containing catalyst material and means for forming successive first and second portions of said at least one web, said first portions containing catalyst material at a first concentration and said second portions containing catalyst material at a second concentration lower than said first concentration, and conveying means as appropriate are to transport at least the first medium to the nozzle of the applicator. Any pump or screw conveyor suitable for conveying the selected catalyst material, that is to say in particular an aqueous suspension of a catalyst powder having a viscosity of up to 6,000 Pas, can be used as conveying agent. Preferably, the conveyor is an eccentric screw pump.
Die Mittel zur Bildung aufeinanderfolgender erster und zweiter Abschnitte der wenigs- tens einen Bahn sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ventilmitteln zur Steuerung der Düse, einem Injektor zum Einbringen eines zweiten Mediums, das Katalysatormaterial in der zweiten Konzentration enthält, in die Düse, sowie deren Kombinationen. Die Erfindung betrifft außerdem einen Stromkollektor für eine Brennstoffzelle, der eine im Wesentlichen ebene Allgemeinform aufweist und auf wenigstens einer Oberfläche mit wenigstens einer Bahn eines Katalysatormaterials beladen ist, wobei entlang der wenigstens einen Bahn erste Abschnitte, die Katalysatormaterial in einer ersten Konzentration enthalten, und zweite Abschnitte, die Katalysatormaterial in einer zweiten Konzentration enthalten, die niedriger als die erste Konzentration ist, abwechselnd aufeinanderfolgen, wobei zumindest die ersten Abschnitte aus einer wässrigen Suspension eines Katalysatorpulvers bestehen. Schließlich betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel, der zahlreiche der oben genannten Stromkollektoren umfasst, wobei das auf die Stromkollektoren aufgebrachte Katalysatormaterial getrocknet ist. The means for forming successive first and second portions of the at least one web are preferably selected from the group consisting of valve means for controlling the nozzle, an injector for introducing a second medium containing catalyst material in the second concentration into the nozzle, as well their combinations. The invention also relates to a current collector for a fuel cell, which has a substantially planar general shape and is loaded on at least one surface with at least one path of a catalyst material, along the at least one path first portions containing catalyst material in a first concentration, and second Sections containing the catalyst material in a second Concentration lower than the first concentration, alternately follow one another, wherein at least the first portions consist of an aqueous suspension of a catalyst powder. Finally, the invention relates to a fuel cell stack which comprises numerous of the above-mentioned current collectors, wherein the catalyst material applied to the current collectors has dried.
Die Stromkollektoren können jegliche geeignete Form aufweisen. Wenn in der vorlie- genden Anmeldung von einem im Wesentlichen flächigen Stromkollektor die Rede ist, so sind damit auch flächige Stromkollektoren gemeint, die eine strukturierte Oberfläche, beispielsweise Vertiefungen und/oder Rippen aufweisen, in denen oder zwischen denen die Katalysatorpellets angeordnet sind. Bevorzugt werden derartige Vertiefungen und/oder Rippen in Form von Streckmetallblechen erzeugt. The current collectors may have any suitable shape. If in the present application of a substantially flat current collector is mentioned, so are also planar current collectors meant that have a structured surface, such as depressions and / or ribs in which or between which the catalyst pellets are arranged. Such recesses and / or ribs are preferably produced in the form of expanded metal sheets.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment described with reference to the accompanying drawings.
In den Zeichnungen zeigt: In the drawings shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der automatischen Befüllung eines Stromkollektors mit Katalysatorpellets; Figure 1 is a schematic representation of the automatic filling of a current collector with catalyst pellets.
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Stromkollektor im Teilausriss;  FIG. 2 shows a schematic plan view of a current collector according to the invention in partial separation; FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fig. 3 is a schematic representation of a device according to the invention for
Beladung des Stromkollektors mit den ersten und zweiten Abschnitten an Katalysatormaterial;  Loading the current collector with the first and second sections of catalyst material;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Applikatorkopfes der Figur 1 ; und Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung des Applikatorkopfes der Fig. 4 entlang der  FIG. 4 is a schematic representation of the applicator head of FIG. 1; FIG. and FIG. 5 shows a cross-sectional view of the applicator head of FIG. 4 along the
Linie V-V der Fig. 4.  Line V-V of FIG. 4.
In Figur 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum automatischen Befüllen eines Stromkollektors 10 mit Katalysatormaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. FIG. 1 schematically shows a device for automatic filling of a current collector 10 with catalyst material according to the method of the invention.
Der Stromkollektor 10 besteht im dargestellten Beispiel aus einem ca. 0,2 mm dicken, im Wesentlichen ebenen, nickelbeschichteten Edelstahlblech 1 1 mit einer Oberseite 12 und einer Unterseite 13, das durch Schnittfaltung so strukturiert ist, dass auf der Oberseite Vertiefungen 14 und auf der Unterseite Vertiefungen 15 gebildet werden. Die Be- Zeichnungen Oberseite" bzw. "Unterseite" beziehen sich lediglich auf die exemplarische Darstellung der Figur 1 und sollen keine Einschränkung der Orientierung Stromkollektors in einem Brennstoffzellenstapel darstellen. So kann der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel beispielsweise in einem horizontalen Stapel oder auch in einem vertikalen Stapel angeordnet werden. Die Vertiefungen 4 befinden sich im eingebauten Zustand auf der von der Anode eines Brennstoffzellenelements abgewandten Seite des Bleches 1 1. Der Außenseite des Bodenabschnitts 16 der Vertiefung 14 bildet dadurch eine Auflagefläche für die Anode, während die Außenseite des Bodenabschnitts 17 der Vertiefung 15, in der Darstellung der Fig. 1 also die Oberseite der durch die Ver- tiefung 15 gebildeten rippenartigen Struktur, die Kontaktfläche zu dem Bipolarblech des Brennstoffzellenelementes bildet. The current collector 10 in the example shown consists of an approximately 0.2 mm thick, substantially flat, nickel-coated stainless steel sheet 1 1 with a top 12 and a bottom 13, which is structured by sectional folding so that on the top recesses 14 and on the Bottom recesses 15 are formed. Thieves- Drawings "top side" and "bottom side" refer only to the exemplary representation of Figure 1 and are not intended to limit the orientation of the current collector in a fuel cell stack, for example, the fuel cell stack according to the invention can be arranged in a horizontal stack or even in a vertical stack Recesses 4 are in the installed state on the side remote from the anode of a fuel cell element side of the sheet 1 1. The outside of the bottom portion 16 of the recess 14 thereby forms a support surface for the anode, while the outside of the bottom portion 17 of the recess 15, in the illustration 1 thus the upper side of the recess 15 formed by the recess-like structure, the contact surface to the Bipolarblech of the fuel cell element forms.
Wie man in Fig. 1 erkennt, besteht jede Vertiefung 14 aus einzelnen in Längsrichtung aufeinanderfolgenden und in Querrichtung zueinander versetzten Abschnitten 18 - 21 , wobei der Versatz von aufeinanderfolgenden Abschnitten gleich groß, aber entgegengesetzt ist, so dass ein im Wesentlichen in Längsrichtung verlaufender Kanal 22 gebildet wird. As can be seen in Fig. 1, each recess 14 consists of individual longitudinally successive and transversely offset portions 18-21, the offset of successive portions being equal but opposite, such that a substantially longitudinally extending channel 22 is formed.
Im dargestellten Beispiel weist die Vertiefung 14 eine Breite von ca. 4 mm und die Ver- tiefung 15 eine Breite von ca. 2 mm auf. Die Vertiefungen 14 und 15 wechseln sich in Querrichtung ab, so dass zahlreiche parallel zueinander verlaufende Kanäle 22 in der Ebene des Blechs 11 gebildet werden. Aufeinanderfolgende Abschnitte 18 bis 21 eines Kanals 22 sind quer zur Längsrichtung des Kanals 22 jeweils um einen Versatz von ca. 1 mm zueinander versetzt, was 50% der Breite der Vertiefung 15 entspricht. Im vorlie- genden Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe des Kanals 22 etwa 2 mm und die Länge der einzelnen aufeinanderfolgenden Abschnitte beträgt ca. 3 mm. Aufgrund der zueinander versetzten Abschnitte 18 bis 21 entstehen Öffnungen 23 in den Vertiefungen, die einen Gasaustausch zwischen Oberseite 12 und Unterseite 13 des Stromkollektorblechs 11 ermöglichen. Falls eine weitere Verbesserung des Gasaustausches erforder- lieh ist, können, wie im dargestellten Beispiel, zusätzliche Öffnungen in Form von Löchern 24 im Boden der Vertiefungen 14 ausgespart werden, um insbesondere den Zugang des reformierten Wasserstoffgases zur Anode zu verbessern. Da die Breite der Vertiefungen 14 größer als die Breite der Vertiefungen 15 ist, wird die Anode wirksam abgestützt, so dass ein Kriechen bzw. Einsinken der Anode in den Stromkollektor ver- mieden werden kann. Die Löcher 24, welche vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 10 und 80% der Breite der Vertiefung 14, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 30 bis 60% der Breite der Vertiefung 14 aufweisen, beeinträchtigen die Abstützung der Anode nicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die durch die Vertiefungen 14 gebildete Kanäle 22 mit Katalysatormaterial 25 gefüllt. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, taucht zum Einbringen des Katalysatormaterials 25 eine Düse 26, die eine Düsenöffnung 27 aufweist, in eine der durch die Vertiefungen 14 gebildeten Kanäle 22 ein. In the example shown, the depression 14 has a width of approximately 4 mm and the depression 15 has a width of approximately 2 mm. The recesses 14 and 15 alternate in the transverse direction, so that numerous mutually parallel channels 22 are formed in the plane of the sheet 11. Successive sections 18 to 21 of a channel 22 are each offset transversely to the longitudinal direction of the channel 22 by an offset of about 1 mm, which corresponds to 50% of the width of the recess 15. In the present embodiment, the depth of the channel 22 is about 2 mm and the length of the individual successive sections is about 3 mm. Due to the mutually offset portions 18 to 21, openings 23 are formed in the recesses, which allow a gas exchange between the top 12 and bottom 13 of the current collector plate 11. If further improvement of the gas exchange is required, additional openings in the form of holes 24 can be recessed in the bottom of the recesses 14, as in the example shown, in particular to improve the access of the reformed hydrogen gas to the anode. Since the width of the recesses 14 is greater than the width of the recesses 15, the anode is effectively supported, so that creeping or sinking of the anode into the current collector can be avoided. The holes 24, which preferably have a diameter between 10 and 80% of the width of the recess 14, more preferably a diameter of 30 to 60% of the width of the recess 14, do not affect the support of the anode. With the method according to the invention, the channels 22 formed by the depressions 14 are filled with catalyst material 25. As schematically illustrated in FIG. 1, a nozzle 26, which has a nozzle opening 27, dips into one of the channels 22 formed by the depressions 14 for introducing the catalyst material 25.
Die Düse 26 ist an einem beweglichen Applikatorkopf 28 einer insgesamt mit der Bezugsziffer 29 bezeichneten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beladen des Stromkollektors mit Katalysatorpellets montiert. Die Bewegung des Applikatorkopfes 28 kann auf unterschiedlichste Weise verwirklicht werden. Lediglich exemplarisch ist in der schematischen Darstellung der Figur 1 ein voll beweglicher Roboterarm 30 mit sechs Freiheitsgraden dargestellt. Eine derartige vollständige Beweglichkeit des Applikatorkopfes 28 ist im Regelfall nicht erforderlich. Vielmehr reicht es meist aus, den Applikatorkopf 28 mit einem XYZ-Getriebe nacheinander entlang der einzelnen Kanäle 22 des Stromkollektors 10 zu verschieben. Der Applikatorkopf 28 ist über eine Förderleitung 31 mit einem Vorratsgefäß 32 verbunden. Eine Förderpumpe 33 transportiert das Katalysatormaterial aus dem Vorratsgefäß 32 zum Applikatorkopf 42. Alternativ kann selbstverständlich auch der Stromkollektor 10 relativ zu einem stationären Applikatorkopf bewegt werden. Im Gegensatz zu dem aus US 6,942,943 bekannten Stand der Technik zeichnet sich die vorliegende Erfindung jedoch dadurch aus, dass bei der vorlie- genden Erfindung ein pumpbares Katalysatormaterial verwendet wird, so dass auf eine aufwendige Bewegung der großflächigen Stromkollektoren beim Befüllen mit Katalysatormaterial verzichtet wird, sondern die Befüllung mit Katalysatormaterial über einen beweglichen Applikatorkopf realisiert werden kann, was technisch wesentlich weniger aufwendig ist. The nozzle 26 is mounted on a movable applicator head 28 of a generally designated by the reference numeral 29 according to the invention device for loading the current collector with catalyst pellets. The movement of the applicator head 28 can be realized in many different ways. By way of example only, a fully movable robotic arm 30 having six degrees of freedom is shown in the schematic representation of FIG. Such complete mobility of the applicator head 28 is generally not required. Rather, it is usually sufficient to move the applicator head 28 with an XYZ transmission in succession along the individual channels 22 of the current collector 10. The applicator head 28 is connected via a delivery line 31 to a storage vessel 32. A feed pump 33 transports the catalyst material from the storage vessel 32 to the applicator head 42. Alternatively, of course, the current collector 10 can be moved relative to a stationary applicator head. In contrast to the prior art known from US Pat. No. 6,942,943, however, the present invention is characterized in that a pumpable catalyst material is used in the present invention, so that an elaborate movement of the large-area current collectors when filling with catalyst material is dispensed with, but instead the filling with catalyst material can be realized via a movable applicator head, which is technically much less expensive.
Erfindungsgemäß werden Bahnen aus Katalysatormaterial auf den Stromkollektor extrudiert, die erste und zweite Abschnitte mit jeweils unterschiedlicher Katalysatorkonzentration aufweisen. Im Beispiel der Figur 1 weist bilden die Katalysatorsegmente 18 und 20 jeweils einen ersten Abschnitt, der Katalysatormaterial enthält und das da- zwischen angeordnete Katalysatorsegment 19 bildet einen der zweiten Abschnitte, die weniger oder kein Katalysatormaterial enthalten. According to the invention, webs of catalyst material are extruded onto the current collector, which have first and second sections, each with a different catalyst concentration. In the example of Figure 1, the catalyst segments 18 and 20 each comprise a first section containing catalyst material and the catalyst segment 19 disposed therebetween forms one of the second sections containing less or no catalyst material.
In Figur 2 ist eine schematische Draufsicht auf eine andere Variante des erfindungsgemäßen Stromkollektors im Teilausriss dargestellt. Der Stromkollektor 34 der Füg. 2 kann beispielsweise ein Blech sein, das Schlitzbrücken 35 aufweist, wie es beispielsweise in US 6,942,943 oder in DE 195 17 451 dargestellt ist. Die Schlitzbrücken 35 sind so angeordnet, dass zwischen benachbarten Schlitzbrücken Vertiefungen ausgespart bleiben, die Kanälen 36 bilden, in welche die Bahnen 37 des Katalysatormaterials eingebracht werden können. Jede Bahn 37 des Katalysatorsmaterials besteht aus ei- ner Abfolge von ersten Abschnitten 39 (in Figur 2 als gefüllte Rechtecke symbolisiert) und zweiten Abschnitten 40 (in Figur 2 als offene Rechtecke symbolisiert), die jeweils unterschiedliche Katalysatorkonzentration enthalten, wobei die zweiten Abschnitte insbesondere frei von Katalysatormaterial sein können. Anders als bei der Variante der Figur 1 sind die ersten und zweiten Abschnitte in Figur 2 nicht gegeneinander versetzt, sondern bilden einen kontinuierlichen Strang. Aufgrund der unterschiedlichen Längen der ersten und zweiten Abschnitte in unterschiedlichen Bereichen des Stromkollektors kann eine lokal variierende Belegung mit Katalysatormaterial erzielt werden. Im dargestellten Beispiel wird der Stromkollektor so in den Brennstoffzellenstapel eingebaut, dass sich die Unterkante 41 des Stromkollektors am Eingang der Anodenhalbzelle befindet und die Oberkante 42 am Ausgang der Anodenhalbzelle. Die linke Seite 43 des Stromkollektors ist in der Darstellung der Figur 2 zum Eingang der Kathodenhalbzelle hin orientiert, während die rechte Seite 44 des Stromkollektors zum Ausgang der Kathodenhalbzelle weist. Mit der in Figur 2 dargestellten Belegung kann eine gleichmäßi- gere Temperaturverteilung im Betrieb der Brennstoffzelle erreicht werden. Am Eingang der Anodenhalbzelle in der unteren Hälfte der Brennstoffzelle ist die Stromdichte aufgrund des hohen Wasserstoffanteils im Anodengas hoch und es wird bei der elektrochemischen Oxidation des Wasserstoffs zu Wasser viel Wasserstoff benötigt und verbraucht, so dass es in weiter oben gelegenen Abschnitten zu einer Wasserstoffverar- mung kommt. In diesem unteren Bereich ist nun kein Reformierkatalysator vorgesehen, so dass sich die Zelle aufheizt. Der Reformierkatalysator ist vielmehr im mittleren Bereich der Anodenhalbzelle angeordnet, so dass dort Methan endotherm zu Wasserstoff umgewandelt wird. Der Katalysator gleicht damit das aufgrund der Wasserstoffverarmung verschobene Gleichgewicht teilweise wieder aus. Da erfindungsgemäß der Strang nach einer gewissen Länge (beispielsweise von maximal 10 mm) wieder durch einen Abschnitt ohne Katalysator unterbrochen wird, wird nicht das gesamte eingeleitete Methan zu Wasserstoff umgewandelt. In diesem Abschnitt ohne Reformierkatalysator wird jedoch weiterhin aufgrund der Elektrochemie der Brennstoffzelle Wasserstoff verbraucht. Nach einer frei wählbaren Strecke, die auch von der konkreten Position innerhalb der Anodenhalbzelle abhängen kann, trifft das Gas wieder auf einen Abschnitt mit Katalysatormaterial und ein weiterer Reformiervorgang läuft ab. Somit wird das Gas stufenweise abgekühlt und teilweise zu Wasserstoff umgewandelt. Das restliche Methan wird zu einem Hot Spot am Anodenausgang/Kathodenausgangs-Bereich geleitet und steht damit auch zur Kühlung im oberen Bereich der Brennstoffzelle zur Verfügung. 2 shows a schematic plan view of another variant of the current collector according to the invention is shown in partial Ausriss. The current collector 34 of the Füg. 2 may be, for example, a sheet metal having slot bridges 35, as shown for example in US 6,942,943 or DE 195 17 451. The slot bridges 35 are arranged so that recesses remain between adjacent slot bridges, forming channels 36 into which the tracks 37 of the catalyst material can be introduced. Each lane 37 of the catalyst material consists of a a sequence of first sections 39 (symbolized as filled rectangles in FIG. 2) and second sections 40 (symbolized as open rectangles in FIG. 2), each containing a different catalyst concentration, the second sections in particular being free of catalyst material. Unlike the variant of Figure 1, the first and second portions are not offset from each other in Figure 2, but form a continuous strand. Due to the different lengths of the first and second sections in different regions of the current collector, a locally varying coverage of catalyst material can be achieved. In the example shown, the current collector is installed in the fuel cell stack such that the lower edge 41 of the current collector is located at the input of the anode half cell and the upper edge 42 at the output of the anode half cell. The left side 43 of the current collector is oriented in the representation of Figure 2 to the input of the cathode half-cell out, while the right side 44 of the current collector to the output of the cathode half cell has. With the occupancy shown in FIG. 2, a more uniform temperature distribution during operation of the fuel cell can be achieved. At the entrance of the anode half-cell in the lower half of the fuel cell, the current density is high due to the high hydrogen content in the anode gas and much hydrogen is needed and consumed in the electrochemical oxidation of the hydrogen to water so that it becomes hydrogen-contaminated in higher levels comes. In this lower area, no reforming catalyst is now provided, so that the cell heats up. Rather, the reforming catalyst is arranged in the middle region of the anode half-cell, so that there methane is converted endothermically to hydrogen. The catalyst thus partially compensates for the balance shifted due to the hydrogen depletion. Since, according to the invention, the strand is interrupted again by a section without catalyst after a certain length (for example of a maximum of 10 mm), not all of the methane introduced is converted into hydrogen. However, in this section without reforming catalyst, hydrogen is still consumed due to the electrochemistry of the fuel cell. After a freely selectable route, which may also depend on the specific position within the anode half-cell, the gas again meets a section of catalyst material and a further reforming process takes place. Thus, the gas is gradually cooled and partially converted to hydrogen. The remaining methane is directed to a hot spot at the anode exit / cathode exit area and is thus also available for cooling in the upper area of the fuel cell.
Außerdem besteht die Möglichkeit, innerhalb der Anodenhalbzelle auf der Kathodeneingangsseite kürzere und auf der Kathodenausgangsseite längere zweite katalysatorfreie Abschnitte vorzusehen. Damit kann ebenfalls erheblich auf die Homogenisierung der Temperaturverteilung in den Zellen Einfluss genommen werden, da auch über den Massenstrom in der Kathodenhalbzelle, der als Kreuzstrom zum Strom in der Anoden- halbzelle geführt wird, eine bestimmte Wärmemenge bzw. Kühlleistung transportiert wird. It is also possible to provide shorter and, on the cathode output side, longer catalyst-free sections within the anode half-cell on the cathode input side. This can also significantly affect the homogenization The temperature distribution in the cells are influenced, as well as the mass flow in the cathode half-cell, which is performed as a cross-flow to the current in the anode half-cell, a certain amount of heat or cooling power is transported.
Um eine konstante Druckverteilung auf die Anodenhalbzelle von Kathodeneingang zu Kathodenausgang zu erreichen, muss die Belegung des Stromkollektors symmetrisch sein. Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, dass die ersten und zweiten Abschnitte aus einem Material mit im Wesentlichen gleichem Querschnitt bestehen und sich lediglich durch die Konzentration des Katalysatormaterials unterscheiden. Dann können die Längen der einzelnen Abschnitte ausschließlich im Hinblick auf eine gleichmäßige Temperaturverteilung optimiert werden, ohne dass Einfluss auf den Druckabfall genommen wird. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beladung des Stromkollektors mit den ersten und zweiten Abschnitten an Katalysatormaterial. Schematisch ist ein Applikator 28 für ein erstes Medium, das das Katalysatormaterial 25 in einer ersten Konzentration enthält, dargestellt, der einen kontinuierlichen Strang des Katalysatormaterials 25 erzeugt. Ferner ist ein Injektor 46 für ein zwei- tes Medium 47, das Katalysatormaterial in einer zweiten Konzentration enthält, beispielsweise ein katalysatorfreies zweites Medium, dargestellt, der intermittierend das zweite Medium 47 in den kontinuierlichen Strang des ersten Mediums 25 injiziert. Es entsteht dann ein Strang 48, in dem sich Abschnitte 49 des ersten Mediums mit Abschnitten 50 des zweiten Mediums abwechseln. In order to achieve a constant pressure distribution on the anode half cell from cathode input to cathode output, the occupation of the current collector must be symmetrical. This can be achieved particularly simply by virtue of the fact that the first and second sections consist of a material of essentially the same cross-section and differ only in the concentration of the catalyst material. Then the lengths of the individual sections can be optimized exclusively with regard to a uniform temperature distribution, without affecting the pressure drop. FIG. 3 shows a schematic representation of a device according to the invention for loading the current collector with the first and second sections of catalyst material. Schematically, an applicator 28 for a first medium containing the catalyst material 25 in a first concentration is shown, which generates a continuous strand of the catalyst material 25. Furthermore, an injector 46 for a second medium 47 containing catalyst material in a second concentration, for example a catalyst-free second medium, is shown, which intermittently injects the second medium 47 into the continuous strand of the first medium 25. This results in a strand 48, in which alternate sections 49 of the first medium with sections 50 of the second medium.
Als zweites Medium können Gase, wie beispielsweise Luft, eine aushärtende oder ausbrennbare organische Flüssigkeit oder Paste, wie beispielsweise Kleber auf der Basis von Vinylacetat, oder eine aushärtende und nicht ausbrennbare Flüssigkeit oder Paste, beispielsweise auf Basis einer Al203-Paste sein. Die Figuren 4 und 5 zeigen eine schematische Darstellung des Applikatorkopfes 28 der Figur 1 , der einen Zusatzinjektor 46 zum Einbringen des zweiten Mediums 47 in das erste Medium 25 aufweist. Der Applikatorkopf 28 besteht aus zwei durch Schrauben 51 verbundene Halbschalen 52, 53, die entlang der durch die Linie V-V bezeichneten Ebene dicht miteinander verbunden sind. Figur 4 zeigt die Seitenansicht und Figur 5 eine Querschnittsdarstellung des Applikatorkopfes entlang der durch die Linie V-V definierten Ebene. Das über die Förderleitung 31 in den Applikatorkopf 28 geleitete katalysatorhaltige erste Medium 25 wird, beispielsweise mittels der Förderpumpe 33 der Figur 1 , kontinuierlich extrudiert. Der Injektor 46 kann beispielsweise für eine kontinuierliche Förderung des zweiten Mediums in den Strang ausgebildet sein, so die ersten Abschnitte auch aus einer Kombination von ersten und zweiten Medium bestehen können und die zweiten Abschnitte nur aus dem zweiten Medium bestehen. Der Injektor kann beispielsweise als Piezoventil ausgebildet sein, da mit Piezoventilen sehr kurze Schaltzeiten und damit auch kurze Unterbrechungen erzeugt werden können. Derartige Piezoventile sind bei- spielsweise als Piezoschieber von der Firma PICO Dosiertechnik GmbH & Co. KG, 82110 Germering, Deutschland, erhältlich. Somit lassen sich sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten und kurze Applikationszeiten realisieren. Im dargestellten Beispiel wird über die Zufuhrleitung 54 das katalysatorfreie zweite Medium beispielsweise mittels eines (nicht dargstellten) Piezoventils in die Nadelöffnung 55 der Düse 26 des Applika- torkopfes 28 intermittierend eingespritzt. Der Katalysatorstrang wird somit von katalysatorfreiem Blindmaterial unterbrochen. Falls längere zweite Abschnitte erzeugt werden sollen, kann entweder die Förderleistung der Pumpe 33 reduziert oder für das geförderte erste katalysatorhaltige Material ein (nicht dargstelltes) Zwischenreservoir eingeleitet werden, so dass ein zeitraubendes Hoch- und Herunterfahren der Förderpum- pe vermieden und eine hohe Auftragsgeschwindigkeit des Stranges aufrechterhalten werden kann. As a second medium, gases such as air, a curing or burn-out organic liquid or paste, such as adhesive based on vinyl acetate, or a hardening and non-burnable liquid or paste, for example based on an Al 2 03 paste. FIGS. 4 and 5 show a schematic representation of the applicator head 28 of FIG. 1, which has an additional injector 46 for introducing the second medium 47 into the first medium 25. The applicator head 28 consists of two half-shells 52, 53 connected by screws 51, which are sealed together along the plane indicated by the line VV. FIG. 4 shows the side view and FIG. 5 shows a cross-sectional view of the applicator head along the plane defined by the line VV. The catalyst-containing first medium 25 conducted into the applicator head 28 via the delivery line 31 is continuously extruded, for example by means of the delivery pump 33 of FIG. The injector 46 may be formed, for example, for a continuous delivery of the second medium into the strand, so the first sections also from a Combination of first and second medium can exist and the second sections consist only of the second medium. The injector may be formed, for example, as a piezo valve, since with piezo valves very short switching times and thus short interruptions can be generated. Piezo valves of this type are available, for example, as a piezo slide from PICO Dosiertechnik GmbH & Co. KG, 82110 Germering, Germany. Thus, very high feed rates and short application times can be realized. In the illustrated example, the catalyst-free second medium is injected intermittently via the supply line 54, for example by means of a piezo valve (not shown) into the needle opening 55 of the nozzle 26 of the applicator head 28. The catalyst strand is thus interrupted by catalyst-free reactive material. If longer second sections are to be produced, either the pumping capacity of the pump 33 can be reduced or a (not shown) intermediate reservoir can be introduced for the pumped first catalyst-containing material, so that a time-consuming raising and lowering of the pumping pump is avoided and a high application speed of the pump Stranges can be maintained.
Überraschend wurde gefunden, dass die Temperaturunterschiede innerhalb der Zelle von 80 Kelvin auf etwa 40 Kelvin aufgrund der mit dem erfindungsgemäßen Stromkol- lektor möglichen gleichmäßigeren Methanreformierung bzw. der auf die Stromdichteverteilung und Temperaturverteilung angepassten Methanreformierung erzielt werden kann. Surprisingly, it has been found that the temperature differences within the cell from 80 Kelvin to about 40 Kelvin can be achieved due to the more uniform methane reforming possible with the current collector according to the invention or the methane reforming adapted to the current density distribution and temperature distribution.
Mit der gleichmäßigeren Temperaturverteilung ist nicht nur eine Erhöhung der Lebens- dauer der Zellen, sondern auch eine Erhöhung der Zellleistung von derzeit etwa 1 - 2% pro Zelle möglich. With the more even temperature distribution, not only an increase in the life of the cells, but also an increase in cell performance of currently about 1 - 2% per cell possible.
Falls die zweiten Abschnitte mit einem gasförmigen oder ausbrennbaren Medium erzeugt werden, erhält man als weiteren Vorteil eine Oberflächenerhöhung des für das Brenngas zugänglichen Katalysatormaterials sowie die Bildung von Verwirbelungen an den Kanten der Extrudate, was zu einer besseren Durchmischung der in die Zelle geleiteten Gase führt. If the second sections are produced with a gaseous or burnable medium, a further advantage is an increase in the surface area of the catalyst material accessible to the fuel gas and the formation of turbulence at the edges of the extrudates, resulting in better mixing of the gases introduced into the cell.
Wenn als zweites Medium ein Kleber verwendet wird, ist außerdem ohne zusätzliche Klebereinbringung gewährleistet, dass der Strang gut auf dem Stromkollektor haftet. Beispielsweise kann das erste Medium nicht nur einen Katalysatorschlicker, sondern auch einen Haftvermittler umfassen, so dass der Kleber gleichzeitig mit dem Katalysatorschlicker appliziert wird. Man kann auch den Haftvermittler/Kleber als zweites Medium verwenden und das zweite Medium nicht nur zur Bildung der zweiten Abschnitte eindosieren, sondern auch während der Förderung des katalysatorenthaltenden ersten Mediums einen geringen Anteil des zweiten Mediums abgeben, so dass dieses geringe Menge an zweitem Medium an der geometrischen Oberfläche des Extrudats anhaftet und mit dem Extrudat ausgetragen wird. Die Extrudatoberfläche kann je nach Düsen- geometrie und Dosiermenge des zweiten Mediums vollständig oder teilweise mit dem Haftvermittler beschichtet werden. Die so erzeugten ersten Abschnitte haften auf Grund der Aushärtung des in den ersten Abschnitten enthaltenen zweiten Mediums am Stromkollektor an. Zur Erzeugung der zweiten Abschnitte kann die Eintragsmenge des zweiten Mediums kurzeitig erhöht werden. In addition, if an adhesive is used as the second medium, it is also ensured without additional adhesive insertion that the strand adheres well to the current collector. For example, the first medium may comprise not only a catalyst slip, but also a coupling agent, so that the adhesive is applied simultaneously with the catalyst slip. It is also possible to use the primer / adhesive as the second medium and the second medium not only to form the second portions but also during the promotion of the catalyst-containing first medium release a small proportion of the second medium, so that this small amount of second medium adheres to the geometric surface of the extrudate and is discharged with the extrudate. Depending on the geometry of the nozzle and the metered quantity of the second medium, the extrudate surface can be completely or partially coated with the adhesion promoter. The first sections thus produced adhere to the current collector due to the curing of the second medium contained in the first sections. To generate the second sections, the entry quantity of the second medium can be increased in a short time.

Claims

Verfahren zur Beladung eines Stromkollektors einer Brennstoffzelle mit Katalysatormaterial, wobei man A method for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material, wherein
einen im wesentlichen flächigen Stromkollektor bereitstellt,  provides a substantially planar current collector
ein Katalysatormaterial durch wenigstens eine Düse extrudiert und entlang wenigstens einer Bahn auf eine Oberfläche des Stromkollektors derart aufbringt, dass entlang der wenigstens einen Bahn erste Abschnitte, die Katalysatormaterial in einer ersten Konzentration enthalten, und zweiten Abschnitte, die Katalysatormaterial in einer zweiter Konzentration enthalten, die niedriger als die erste Konzentration ist, abwechselnd aufeinanderfolgen.  extruding a catalyst material through at least one nozzle and applying it along at least one path to a surface of the current collector such that first portions containing catalyst material in a first concentration along the at least one path and second portions containing catalyst material in a second concentration lower than the first concentration is consecutive.
Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei man zur Bildung der ersten Abschnitte zumindest ein erstes Medium, das Katalysatormaterial mit der ersten Konzentration enthält, aus der Düse ausstößt, und man zur Bildung der zweiten Abschnitte zumindest ein zweites Medium, das Katalysatormaterial mit der zweiten Konzentration enthält, aus der Düse ausstößt, während man die Düse und den Stromkollektor entlang der wenigstens einen Bahn relativ zueinander bewegt. A method according to claim 1, wherein at least a first medium containing catalyst material of the first concentration is ejected from the nozzle to form the first portions, and at least a second medium containing catalyst material of the second concentration is formed to form the second portions. ejects from the nozzle while moving the nozzle and the current collector along the at least one path relative to each other.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zweiten Abschnitte kein Katalysatormaterial enthalten. Method according to one of claims 1 or 2, wherein the second sections do not contain a catalyst material.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das zweite Medium ein gasförmiges, flüssiges oder pastöses Fluid ist. The method of claim 3, wherein the second medium is a gaseous, liquid or pasty fluid.
Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei man das Katalysatormaterial intermittierend aus der Düse ausstößt, während man die Düse und den Stromkollektor entlang der wenigstens einen Bahn relativ zueinander bewegt. The method of claim 1, wherein the catalyst material is expelled intermittently from the nozzle while moving the nozzle and the current collector along the at least one path relative to each other.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei man die Katalysatorbelegung auf der Oberfläche des Stromkollektors durch Veränderung der Länge der ersten und zweiten Abschnitte entlang der wenigstens einen Bahn variiert. A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the catalyst coverage on the surface of the current collector is varied by varying the length of the first and second sections along the at least one path.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei man die Katalysatorbelegung auf der Oberfläche des Stromkollektors durch Veränderung der lateralen Dichte der benachbarten Bahnsegmente der wenigstens einen Bahn oder der benachbarten Bahnsegmente mehrerer Bahnen variiert. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ersten Abschnitte eine Länge in Richtung der wenigstens einen Bahn von höchstens 10 mm aufweisen. A method according to any one of claims 1 to 6, wherein the catalyst coverage on the surface of the current collector is varied by varying the lateral density of the adjacent web segments of the at least one web or the adjacent web segments of multiple webs. Method according to one of claims 1 to 7, wherein the first portions have a length in the direction of the at least one path of at most 10 mm.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei man als Katalysatormaterial zur Herstellung der ersten Abschnitte eine wässrige Suspension eines Katalysatorpulvers verwendet. Process according to one of claims 1 to 8, wherein the catalyst material used to prepare the first sections is an aqueous suspension of a catalyst powder.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die wässrige Suspension eine pumpbare wässrige Suspension ist, die 38 bis 50 Gew.% Katalysatorpulver, 10 bis 30 Gew.% eines mehrwertigen Alkohols und 0,5 bis 5 Gew.% Fasermaterialien um- fasst. The method of claim 9, wherein the aqueous suspension is a pumpable aqueous suspension comprising 38 to 50% by weight of catalyst powder, 10 to 30% by weight of a polyhydric alcohol and 0.5 to 5% by weight of fibrous materials.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei man die auf den Stromkollektor aufgebrachten Pellets trocknet. A method according to any one of claims 9 or 10, wherein the pellets applied to the current collector are dried.
Vorrichtung zur Beladung eines Stromkollektors einer Brennstoffzelle mit Katalysatormaterial, mit Apparatus for loading a current collector of a fuel cell with catalyst material, with
einem Applikator (28) zum Aufbringen von Katalysatormaterial (25) auf den Stromkollektor in Form von wenigstens einer Bahn auf eine Oberfläche des Stromkollektors, wobei der Applikator wenigstens eine Düse (26) zum Extrudieren eines ersten, Katalysatormaterial enthaltenden Mediums (25) und Mittel zur Bildung aufeinanderfolgender erster und zweiter Abschnitte (39,40;49,50) der wenigstens einen Bahn aufweist, wobei die ersten Abschnitte (39, 49) Katalysatormaterial in einer ersten Konzentration enthalten, und die zweiten Abschnitte (40, 50) Katalysatormaterial in einer zweiter Konzentration enthalten, die niedriger als die erste Konzentration ist,  an applicator (28) for applying catalyst material (25) to the current collector in the form of at least one track on a surface of the current collector, the applicator comprising at least one nozzle (26) for extruding a first medium containing catalyst material (25) and means for Forming successive first and second portions (39, 40, 49, 50) of the at least one web, the first portions (39, 49) containing catalyst material in a first concentration, and the second portions (40, 50) of catalyst material in a second one Containing concentration lower than the first concentration,
und and
Fördermitteln (33) , die geeignet sind, zumindest das erste Medium zu der Düse des Applikators zur transportieren.  Conveying means (33) adapted to transport at least the first medium to the nozzle of the applicator.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bildung aufeinanderfolgender erster und zweiter Abschnitte der wenigstens einen Bahn ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Ventilmitteln zur Steuerung der Düse, einem Injektor zum Einbringen eines zweiten Mediums, das Katalysatormaterial in der zweiten Konzentration enthält, in die Düse, sowie deren Kombinationen. Stromkollektor für eine Brennstoffzelle, der eine im wesentlichen ebene Allgemeinform aufweist und auf wenigstens einer Oberfläche mit wenigstens einer Bahn eines Katalysatormaterials beladen ist, wobei entlang der wenigstens einen Bahn erste Abschnitte, die Katalysatormaterial in einer ersten Konzentration enthalten, und zweiten Abschnitte, die Katalysatormaterial in einer zweiter Konzentration enthalten, die niedriger als die erste Konzentration ist, abwechselnd aufeinanderfolgen, wobei zumindest die ersten Abschnitte aus einer wässrigen Suspension eines Katalysatorpulvers bestehen. Apparatus according to claim 12, characterized in that the means for forming successive first and second portions of the at least one web are selected from the group consisting of valve means for controlling the nozzle, an injector for introducing a second medium, the catalyst material in the second concentration contains, in the nozzle, as well as their combinations. A current collector for a fuel cell having a generally planar general shape and loaded on at least one surface with at least one lane of catalyst material, along the at least one lane comprising first portions containing catalyst material in a first concentration and second portions containing catalyst material in contain a second concentration, which is lower than the first concentration, follow one another alternately, wherein at least the first portions consist of an aqueous suspension of a catalyst powder.
Brennstoffzellenstapel, der Stromkollektoren gemäß Anspruch 14 umfasst, wobei das Katalysatormaterial getrocknet ist. A fuel cell stack comprising current collectors according to claim 14, wherein the catalyst material is dried.
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