WO2014128292A1 - Tubulare festoxidzelle - Google Patents

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WO2014128292A1
WO2014128292A1 PCT/EP2014/053516 EP2014053516W WO2014128292A1 WO 2014128292 A1 WO2014128292 A1 WO 2014128292A1 EP 2014053516 W EP2014053516 W EP 2014053516W WO 2014128292 A1 WO2014128292 A1 WO 2014128292A1
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gas
substrate
ceramic material
iib
package
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PCT/EP2014/053516
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English (en)
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Herbert Gruhn
Uwe Glanz
Gudrun Oehler
Ney MOREIRA
Markus Siebert
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H01M8/004—Cylindrical, tubular or wound
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
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    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of a tubular solid oxide cell, solid oxide cells and their use and a correspondingly equipped energy system.
  • Solid oxide fuel cells Solid Oxide Fuel Cells, SOFC
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cells
  • the solid oxide fuel cells are mainly developed in two main variants: as a tube (tubular concept) and as a flat membrane (planar concept).
  • Document DE 198 01 440 A1 describes a method for producing an electrode-electrolyte unit for a high-temperature fuel cell.
  • the document JP 09199138 A describes a method for producing a
  • Electrode for a fuel cell is Electrode for a fuel cell.
  • the present invention is a process for producing a tubular solid oxide cell.
  • a substrate is used
  • gas-permeable porous, ceramic material or is formed from an ashless ausbrennbaren material.
  • a method step (b) in particular an electrode package is applied to the substrate.
  • film injection molding can, for example, to the provided with the electrode package substrate, in particular by ceramic injection molding
  • tubular, (carrier) body are molded.
  • Injection molding tool is introduced, in particular wherein the electrode package of the substrate provided with the electrode package has a cavity
  • step (d) an injection molding component, in particular in the cavity or the cavity, is injected.
  • the substrate provided with the electrode package can be introduced into a cavity of an injection molding tool such that the electrode package delimits a hollow cylindrical cavity.
  • an injection-molded component can then be injected into the hollow-cylindrical cavity.
  • a process step (e) in particular the injection-molded body, for example from process step d), sintered, wherein the component for forming a gas-permeable porous, ceramic material in a gas permeable porous, ceramic material is transferred or wherein the ashless ausbrennbare material is burned out.
  • a solid oxide cell may be, for example, a solid oxide fuel cell and / or solid oxide electrolysis cell and / or solid oxide metal-air cell.
  • the method can be designed for producing a solid oxide fuel cell and / or solid oxide electrolysis cell and / or solid oxide metal-air cell, for example a solid oxide fuel cell or solid oxide electrolysis cell, for example a solid oxide fuel cell.
  • the method advantageously makes possible a tubular solid oxide cell, in particular a tubular solid oxide cell with an internal one
  • Electrode package for example with an internal
  • ausbrennbaren material advantageously demolding processes are reduced or avoided. So can advantageously damage the
  • Electrode package, in particular the functional layer system package, avoided and / or the rejection rate can be lowered.
  • the electrode package in particular the functional layer system package, can be produced directly from the injection-molded component during the injection process on the injection-molded body or green body be fixed so that advantageously further manufacturing steps can be saved.
  • the substrate consists of a component for forming a
  • porous, gas-permeable, ceramic material is formed, formed during the sintering process, the gas-permeable porous, ceramic material and connects cohesively with the electrode package
  • an anode layer or cathode layer of the functional layer system for example an anode layer or cathode layer of the functional layer system, and remains as a gas-permeable porous wall, through which gas, for example
  • the substrate remains as a sufficiently gas-permeable wall on the electrode package, in particular functional layer system package, eliminates additional process steps for demolding and there can be no unwanted residues remain.
  • the substrate is formed from an ashless burn-out material
  • the substrate material burns ashless or residue-free during the sintering process.
  • the electrode packet or functional layer system for example an anode layer or
  • Cathode layer of the functional layer system is thereby exposed, so that gas, for example hydrogen / fuel gas or air, unhindered to the electrode package or functional layer system, for example, the anode layer or cathode layer of the
  • Functional layer system can diffuse. Since the substrate burns out ashless during sintering, additional process steps for
  • the substrate is printed with the electrode packet.
  • the printing can be done in particular by means of screen printing. Screen printing has proven to be particularly advantageous.
  • the electrode package may be a functional layer system package comprising an anode layer, a cathode layer and an electrolyte layer formed between the anode layer and the cathode layer.
  • a printed substrate can be introduced into the cavity of the injection molding tool.
  • the anode material may include, for example, nickel.
  • cathode material may include electrically conductive oxides.
  • the anode material and / or the cathode material may, for example, be a porous sintered material.
  • the electrolyte material can be, for example, a ceramic solid electrolyte, in particular an oxygen-ion-conducting material, for example with rare earths, in particular scandium, yttrium and / or
  • the electrolyte material may in particular be gas-tight sintering.
  • the substrate may in particular be a sleeve, for example in the form of a tube, or a foil, for example in the form of a band or a so-called tape.
  • the substrate may be a
  • Be green body sleeve or a green sheet Be green body sleeve or a green sheet.
  • a sleeve can be printed in particular by screen printing.
  • a sleeve can advantageously be used without an additional shaping machining and / or directly on an injection mold core or a
  • Inner wall of the cavity can be positioned.
  • Sleeve may be waived form-stabilizing measures.
  • Injection molding tool core or their handling can be simplified.
  • the substrate may be an extruded or injection molded sleeve.
  • a film, in particular a planar film can advantageously be printed very well by planar screen printing. In this way, the method can advantageously be simplified.
  • a film can be transferred from planar to one, for example round, injection mold core, or one For example, round, carrier sleeve are handled well.
  • a transfer, for example to an injection molding tool core or an inner wall of the cavity of the injection molding tool and / or a carrier sleeve, and / or a positioning, for example on the injection mold core or the inner wall of the cavity of the injection molding tool and / or the carrier sleeve, and / or a shaping processing advantageously be realized very easily by the use of a vacuum, for example by means of a vacuum technology.
  • the substrate may be a cast film.
  • the sintering in particular in method step e), can take place in a single sintering step.
  • the electrode package in particular
  • Injection molding component and optionally connect the component of the substrate.
  • the sintering in particular in process step e), can
  • an outer lateral surface or an inner lateral surface of the hollow cylindrical substrate provided with the electrode package, in particular a printed substrate can be formed by the electrode package, in particular functional layer package.
  • the formed by the electrode package, in particular functional layer package, outer or inner The lateral surface may in particular limit the hollow cylindrical cavity.
  • the component for forming a gas-permeable, porous, ceramic material is a component for forming an inert, gas-permeable, porous, ceramic material.
  • the material does not serve as an electrode or electrolyte.
  • the solid oxide cell can be referred to, for example, as an inertly supported solid oxide cell.
  • a component for forming a gas-permeable porous ceramic material in particular in process step a), in principle all, in particular inert, ceramic materials are suitable from which a substrate, in particular a sleeve or film, can be produced and from the means
  • Pore formers and by sintering a highly porous material can be displayed.
  • Process step a) comprise at least one material which is selected from the group consisting of magnesium silicates, in particular forsterite (Mg 2 Si0 4 ), spinels, for example aluminum magnesium spinels such as MgAI 2 0 4 , doped zirconium dioxides, for example less than 3 wt % doped zirconia, undoped zirconia, alumina, alumina-zirconia mixtures, zirconia-glass mixtures, zinc oxide, and mixtures thereof.
  • magnesium silicates in particular forsterite (Mg 2 Si0 4 )
  • spinels for example aluminum magnesium spinels such as MgAI 2 0 4
  • doped zirconium dioxides for example less than 3 wt % doped zirconia, undoped zirconia, alumina, alumina-zirconia mixtures, zirconia-glass mixtures, zinc oxide, and mixtures thereof.
  • the component comprises for forming a, in particular inert, gas-permeable porous ceramic material, in particular in method step a), forsterite, aluminum magnesium spinel (AlMg spinel) and / or doped zirconium dioxide.
  • a gas-permeable porous, ceramic in particular in method step a
  • Materials, in particular in process step a) include forsterite.
  • Forsterite is based essentially on the general empirical formula Mg 2 Si0 4 .
  • Forsterite may advantageously be highly electrically and ionically highly insulating and for example, at 20 ° C, a specific electrical resistance of 10 Dm and 600 ° C have a resistivity of 10 5 Dm.
  • Further advantages of Forsterit are its sintering behavior and its thermal expansion coefficient.
  • forsterite can have advantageous shrinkage properties and an advantageous shrinkage kinetics.
  • the thermal expansion coefficient of Forsterit can also substantially correspond to the thermal expansion coefficient of the materials of the functional layer system and can be about 10 to 11-10 "6 K " 1 , which is advantageous to a simultaneous sintering (co-sintering) of the tubular (carrier) body and the electrode package, in particular the functional layer system package.
  • forsterite can be obtained via a reaction sintering from inexpensive raw materials, such as talc and magnesium oxide, which further contributes to cost savings in the production.
  • the component for forming a gas-permeable porous, ceramic material may comprise at least one pore-forming agent.
  • Pore formers can be used, for example, compounds which decompose, evaporate and / or melt out during a thermal treatment, for example during sintering.
  • Suitable pore formers are, for example, organic pore formers. These can during a thermal process, for example, after the shaping by the
  • Injection molding are burned out and leave behind percolating cavities, for example.
  • the ashless ausbrennbare material in particular in process step a), for example, be selected from the group consisting of elementary carbon forms such as carbon black, polymers, in particular native polymers such as cellulose and / or starch, and combinations thereof.
  • the ashless burn-out material may include or be carbon black and / or cellulose and / or starch.
  • an injection molding component for forming a gas-permeable porous, ceramic material used.
  • the injection-molded component for forming a gas-permeable porous, ceramic material may be an injection-molded component for forming an inert, gas-permeable, porous, ceramic material.
  • porous ceramic material in a, in particular inert, gas permeable porous, ceramic material are transferred.
  • injection molding component for forming a gas-permeable porous, ceramic material in particular in process step d), in principle all, in particular inert, ceramic materials are suitable from which a substrate, in particular a sleeve or film, can be produced and from the means of pore formers and by sintering highly porous material can be displayed.
  • the injection molding component in particular in
  • Process step d), for forming a gas-permeable porous, ceramic material comprise at least one material which is selected from the group consisting of magnesium silicates, especially forsterite (Mg 2 Si0 4 ), spinels, for example, aluminum magnesium spinels, such as MgAI 2 0 4 , doped Zirconia dioxides, for example, with less than 3 wt.% Doped zirconia, undoped zirconia, alumina, alumina-zirconia mixtures, zirconia-glass mixtures, zinc oxide, and mixtures thereof
  • magnesium silicates especially forsterite (Mg 2 Si0 4 )
  • spinels for example, aluminum magnesium spinels, such as MgAI 2 0 4
  • doped Zirconia dioxides for example, with less than 3 wt.%
  • the injection-molding component comprises, for the formation of a gas-permeable, porous, ceramic material, in particular in process step d), forsterite, aluminum magnesium spinel
  • the injection molding component may comprise forsterite to form a gas-permeable porous ceramic material.
  • the injection-molded component for forming a gas-permeable porous, ceramic material may comprise at least one pore-forming agent.
  • the component is for
  • Formation of a gas-permeable porous, ceramic material also used as injection molding component for example, the component for forming a gas-permeable porous, ceramic material, in particular in process step a), the same component as the injection molding to form a gas-permeable porous ceramic material, in particular in process step d), be.
  • the injection molding tool can have an injection mold core insertable into the cavity.
  • Injection mold core into the cavity can between the
  • tubular cavity comprises a hollow-cylindrical cavity (section), the tube-shaped cavity also still having cavity sections of a different shape,
  • cavity end portions for example for forming a mounting portion and a cap portion or for forming two mounting portions having.
  • the substrate provided with the electrode package in particular the functional layer system package, can be applied to the injection mold core or the inner wall of the cavity.
  • Injection molding tool core is applied, a cell can be produced, which has a tubular support body on the inside of the electrode package, in particular functional layer system package, is applied.
  • Functional layer system package provided substrate on the inner wall of the Cavity is applied, a cell can be produced, which has a tubular carrier body on the outside of the electrode package, in particular functional layer system package, is applied.
  • a substrate provided with a functional layer system package is used in which an anode layer is applied to the substrate, wherein an electrolyte layer is again applied to the anode layer, wherein a cathode layer is applied to the electrolyte layer, in particular the cathode layer can be the hollow cylindrical cavity, for example , in particular in process step c) and / or d) limit.
  • Substrate is applied to the injection mold core, a cell can be produced, which has a tubular support body on the inside of the functional layer system package is applied, wherein the
  • Anode layer is an inner layer and the cathode layer is an outer layer.
  • the cathode layer in particular cohesively, at the tubular support body and the anode layer at least temporarily, in particular cohesively connect to the substrate.
  • the anode layer can be exposed thereby.
  • Substrate is applied to the inner wall of the cavity, a cell can be produced, which has a tubular support body on the outside of the functional layer system package is applied, wherein the
  • Cathode layer is an inner layer and the anode layer is an outer layer.
  • the cathode layer in particular cohesively, at the tubular support body and the anode layer at least temporarily, in particular cohesively connect to the substrate.
  • the anode layer can be exposed thereby.
  • a substrate provided with a functional layer system package in which a cathode layer is applied to the substrate, wherein an electrolyte layer is again applied to the cathode layer, an anode layer being applied to the electrolyte layer in particular, the anode layer, for example, the tubular, cavity, in particular in process step c) and / or d) limit.
  • a cell can be produced which has a tubular carrier body on the inside of which the functional layer system package is applied, in which the cathode layer is an inner layer and the anode layer is an outer layer.
  • the anode layer in particular cohesively, at the tubular carrier body and the cathode layer at least temporarily, in particular materially, connect to the substrate.
  • the cathode layer can be exposed thereby.
  • a cell which has a tubular carrier body on the outside of which the functional layer system package is applied, in which the anode layer is an inner layer and the cathode layer is an outer layer, wherein the anode layer, in particular cohesively, is connected to the tubular carrier body.
  • the anode layer in particular cohesively, on the tubular support body and the
  • Cathode layer at least temporarily, in particular cohesively connect to the substrate. When the substrate is burned out ashless, the cathode layer can be exposed thereby.
  • the method can have at least one further method step (d1): injection of a further injection-molded component.
  • the further injection-molded component can be designed in particular for forming a, in particular inert, gas-tight, ceramic material.
  • injection molding component for forming a gas-tight ceramic material, in particular in process step d1) basically all, in particular inert, ceramic materials are suitable, from which a substrate, in particular a sleeve or foil, can be produced and from which a gas-tight material is represented by sintering can.
  • the further injection molding component, in particular in method step d1), for forming a gas-tight, ceramic material may likewise comprise at least one material which is selected from the group consisting of
  • Magnesium silicates in particular forsterite (Mg 2 Si0 4 ), spinels, for example aluminum magnesium spinels, such as MgAl 2 0 4 , doped zirconium dioxides, for example with less than 3 wt% doped zirconia, undoped zirconia, alumina, alumina-zirconia mixtures, Zirconia-glass mixtures, zinc oxide and mixtures thereof
  • spinels for example aluminum magnesium spinels, such as MgAl 2 0 4
  • doped zirconium dioxides for example with less than 3 wt% doped zirconia, undoped zirconia, alumina, alumina-zirconia mixtures, Zirconia-glass mixtures, zinc oxide and mixtures thereof
  • the further injection molding component for forming a gas-tight, ceramic material in particular in process step dl), forsterite, aluminum magnesium spinel (AlMg spinel) and / or doped
  • Injection molding component for forming a gas-tight, ceramic material forsterite include.
  • Process step d1) thereby differ from the component, in particular in process step a), and / or the injection-molding component, in particular in process step d), in that it is pore-forming free.
  • the injection molding tool can in particular be designed such that a tubular cavity can be formed therein, which has a hollow cylindrical cavity and two cavity end sections for forming a
  • the further injection-molding component for forming a gas-tight, ceramic material can, in particular in process step d1), in this case be injected into one or both cavity end sections.
  • tubular solid oxide cells for example tubular high-temperature fuel cells (tubular SOFC), which have a tubular support body (tube) with a gas-permeable porous, in particular hollow-cylindrical, region, with functional layers on its inside or optionally outside at the level of the porous region can be placed.
  • the tubular support body (tube) acts as an electrochemically inert support for the functional layers.
  • a substrate is used in the form of a film
  • this can be applied to a carrier sleeve with the electrode package, in particular functional layer package, which in turn can be applied to an injection molding tool core.
  • Another object of the invention is a tubular solid oxide cell, which is produced by a method according to the invention.
  • the solid oxide cell may be a solid oxide fuel cell and / or
  • Solid oxide electrolysis cell and / or solid oxide metal-air cell Solid oxide electrolysis cell and / or solid oxide metal-air cell.
  • Another object of the invention is a tubular solid oxide cell.
  • the solid oxide cell may be a solid oxide fuel cell and / or solid oxide electrolysis cell and / or solid oxide metal-air cell.
  • the tubular solid oxide cell may comprise an electrode packet, wherein the electrode packet is arranged between a first wall of a,
  • the electrode package is a
  • a functional layer system package comprising an anode layer, a cathode layer and an electrolyte layer formed between the anode layer and the cathode layer.
  • the anode layer, in particular cohesively, to the first wall and the cathode layer, in particular cohesively connects to the second wall.
  • the electrode package can connect to the first and second walls over the whole area.
  • the first wall is a section of a tubular carrier body.
  • the tubular carrier body may in particular have a hollow-cylindrical intermediate section and two end sections, wherein one of the end sections is a mounting section
  • the hollow-cylindrical intermediate section may comprise or form the first wall.
  • the unused gas for example fuel gas
  • the gas cycle for example the fuel gas cycle
  • the first wall or the hollow cylindrical intermediate section can in particular be made of the injection-molded component to form a,
  • the end sections may in particular be made of a gas-tight, ceramic material, in particular from method step d1) of the method according to the invention, or be gas-tight.
  • the second wall may have a hollow cylindrical shape.
  • the second wall may in particular be formed by the substrate used in the method according to the invention or may be porous to gas.
  • the second wall has a smaller wall thickness than the first wall.
  • the wall thickness of the second wall may be less than 75%, for example less than 50%, for example less than 25%, of the wall thickness of the first wall.
  • the invention relates to the use of a tubular solid oxide cell, in particular a tubular solid oxide cell according to the invention, for example as a fuel cell and / or as an electrolytic cell and / or as a metal-air cell, for example in a (micro) cogeneration plant, for industrial power Heat-coupling (CHP), for domestic energy supply, in a power plant for power generation and / or power generation on board a vehicle.
  • the tubular solid oxide cell may have a tubular carrier body with a hollow cylindrical section of a, in particular inert, gas-permeable porous ceramic material, for example forsterite, on the inside or outside, in particular inside, an electrode package, in particular functional layer system package of one
  • the hollow cylindrical portion may be a hollow cylindrical
  • the tubular support body may in particular have the hollow cylindrical intermediate section and two end sections.
  • the end sections may be, for example, one, in particular inert, gas-tight ceramic material, for example forsterite.
  • the cathode layer in particular cohesively, on the
  • the anode layer may be exposed or to a substrate or a wall of a gas-permeable porous material, for example, materially connect. Or the anode layer may, in particular cohesively, connect to the hollow cylindrical (intermediate) portion of the tubular carrier body, in particular wherein the
  • Cathode layer are exposed or to a substrate or a wall of a gas-permeable porous material, for example, cohesively connect.
  • the present invention relates to an energy system, for example a
  • Energy storage and / or converter plant or a (micro) combined heat and power plant or a kraft Suitegekoppelte energy storage and / or - converter system for example, for a photovoltaic system, a wind turbine, a biogas plant, a residential or commercial building, an industrial plant, a Power plant or a vehicle which / s comprises at least one cell according to the invention or produced or used according to the invention.
  • a (micro-) cogeneration plant can be understood in particular a system for the simultaneous generation of electricity and heat from an energy source.
  • Figure 1 is a schematic cross-section through an embodiment of a tubular solid oxide cell according to the invention, which was prepared by means of a substrate made of a component for forming a gas-permeable porous ceramic material.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-section through an embodiment of a tubular solid oxide cell according to the invention, which is produced by means of a substrate made of an ashless burn-out material, prior to burning out of the ashless burn-out material during a sintering process.
  • FIGS 1 and 2 show tubular solid oxide cell 10, for example
  • Solid oxide fuel cells which has an electrode packet 11 in the form of a functional layer system package lla.lla ', IIb, IIb', llc.llc ', which an anode layer IIa, IIa', a cathode layer IIb, IIb 'and a between the anode layer IIa 'IIa' and the cathode layer IIb, IIb 'formed electrolyte layer llc.llc' includes.
  • the anode layer IIa, IIa 'anode regions IIa which are separated by electrically and ionically insulating regions IIa'.
  • the cathode layer IIb, IIb ' includes
  • Electrode areas IIb which are also separated by electrically and ionically insulating areas IIb '.
  • the electrolyte layer IIc.IIc ' comprises electrolyte regions 11c, which are separated from one another by electrically conductive and ionically insulating regions 11c' (interconnector regions).
  • FIGS. 1 and 2 furthermore show that the anode regions IIa
  • Cathode regions IIb and electrolyte regions 11c are formed offset from each other, wherein in each case an anode region IIa of an anode electrolyte cathode unit lla, llc, llb via an electrically conductive and ionically insulating interconnector region 11c 'of the electrolyte layer llc.llc' electrically conductive with a cathode region IIb a neighboring anode electrolyte Cathode unit lla, llc, llb is connected.
  • strands of serially interconnected anode-electrolyte-cathode units lla, llc, llb formed (see left and right sides). Outside the illustrated
  • the strands (left and right) may be separated by one or more electrically and ionically insulating regions.
  • FIGS. 1 and 2 further illustrate that the strands (left and right) are electrically conductively connected to one another by two anode regions IIa of anode-electrolyte-cathode units 11a, 11c, 11b of different strands being interconnected by an annular conductor 11a "of anode material are connected.
  • the arrows 0 2 in FIGS. 1 and 2 illustrate that oxygen ions can pass via the electrolyte regions 11c from one of the cathode regions IIb to one of the anode regions IIa, respectively.
  • the arrows e " in FIGS. 1 and 2 illustrate that the interconnector regions 11c 'and the ring conductor 11c" serially interconnect the anode-electrolyte-cathode units 11a, 11c, 11b in such a way that the current flows through the one strand towards the ring conductor IIa "and on the ring conductor IIa" and the other strand can be led back.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate that the current through the anode material IIa and / or cathode material IIb and / or
  • FIGS. 1 and 2 further show that the functional layer system 11a, 11a ', 11b, 11b', 11c, 1cc 'on the inside of a hollow cylindrical
  • Section 12 of a tubular carrier body is applied.
  • the cathode layer IIb, IIb on the hollow cylindrical portion 12 which is formed of an inert, gas-permeable porous material.
  • FIGs 1 and 2 sketch that an end portion of the tubular
  • Carrier body is formed as a mounting portion or foot portion 13, wherein the other end portion is formed as a cap portion 14 which closes the hollow cylindrical intermediate portion 12.
  • the two end sections 13, 14 are formed from one, optionally inert, gas-tight, ceramic material.
  • FIG. 1 illustrates that by an embodiment of the
  • the cell by applying an electrode assembly 11 to a substrate 1 of a component for forming an inert, gas-permeable porous ceramic material, and by film injection molding with an injection molding component 12 for forming an inert, gas-permeable porous ceramic material and Conversion of the components 1.12 into inert, gas-permeable porous, ceramic materials is formed by means of sintering, the resulting inert, gas-permeable porous, ceramic substrate 1 remains on the electrode package 11.
  • FIG. 1 shows that the electrode package 11 is arranged between a first wall 12 made of the injection-molded component 12 made of an inert, gas-permeable porous ceramic material and a second wall 1 formed of the substrate 1 made of inert, gas-permeable, porous ceramic material.
  • the electrode package 11 connects to the first 12 and second 1 wall materially.
  • FIG. 1 shows that the second wall 1 can have a significantly smaller wall thickness than the first wall 12.
  • an electrode package 11 is printed on a substrate 1, which can remain in the tube 12 as a sufficiently porous layer, for example as an inner wall 1.
  • a substrate 1 which can remain in the tube 12 as a sufficiently porous layer, for example as an inner wall 1.
  • This can be done in particular by technical screen printing on an inert porous carrier material 1 in tape or tube form. In this way, advantageously in particular a tubular
  • Solid oxide fuel cell with internal electrodes.
  • a cast film in particular green film, for example in tape form, or an extruded sleeve or an extruded tube 1 are produced.
  • a cast film in particular green film, for example in tape form, or an extruded sleeve or an extruded tube 1 are produced.
  • the film (green sheet, tape) or the sleeve (tube) 1 can functional layers lla, lla ', llb, llb', llc, llc 'means
  • the functional layer package 11a, 11a ', 11b, 11b', 11c, 11c ' can be fixed directly to the green body 12, for example from forsterite, via film back-injection during the injection process, so that advantageously manufacturing steps can be saved.
  • the porous inert material of the film (tape) or the sleeve (tube) 1 connects cohesively with the
  • Functional layer package lla, lla ', llb, llb', llc, llc ' in particular the anode IIa, and remains as inner wall 1, through which, for example
  • Hydrogen can diffuse to the anode IIa.
  • this process can be applied to all inert materials, for example AlMg-
  • Substrate material for the functional layer package 11 is that it can be printed very well in planar printing and, for example, can also be handled well in the transfer from planar to a round injection mold core, for example a CIM core (CIM, English: Ceramic Injection Molding).
  • CIM core CIM, English: Ceramic Injection Molding
  • a sleeve 1 (tube) made of an inert ceramic, for example forsterite, AlMg spinel or doped ZrO 2.
  • This 1 can be printed directly in round printing and has the advantage, among other things, that it 1 directly on the Injection molding tool core, for example CIM core, is positionable.
  • the sleeve 1 would remain as an inner wall 1 in the tube 12. Gas, for example hydrogen, would then diffuse through the porous inner wall 1, for example to the anode IIb.
  • a tubular SOFC cell containing an internal electrode package 11 can be produced.
  • This electrode package 11 can be printed in particular by screen printing on a green sheet 1 made of an above-mentioned inert material or an extruded sleeve 1 made of the same material. The sleeve 1 and the injection core with the
  • applied electrode package 11 may be in an injection mold
  • a CIM tool inserted and overmoulded.
  • the film (tape) or sleeve (tube) 1 can remain in the tube 12 after the injection process.
  • the pore former present in the film (tape) or sleeve (pipe) can burn out and leave behind a porous inert layer in the interior of the tube 12, through which, for example, hydrogen can reach the anode IIb.
  • this concept can provide a single sintering step, in which the electrode package 11 and the porous tube 12 join together
  • Temperatures for example between 1100 ° C and 1300 ° C, are sintered.
  • the cathode IIb can in particular be connected to the ceramic tube 12 with a material fit and still be sufficiently porous after the sintering process.
  • the anode IIa can in particular connect in a materially bonded manner to the inner inert porous layer 1 or the inert inner ceramic tube.
  • an inert for example, forsterite-based, porous green sheet or extruded sleeve can serve as the substrate 1 for the functional layer package 11, onto which the electrode package 11 is printed by means of rotary screen printing.
  • the tube 12 can be a so-called cermet (derived from CIM) produced by film injection molding, a tube made of an inert porous material, for example forsterite.
  • FIG. 2 illustrates that, by means of an embodiment of the method according to the invention, in which the cell is rendered ash-free by applying an electrode packet 11 to a substrate 1 made of an ashless material
  • Injection molding component 12 for forming an inert, gas-permeable porous, ceramic material and by converting the components 1.12 in inert, gas-permeable porous, ceramic materials is formed by sintering, the substrate 1 may still cover the electrode package 11 before sintering. By sintering, however, the substrate can be completely removed in the context of this embodiment, so that the inside of the
  • Electrode packet 11, in particular the anode layer 11a is then open (not shown in Figure 2) .
  • an electrode package 11 is printed on a substrate 1, which burns out ashes and residue-free during the sintering process.
  • This can be done in particular by technical screen printing on an ashless ausbrennbares carrier material 1 in tape or tube form.
  • SOFC tubular solid oxide fuel cell
  • a carrier film or an extruded tube 1 can be produced from an ashless-burnable material, for example carbon black and / or cellulose and / or starch. On this film or this tube 1 can functional layers
  • lla, lla ', llb, llb', llc, llc ' are printed by screen printing technology.
  • Manufacturing steps can be saved. During the sintering process, the substrate material 1 can burn off without residue. So can
  • porous anode layer IIa is exposed or as the first functional layer in the interior of the Tubuses, in which, for example, a fuel gas atmosphere can be generated may be located.
  • the advantage of using an ashless burn-out carrier film 1 for the functional layer package 11 is that it can be printed very well in planar printing and, for example, can also be handled well in the transfer from planar to a round injection mold core, for example a CIM core.
  • a positioning on the injection mold core, for example CIM core, can be done in a very simple way by vacuum. Since the film 1 can burn out ashes during sintering, no residues can remain on the electrode package 11.
  • a sleeve 1 of ashless burn-out material e.g., carbon black, cellulose, starch
  • This 1 can be printed directly in round printing and has the advantage, among other things, that it can be positioned directly on the injection mold core, for example the CIM core.
  • the sleeve 1 would serve as inner wall 1 for the functional layer package 11 and burn out without residue during the sintering process.
  • a tubular SOFC cell containing an internal electrode package 11 can be produced.
  • This electrode package 11 can in particular by means of screen printing on a green sheet 1 of ashless
  • burnable material for example carbon black and / or cellulose and / or starch, or an extruded sleeve 1 are printed from the same material.
  • Electrode packet 11 can be inserted into an injection molding tool, in particular a CIM tool, and injection-molded around. During the sintering process, the film (tape) or the sleeve can burn out without residue, so that, for example, the anode IIa can be free or open inside the tube 12.
  • this concept can provide a single sintering step, in which the electrode package 11 and the porous tube 12 join together
  • the cathode IIb can in particular be connected to the ceramic tube 12 with a material fit and still be sufficiently porous after the sintering process.
  • the substrate 1 of the electrode assembly 11 can burn off without residue.
  • the functional layer package 11 serves as substrate 1 for the functional layer package 11 is an ashless ausbrennbare planar carrier film or an extruded sleeve, for example made of carbon black and / or cellulose and / or starch serve on the 1 in the screen printing the electrode package 11 is printed and which remains residue-free during the sintering process burns out.
  • the tube 12 can be a by
  • Foil injection molded, so-called cimter derived from CIM
  • tube of an inert porous material for example, forsterite be.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer tubularen Festoxidzelle (10), insbesondere einer Brennstoffzelle. Um eine tubulare Festoxidzelle, beispielsweise eine Festoxidbrennstoffzelle mit einem innen liegenden Elektrodenpaket, insbesondere mit wenigen Prozessschritten und mit einer geringen Ausschussrate, herzustellen, wird in einem Verfahrensschritt a) ein Substrat (1) bereitgestellt, welches (1) aus einer Komponente zur Ausbildung eines, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials oder aus einem aschefrei ausbrennbaren Material ausgebildet ist. In einem Verfahrensschritt b) wird auf das Substrat ein Elektrodenpaket (11) aufgebracht. In einem Verfahrensschritt c) wird das mit dem Elektrodenpaket (11) versehene Substrat (1) so in eine Kavität eines Spritzgusswerkzeugs eingebracht, dass das Elektrodenpaket (11) einen hohlzylindrischen Hohlraum begrenzt. In einem Verfahrensschritt d) wird eine Spritzgusskomponente (12) in den hohlzylindrischen Hohlraum eingespritzt. In einem Verfahrensschritt e) wird dann der Spritzgusskörper (11,12) gesintert, wobei die Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials in ein gasdurchlässig poröses, keramisches Material überführt wird oder wobei das aschefrei ausbrennbare Material ausgebrannt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine tubulare Festoxidzelle, insbesondere Festoxidbrennstoffzelle, sowie deren Verwendung und ein entsprechend ausgestattetes Energiesystem.

Description

Beschreibung Titel
Tubuläre Festoxidzelle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer tubulären Festoxidzelle, Festoxidzellen sowie deren Verwendung und ein entsprechend ausgestattetes Energiesystem.
Stand der Technik
Festoxid- Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) mit keramischen Zellen sind eine der Hochtemperatur- Varianten der Brennstoffzelle. Sie werden bei
600 °C bis 1000 °C betrieben und liefern dabei höchste elektrische
Wirkungsgrade von etwa 50 %.
Die Festoxid- Brennstoffzellen wird vorwiegend in zwei Hauptvarianten entwickelt: als Röhre (tubuläres Konzept) und als flache Membran (planares Konzept).
Die Druckschrift DE 198 01 440 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Elektroden- Elektrolyt- Einheit für eine Hochtemperaturbrennstoffzelle. Die Druckschrift JP 09199138 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer
Elektrode für eine Brennstoffzelle.
Die Druckschrift EP 1 237 065 Bl beschreibt ein Herstellungsverfah
Festoxidbrennstoffzellen. Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer tubulären Festoxidzelle.
In einem Verfahrensschritt (a) wird dabei insbesondere ein Substrat
bereitgestellt, welches aus einer Komponente zur Ausbildung eines
gasdurchlässig porösen, keramischen Materials oder aus einem aschefrei ausbrennbaren Material ausgebildet ist.
In einem Verfahrensschritt (b) wird dabei insbesondere ein Elektrodenpaket auf das Substrat aufgebracht.
Mittels Folienhinterspritzung kann an das mit dem Elektrodenpaket versehene Substrat, insbesondere durch Keramikspritzguss, ein, beispielsweise
rohrförmiger, (Träger-) Körper angespritzt werden.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in einem Verfahrensschritt (c) das mit dem Elektrodenpaket versehene Substrat in eine Kavität eines
Spritzgusswerkzeugs eingebracht wird, insbesondere wobei das Elektrodenpaket des mit dem Elektrodenpaket versehenen Substrats einen Hohlraum
beziehungsweise die Kavität begrenzt, und in einem Verfahrensschritt (d) eine Spritzgusskomponente, insbesondere in den Hohlraum beziehungsweise die Kavität, eingespritzt wird.
Insbesondere kann in einem Verfahrensschritt (c) das mit dem Elektrodenpaket versehene Substrat so in eine Kavität eines Spritzgusswerkzeugs eingebracht werden, dass das Elektrodenpaket einen hohlzylindrischen Hohlraum begrenzt. In einem Verfahrensschritt (d) kann dann eine Spritzgusskomponente in den hohlzylindrischen Hohlraum eingespritzt werden.
In einem Verfahrensschritt (e) wird insbesondere der Spritzgusskörper, beispielsweise aus Verfahrensschritt d), gesintert, wobei die Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials in ein gasdurchlässig poröses, keramisches Material überführt wird oder wobei das aschefrei ausbrennbare Material ausgebrannt wird.
Eine Festoxidzelle kann beispielsweise eine Festoxidbrennstoffzelle und/oder Festoxidelektrolysezelle und/oder Festoxid- Metall- Luft-Zelle sein. Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung einer Festoxidbrennstoffzelle und/oder Festoxidelektrolysezelle und/oder Festoxid- Metall- Luft-Zelle, beispielsweise einer Festoxidbrennstoffzelle oder Festoxidelektrolysezelle, zum Beispiel einer Festoxid brennstoffzelle, ausgelegt sein.
Das Verfahren ermöglicht es vorteilhafterweise eine tubuläre Festoxidzelle, insbesondere eine tubuläre Festoxidzelle mit einem innen liegenden
Elektrodenpaket, beispielsweise mit einem innen liegenden
Funktionsschichtsystem paket aus einer Anodenschicht, einer Kathodenschicht und einer dazwischen angeordneten Elektrolytschicht, auf einfache Weise herzustellen. Dabei kann sowohl beim Einsatz eines Substrats aus einer
Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials als auch beim Einsatz eines Substrats aus einem aschefrei
ausbrennbaren Material vorteilhafterweise Prozessschritte eingespart,
Beschädigungen des Elektrodenpaketes, insbesondere des
Funktionsschichtsystempaketes, vermieden und/oder die Ausschussrate gesenkt werden.
Insbesondere können sowohl beim Einsatz eines Substrats aus einer
Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials als auch beim Einsatz eines Substrats aus einem aschefrei
ausbrennbaren Material vorteilhafterweise Entformungsprozesse verringert oder vermieden werden. So können vorteilhafterweise Beschädigungen des
Elektrodenpaketes, insbesondere des Funktionsschichtsystempaketes, vermieden und/oder die Ausschussrate gesenkt werden.
Bei der Folienhinterspritzung kann das Elektrodenpaket, insbesondere das Funktionsschichtsystempaket, direkt während des Spritzprozesses auf dem Spritzgusskörper beziehungsweise Grünkörper aus der Spritzgusskomponente fixiert werden, so dass vorteilhafterweise weitere Fertigungsschritte eingespart werden können.
Insofern das Substrat aus einer Komponente zur Ausbildung eines
gasdurchlässig porösen, keramischen Material ausgebildet ist, bildet sich während des Sinterprozesses das gasdurchlässig poröse, keramische Material und verbindet sich dabei stoffschlüssig mit dem Elektrodenpaket
beziehungsweise Funktionsschichtsystem, beispielsweise einer Anodenschicht oder Kathodenschicht des Funktionsschichtsystem, und verbleibt als gasdurchlässig poröse Wand, durch welche Gas, zum Beispiel
Wasserstoff/Brenngas beziehungsweise Luft, zum Elektrodenpaket
beziehungsweise Funktionsschichtsystem, beispielsweise zur Anodenschicht beziehungsweise Kathodenschicht des Funktionsschichtsystem, hindurch diffundieren kann. Da das Substrat als ausreichend gasdurchlässige Wand auf dem Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtsystempaket, verbleibt, entfallen zusätzliche Prozessschritte zur Entformung und es können keine unerwünschten Rückstände zurückbleiben.
Insofern das Substrat aus einem aschefrei ausbrennbaren Material ausgebildet ist, brennt das Substratmaterial während des Sinterprozesses aschefrei beziehungsweise rückstandsfrei ab. Das Elektrodenpaket beziehungsweise Funktionsschichtsystem, beispielsweise eine Anodenschicht oder
Kathodenschicht des Funktionsschichtsystem, wird dabei frei gelegt, so dass Gas, zum Beispiel Wasserstoff/Brenngas beziehungsweise Luft, ungehindert zum Elektrodenpaket beziehungsweise Funktionsschichtsystem, beispielsweise der Anodenschicht beziehungsweise Kathodenschicht des
Funktionsschichtsystem, diffundieren kann. Da das Substrat während des Sinterns aschefrei ausbrennt, entfallen zusätzliche Prozessschritte zur
Entformung und es können keine unerwünschten Rückstände zurückbleiben.
Im Rahmen einer Ausführungsform wird, insbesondere in Verfahrensschritt b), das Substrat mit dem Elektrodenpaket bedruckt. Das Bedrucken kann dabei insbesondere mittels Siebdruck erfolgen. Siebdruck hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Insbesondere kann dabei das Elektrodenpaket ein Funktionsschichtsystempaket aus einer Anodenschicht, einer Kathodenschicht und einer zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht ausgebildeten Elektrolytschicht sein. In Verfahrensschritt c) kann daher insbesondere ein bedrucktes Substrat in die Kavität des Spritzgusswerkzeugs eingebracht werden. Das Anodenmaterial kann beispielsweise Nickel umfassen. Das
Kathodenmaterial kann beispielsweise elektrisch leitfähige Oxide umfassen. Das Anodenmaterial und/oder das Kathodenmaterial kann beispielsweise ein porös sinterndes Material sein. Das Elektrolytmaterial kann beispielsweise ein keramischer Festelektrolyt, insbesondere ein sauerstoffionenleitendes Material, beispielsweise mit seltenen Erden, insbesondere Scandium, Yttrium und/oder
Cer, dotiertem Zirkoniumdioxid (Zr02) sein. Das Elektrolytmaterial kann insbesondere gasdicht sinternd sein.
Das Substrat kann insbesondere eine Hülse, beispielsweise in Form eines Rohrs, oder eine Folie, beispielsweise in Form eines Bandes beziehungsweise eines so genannten Tapes, sein. Insbesondere kann das Substrat eine
Grünkörperhülse oder eine Grünfolie sein.
Eine Hülse kann insbesondere durch Rundsiebdruck bedruckt werden. Eine Hülse kann vorteilhafterweise ohne eine zusätzliche formgebende Bearbeitung eingesetzt und/oder direkt auf einem Spritzgusswerkzeugkern oder einer
Innenwandung der Kavität positioniert werden. Zudem kann beim Einsatz einer
Hülse gegebenenfalls auf formstabilisierende Maßnahmen verzichtet werden.
Gegebenenfalls kann beim Einsatz einer Hülse sogar auf einen
Spritzgusswerkzeugkern verzichtet oder das Spritzgusswerkzeug und/oder der
Spritzgusswerkzeugkern beziehungsweise deren Handhabung vereinfacht werden.
Insbesondere kann das Substrat eine extrudierte oder spritzgegossene Hülse sein.
Eine Folie, insbesondere eine planare Folie, kann vorteilhafterweise durch Planarsiebdruck sehr gut bedruckt werden. Auf diese Weise kann das Verfahren vorteilhafterweise vereinfacht werden. Zudem kann eine Folie im Transfer von planar auf einen, beispielsweise runden, Spritzgusswerkzeugkern, oder eine, beispielsweise runde, Trägerhülse gut gehandhabt werden. Ein Transfer, beispielsweise auf einen Spritzgusswerkzeugkern oder eine Innenwandung der Kavität des Spritzgusswerkzeugs und/oder eine Trägerhülse, und/oder eine Positionierung, beispielsweise auf dem Spritzgusswerkzeugkern oder der Innenwandung der Kavität des Spritzgusswerkzeugs und/oder der Trägerhülse, und/oder eine formgebende Bearbeitung kann vorteilhafterweise durch den Einsatz eines Vakuums, beispielsweise mittels einer Vakuumtechnologie, sehr einfach realisiert werden.
Insbesondere kann das Substrat eine gegossene Folie sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden, insbesondere in
Verfahrensschritt e), die Spritzgusskomponente und das Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtsystempaket, sowie gegebenenfalls die
Komponente des Substrats, insbesondere gemeinsam, gesintert. So können vorteilhafterweise weitere Prozessschritte vermieden werden. Insbesondere kann das Sintern, insbesondere in Verfahrensschritt e), in einem einzigen Sinterschritt erfolgen. Beim Sintern kann sich das Elektrodenpaket, insbesondere
Funktionsschichtsystempaket, insbesondere stoffschlüssig mit der
Spritzgusskomponente und gegebenenfalls der Komponente des Substrats verbinden. Das Sintern, insbesondere in Verfahrensschritt e), kann
beispielsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von > 1000 °C oder > 1 100 °C bis < 1300 C oder < 1200 C erfolgen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist, insbesondere in
Verfahrensschritt c), das mit dem Elektrodenpaket versehene, insbesondere bedruckte, Substrat eine hohlzylindrische Form auf oder wird in eine
hohlzylindrische Form gebracht. Dies kann im Fall einer Folie durch Vakuum, beispielsweise eine Vakuumtechnologie, und/oder Aufbringen der Folie auf eine Trägerhülse erfolgen. Insbesondere kann eine äußere Mantelfläche oder eine innere Mantelfläche des hohlzylindrischen, mit dem Elektrodenpaket versehene, insbesondere bedruckte, Substrats durch das Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtpaket, ausgebildet werden. Die durch das Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtpaket, ausgebildete äußere oder innere Mantelfläche kann dabei insbesondere den hohlzylindrischen Hohlraum begrenzen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials eine Komponente zur Ausbildung eines inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials.
Dabei kann unter inert insbesondere verstanden werden, dass das Material nicht als Elektrode oder Elektrolyt dient. Dabei kann die Festoxidzelle beispielsweise als inert geträgerte Festoxidzelle bezeichnet werden.
Als Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt a), sind grundsätzlich alle, insbesondere inerten, keramischen Materialien geeignet, aus denen ein Substrat, insbesondere eine Hülse oder Folie, herstellbar ist und aus dem mittels
Porenbildnern und durch Sintern ein hochporöses Material dargestellt werden kann. Zum Beispiel kann die Komponente zur Ausbildung eines, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere in
Verfahrensschritt a), mindestens ein Material umfassen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumsilikaten, insbesondere Forsterit (Mg2Si04), Spinellen, beispielsweise Aluminiummagnesium-Spinellen, wie MgAI204, dotierten Zirkoniumdioxiden, beispielsweise mit weniger als 3 Gew.-% dotierten Zirkoniumdioxiden, undotiertem Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Gemischen, Zirkoniumoxid-Glas-Gemischen, Zinkoxid und Mischungen davon.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Komponente zur Ausbildung eines, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt a), Forsterit, Aluminiummagnesium- Spinell (AlMg-Spinell) und/oder dotiertes Zirkoniumdioxid. Insbesondere kann die Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen
Materials, insbesondere in Verfahrensschritt a), Forsterit umfassen.
Forsterit basiert im Wesentlichen auf der allgemeinen Summenformel Mg2Si04. Forsterit kann vorteilhafterweise elektrisch und ionisch hoch isolierend sein und beispielsweise bei 20 °C einen spezifischen elektrischen Widerstand von 10 Dm und bei 600 °C einen spezifischen elektrischen Widerstand von 105 Dm aufweisen. So können vorteilhafterweise elektrische und ionische Kurzschlüsse vermieden und auf eine oder mehrere zusätzliche Isolationsschichten verzichtet werden. Weitere Vorteile von Forsterit sind dessen Sinterverhalten und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient. So kann Forsterit vorteilhafte Schwindungseigenschaften und eine vorteilhafte Schwindungskinetik aufweisen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Forsterit kann dabei zudem im Wesentlichen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien des Funktionsschichtsystems entsprechen und kann etwa 10 bis 11-10"6 K"1 betragen, was sich vorteilhaft auf eine gleichzeitige Sinterung (Cosinterung) des tubulären (Träger-) Körpers und des Elektrodenpakets, insbesondere des Funktionsschichtsystempakets, auswirkt. Zudem kann Forsterit über eine Reaktionssinterung aus kostengünstigen Rohstoffen, wie Talk und Magnesiumoxid gewonnen werden, was zur Kosteneinsparung bei der Herstellung weiter beiträgt.
Weiterhin kann die Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials mindestens einen Porenbildner umfassen. Als
Porenbildner können beispielsweise Verbindungen eingesetzte werden, welche während einer thermischen Behandlung, zum Beispiel während der Sinterung, sich zersetzen, verdampfen und/oder ausschmelzen. Als Porenbildner sind zum Beispiel organische Porenbildner geeignet. Diese können während eines thermischen Prozesses, beispielsweise nach der Formgebung durch das
Spritzgussverfahren, ausgebrannt werden und beispielsweise perkolierende Hohlräume hinterlassen.
Das aschefrei ausbrennbare Material, insbesondere in Verfahrensschritt a), kann beispielsweise ausgewählt sein, aus der Gruppe bestehend aus elementaren Kohlenstoffformen, wie Ruß, Polymeren, insbesondere nativen Polymere, wie Cellulose und/oder Stärke, und Kombinationen davon. Insbesondere kann das aschefrei ausbrennbare Material Ruß und/oder Cellulose und/oder Stärke umfassen oder sein. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird, insbesondere in
Verfahrensschritt d), eine Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials verwendet. Insbesondere kann die Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials eine Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials sein.
Beim Sintern, insbesondere in Verfahrensschritt e), kann insbesondere auch die Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines, insbesondere inerten,
gasdurchlässig porösen, keramischen Materials in ein, insbesondere inertes, gasdurchlässig poröses, keramisches Material überführt werden.
Als Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt d), sind grundsätzlich alle, insbesondere inerten, keramischen Materialien geeignet, aus denen ein Substrat, insbesondere eine Hülse oder Folie, herstellbar ist und aus dem mittels Porenbildnern und durch Sintern ein hochporöses Material dargestellt werden kann. Zum Beispiel kann die Spritzgusskomponente, insbesondere in
Verfahrensschritt d), zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials mindestens ein Material umfassen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumsilikaten, insbesondere Forsterit (Mg2Si04), Spinellen, beispielsweise Aluminiummagnesium-Spinellen, wie MgAI204, dotierten Zirkoniumdioxiden, beispielsweise mit weniger als 3 Gew.-% dotierten Zirkoniumdioxiden, undotiertem Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid- Zirkoniumoxid-Gemischen, Zirkoniumoxid-Glas-Gemischen, Zinkoxid und Mischungen davon
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt d), Forsterit, Aluminiummagnesium-Spinell
(AlMg-Spinell) und/oder dotiertes Zirkoniumdioxid. Insbesondere kann die Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials Forsterit umfassen. Weiterhin kann die Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials mindestens einen Porenbildner umfassen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird die Komponente zur
Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials auch als Spritzgusskomponente eingesetzt. Zum Beispiel kann die Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt a), die gleiche Komponente wie die Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt d), sein.
Das Spritzgusswerkzeug kann insbesondere einen in die Kavität einbringbaren Spritzgusswerkzeugkern aufweisen. Durch Einbringen des
Spritzgusswerkzeugkerns in die Kavität kann dabei zwischen dem
Spritzgusswerkzeugkern und der Innenwandung der Kavität ein, insbesondere im Wesentlichen, rohrförmiger Hohlraum ausgebildet werden. Dabei kann unter im Wesentlichen insbesondere verstanden werden, dass der rohrformige Hohlraum einen hohlzylindrischen Hohlraum(abschnitt) umfasst, wobei der rohrformige Hohlraum weiterhin noch andersartig geformte Hohlraumabschnitte,
insbesondere Hohlraumendabschnitte, beispielsweise zum Ausbilden eines Montageabschnitts und eines Kappenabschnitts oder zum Ausbilden von zwei Montageabschnitten, aufweist.
Das mit dem Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtsystempaket, versehene Substrat kann dabei auf den Spritzgusswerkzeugkern oder die Innenwandung der Kavität aufgebracht werden.
Dadurch, dass das mit dem Elektrodenpaket, insbesondere
Funktionsschichtsystempaket, versehene Substrat auf den
Spritzgusswerkzeugkern aufgebracht wird, kann eine Zelle hergestellt werden, welche einen rohrförmigen Trägerkörper aufweist auf dessen Innenseite das Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtsystempaket, aufgebracht ist.
Dadurch, dass das mit dem Elektrodenpaket, insbesondere
Funktionsschichtsystempaket, versehene Substrat auf die Innenwandung der Kavität aufgebracht wird, kann eine Zelle hergestellt werden, welche einen rohrförmigen Trägerkörper aufweist auf dessen Außenseite das Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtsystempaket, aufgebracht ist. Wenn ein mit einem Funktionsschichtsystempaket versehenes Substrat eingesetzt wird, bei dem auf dem Substrat eine Anodenschicht aufgebracht ist, wobei auf der Anodenschicht wiederum eine Elektrolytschicht aufgebracht ist, wobei auf der Elektrolytschicht eine Kathodenschicht aufgebracht ist, so kann insbesondere die Kathodenschicht den, beispielsweise hohlzylindrischen, Hohlraum, insbesondere in Verfahrensschritt c) und/oder d), begrenzen.
Insofern ein derartiges mit dem Funktionsschichtsystempaket versehene
Substrat auf dem Spritzgusswerkzeugkern aufgebracht wird, kann eine Zelle hergestellt werden, welche einen rohrförmigen Trägerkörper aufweist auf dessen Innenseite das Funktionsschichtsystempaket aufgebracht ist, bei dem die
Anodenschicht eine innere Schicht und die Kathodenschicht eine äußere Schicht ist. Dabei kann insbesondere die Kathodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an dem rohrförmigen Trägerkörper und die Anodenschicht zumindest temporär, insbesondere stoffschlüssig, an dem Substrat anschließen. Wenn das Substrat aschefrei ausgebrannt wird, kann die Anodenschicht dadurch frei gelegt werden.
Insofern ein derartiges mit dem Funktionsschichtsystempaket versehene
Substrat auf die Innenwandung der Kavität aufgebracht wird, kann eine Zelle hergestellt werden, welche einen rohrförmigen Trägerkörper aufweist auf dessen Außenseite das Funktionsschichtsystempaket aufgebracht ist, bei dem die
Kathodenschicht eine innere Schicht und die Anodenschicht eine äußere Schicht ist. Dabei kann insbesondere die Kathodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an dem rohrförmigen Trägerkörper und die Anodenschicht zumindest temporär, insbesondere stoffschlüssig, an dem Substrat anschließen. Wenn das Substrat aschefrei ausgebrannt wird, kann die Anodenschicht dadurch frei gelegt werden.
Wenn ein mit einem Funktionsschichtsystempaket versehenes Substrat eingesetzt wird, bei dem auf dem Substrat eine Kathodenschicht aufgebracht ist, wobei auf der Kathodenschicht wiederum eine Elektrolytschicht aufgebracht ist, wobei auf der Elektrolytschicht eine Anodenschicht aufgebracht ist, so kann insbesondere die Anodenschicht den, beispielsweise rohrförmigen, Hohlraum, insbesondere in Verfahrensschritt c) und/oder d), begrenzen.
Insofern ein derartiges mit dem Funktionsschichtsystempaket versehene Substrat auf dem Spritzgusswerkzeugkern aufgebracht wird, kann eine Zelle hergestellt werden, welche einen rohrförmigen Trägerkörper aufweist auf dessen Innenseite das Funktionsschichtsystempaket aufgebracht ist, bei dem die Kathodenschicht eine innere Schicht und die Anodenschicht eine äußere Schicht ist. Dabei kann insbesondere die Anodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an dem rohrförmigen Trägerkörper und die Kathodenschicht zumindest temporär, insbesondere stoffschlüssig, an dem Substrat anschließen. Wenn das Substrat aschefrei ausgebrannt wird, kann die Kathodenschicht dadurch frei gelegt werden.
Insofern ein derartiges mit dem Funktionsschichtsystempaket versehene Substrat auf die Innenwandung der Kavität aufgebracht wird, kann eine Zelle hergestellt werden, welche einen rohrförmigen Trägerkörper aufweist auf dessen Außenseite das Funktionsschichtsystempaket aufgebracht ist, bei dem die Anodenschicht eine innere Schicht und die Kathodenschicht eine äußere Schicht ist, wobei die Anodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an dem rohrförmigen Trägerkörper anschließt ist. Dabei kann insbesondere die Anodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an dem rohrförmigen Trägerkörper und die
Kathodenschicht zumindest temporär, insbesondere stoffschlüssig, an dem Substrat anschließen. Wenn das Substrat aschefrei ausgebrannt wird, kann die Kathodenschicht dadurch frei gelegt werden.
Weiterhin kann das Verfahren mindestens einen weiteren Verfahrensschritt (d1 ): Einspritzen einer weiteren Spritzgusskomponente aufweisen. Die weitere Spritzgusskomponente kann dabei insbesondere zum Ausbilden eines, insbesondere inerten, gasdichten, keramischen Materials ausgelegt sein.
Beim Sintern, insbesondere in Verfahrensschritt e), kann die weitere
Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines, insbesondere inerten, gasdichten, keramischen Materials, insbesondere aus Verfahrensschritt dl), in ein, insbesondere inertes, gasdichtes, keramisches Material überführt werden. Als Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdichten, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt dl), sind grundsätzlich alle, insbesondere inerten, keramischen Materialien geeignet, aus denen ein Substrat, insbesondere eine Hülse oder Folie, herstellbar ist und aus dem durch Sintern ein gasdichtes Material dargestellt werden kann. Zum Beispiel kann die weitere Spritzgusskomponente, insbesondere in Verfahrensschritt dl), zur Ausbildung eines gasdichten, keramischen Materials ebenfalls mindestens ein Material umfassen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Magnesiumsilikaten, insbesondere Forsterit (Mg2Si04), Spinellen, beispielsweise Aluminiummagnesium-Spinellen, wie MgAI204, dotierten Zirkoniumdioxiden, beispielsweise mit weniger als 3 Gew.-% dotierten Zirkoniumdioxiden, undotiertem Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid- Gemischen, Zirkoniumoxid-Glas-Gemischen, Zinkoxid und Mischungen davon
Beispielsweise kann die weitere Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdichten, keramischen Materials, insbesondere in Verfahrensschritt dl), Forsterit, Aluminiummagnesium-Spinell (AlMg-Spinell) und/oder dotiertes
Zirkoniumdioxid umfassen. Insbesondere kann die weitere
Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdichten, keramischen Materials Forsterit umfassen.
Insbesondere kann die weitere Spritzgusskomponente, insbesondere in
Verfahrensschritt dl) sich dadurch von der Komponente, insbesondere in Verfahrensschritt a), und/oder der Spritzgusskomponente, insbesondere in Verfahrensschritt d), unterscheiden, dass sie porenbildnerfrei ist.
Das Spritzgusswerkzeug kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass darin ein rohrförmiger Hohlraum ausbildbar ist, welcher einen hohlzylindrischen Hohlraum und zwei Hohlraumendabschnitte zum Ausbilden eines
Montageabschnitts und eines Kappenabschnitts oder zum Ausbilden von zwei Montageabschnitten aufweist. Die weitere Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines gasdichten, keramischen Materials kann, insbesondere in Verfahrensschritt dl), dabei in einen oder beide Hohlraumendabschnitte eingespritzt werden.
Insgesamt können so können vorteilhafterweise tubuläre Festoxidzellen, beispielsweise tubuläre Hochtemperaturbrennstoffzellen (tubuläre SOFC), hergestellt werden, welche einen rohrförmigen Trägerkörper (Tubus) mit einem gasdurchlässig porösen, insbesondere hohlzylindrischen, Bereich aufweisen, wobei auf dessen Innenseite oder gegebenenfalls Außenseite auf Höhe des porösen Bereichs Funktionsschichten platziert sein können. Der rohrförmige Trägerkörper (Tubus) fungiert dabei als elektrochemisch inerter Träger für die Funktionsschichten. Ein derartiger Aufbau hat den Vorteil, dass dadurch sehr dünne Schichtpakete realisiert werden können, was nicht nur mit einer
Einsparung an Material der Funktionsschichten (Kosten, Verfügbarkeit Lanthan- Verbindungen) sondern insbesondere mit einer hohen elektrischen Leistung einhergeht.
Insofern ein Substrat in Form einer Folie eingesetzt wird, kann das mit dem Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtpaket, auf einer Trägerhülse aufgebracht sein, welche wiederum auf einen Spritzgusswerkzeugkern aufgebracht werden kann.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen
Festoxidzellen, der erfindungsgemäßen Verwendung und dem
erfindungsgemäßen Energiesystem sowie auf die Figuren und die
Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine tubuläre Festoxidzelle, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist. Insbesondere kann die Festoxidzelle dabei eine Festoxidbrennstoffzelle und/oder
Festoxidelektrolysezelle und/oder Festoxid- Metall- Luft-Zelle sein. Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Festoxidzelle, der erfindungsgemäßen Verwendung und dem erfindungsgemäßen Energiesystem sowie auf die Figuren und die
Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine tubuläre Festoxidzelle.
Insbesondere kann die Festoxidzelle dabei eine Festoxidbrennstoffzelle und/oder Festoxidelektrolysezelle und/oder Festoxid- Metall- Luft-Zelle sein.
Insbesondere kann die tubuläre Festoxidzelle ein Elektrodenpaket umfassen, wobei das Elektrodenpaket zwischen einer ersten Wand aus einem,
insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material und einer zweiten Wand aus einem, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material angeordnet ist. Insbesondere kann dabei das
Elektrodenpaket an der ersten und zweiten Wand stoffschlüssig anschließen.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist das Elektrodenpaket ein
Funktionsschichtsystempaket aus einer Anodenschicht, einer Kathodenschicht und einer zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht ausgebildeten Elektrolytschicht. Im Rahmen einer Ausgestaltung schließt dabei die
Kathodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an die erste Wand und die Anodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an die zweite Wand an. Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung schließt die Anodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an die erste Wand und die Kathodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an die zweite Wand an. Beispielsweise kann das Elektrodenpaket vollflächig an der ersten und zweiten Wand anschließen. Beispielsweise kann die Kathodenschicht vollflächig, insbesondere stoffschlüssig, an der erste Wand und die Anodenschicht vollflächig, insbesondere stoffschlüssig, an der zweiten Wand, oder umgekehrt die Anodenschicht vollflächig, insbesondere stoffschlüssig, an der erste Wand und die Kathodenschicht vollflächig, insbesondere stoffschlüssig, an der zweiten Wand anschließen. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die erste Wand ein Abschnitt eines rohrförmigen Trägerkörpers. Der rohrförmige Trägerkörper kann dabei insbesondere einen hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und zwei Endabschnitte aufweisen, wobei einer der Endabschnitte ein Montageabschnitt
beziehungsweise Fußabschnitt, insbesondere zur Montage der Zelle, und wobei der andere Endabschnitt ein Kappenabschnitt, welcher eines der Enden des hohlzylindrischen Zwischenabschnitt verschließt, oder ein weiterer
Montageabschnitt beziehungsweise Fußabschnitt, insbesondere zur Montage der Zelle, ist. Dabei kann insbesondere der hohlzylindrische Zwischenabschnitt die erste Wand umfasst oder ausbilden.
Im Fall einer Ausführung mit einem geschlossenem Ende kann vorteilhafterweise das unverbrauchte Gas, beispielsweise Brenngas, in den Gaskreislauf, beispielsweise Brenngaskreislauf, zurückgeführt werden, was vorteilhafterweise einen höheren elektrischen Wirkungsgrad ermöglicht
Die erste Wand beziehungsweise der hohlzylindrische Zwischenabschnitt kann insbesondere aus der Spritzgusskomponente zur Ausbildung eines,
insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere aus Verfahrensschritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausgebildet beziehungsweise gasdurchlässig poröse sein.
Die Endabschnitte können insbesondere aus einem gasdichten, keramischen Material, insbesondere aus Verfahrensschritt dl) des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausgebildet beziehungsweise gasdicht sein.
Die zweite Wand kann eine hohlzylindrische Form aufweisen. Die zweite Wand kann insbesondere durch das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet Substrat ausgebildet beziehungsweise gasdurchlässig porös sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Wand eine geringere Wandstärke als die erste Wand auf. Insbesondere kann dabei die Wandstärke der zweiten Wand weniger als 75 %, beispielsweise weniger als 50 %, zum Beispiel weniger als 25 %, der Wandstärke der ersten Wand betragen. Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Festoxidzelle, der erfindungsgemäßen Verwendung und dem erfindungsgemäße Energiesystem sowie auf die Figuren und die
Figurenbeschreibung verwiesen.
Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer tubulären Festoxidzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen tubulären Festoxidzelle, beispielsweise als Brennstoffzelle und/oder als Elektrolysezelle und/oder als Metall-Luft-Zelle, zum Beispiel in einer (Mikro-) Kraft- Wärmekopplungsanlage, zur industriellen Kraft- Wärme- Kopplung (BHKW), zur Hausenergieversorgung, in einem Kraftwerk zur Stromerzeugung und/oder zur Stromerzeugung an Bord eines Fahrzeugs. Insbesondere kann die tubuläre Festoxidzelle einen rohrförmigen Trägerkörper mit einem hohlzylindrischen Abschnitt aus einem, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material, zum Beispiel Forsterit, aufweisen, auf dessen Innenseite oder Außenseite, insbesondere Innenseite, ein Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtsystempaket aus einer
Anodenschicht, einer Kathodenschicht und einer zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht ausgebildeten Elektrolytschicht, aufgebracht ist. Zum Beispiel kann der hohlzylindrische Abschnitt ein hohlzylindrischer
Zwischenabschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers sein. Der rohrförmige Trägerkörper kann dabei insbesondere den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt und zwei Endabschnitte aufweisen. Dabei kann beispielsweise einer der
Endabschnitte ein Montageabschnitt beziehungsweise Fußabschnitt,
insbesondere zur Montage der Zelle, sein und wobei der andere Endabschnitt ein Kappenabschnitt, welcher eines der Enden des hohlzylindrischen
Zwischenabschnitts verschließt, oder ein weiterer Montageabschnitt
beziehungsweise Fußabschnitt, insbesondere zur Montage der Zelle, sein kann.
Die Endabschnitte können dabei beispielsweise aus einem, insbesondere inerten, gasdichten keramischen Material, zum Beispiel Forsterit, sein. Dabei kann die Kathodenschicht, insbesondere stoffschlüssig, an dem
hohlzylindrischen (Zwischen-)Abschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers anschließen. Die Anodenschicht kann dabei frei liegen oder an ein Substrat beziehungsweise eine Wand aus einem gasdurchlässig porösen Material, beispielsweise stoffschlüssig, anschließen. Oder die Anodenschicht kann, insbesondere stoffschlüssig, an dem hohlzylindrischen (Zwischen-)Abschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers anschließen, insbesondere wobei die
Kathodenschicht frei liegen oder an ein Substrat beziehungsweise eine Wand aus einem gasdurchlässig porösen Material, beispielsweise stoffschlüssig, anschließen kann.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, den erfindungsgemäßen Festoxidzellen und dem erfindungsgemäßen
Energiesystem sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Energiesystem, zum Beispiel eine
Energiespeicher- und/oder -wandleranlage oder eine (Mikro-) Kraft- Wärme- Kopplungsanlage oder eine kraftwärmegekoppelte Energiespeicher- und/oder - wandleranlage, beispielsweise für eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage, eine Biogasanlage, ein Wohn- oder Geschäftshaus, eine Industrieanlage, ein Kraftwerk oder ein Fahrzeug, welche/s mindestens eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte beziehungsweise erfindungsgemäß verwendete Zelle umfasst. Unter einer (Mikro-) Kraft- Wärme- Kopplungsanlage kann insbesondere eine Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme aus einem Energieträger verstanden werden.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, den erfindungsgemäßen Festoxidzellen und der erfindungsgemäßen
Verwendung sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnungen Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen tubulären Festoxidzelle, welche mittels eines Substrats aus einer Komponente zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials hergestellt wurde; und
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen tubulären Festoxidzelle, welche mittels eines Substrats aus einem aschefrei ausbrennbaren Material hergestellt wird, vor dem Ausbrennen des aschefrei ausbrennbaren Materials während eines Sinterprozesses.
Die Figuren 1 und 2 zeigen tubuläre Festoxidzelle 10, beispielsweise
Festoxidbrennstoffzellen (SOFC), welche ein Elektrodenpaket 11 in Form eines Funktionsschichtsystem pakets lla.lla', IIb, IIb', llc.llc' aufweist, welches eine Anodenschicht IIa, IIa', eine Kathodenschicht IIb, IIb' und eine zwischen der Anodenschicht IIa, IIa' und der Kathodenschicht IIb, IIb' ausgebildeten Elektrolytschicht llc.llc' umfasst. Dabei umfasst die Anodenschicht IIa, IIa' Anodenbereiche IIa, welche durch elektrisch und ionisch isolierende Bereiche IIa' voneinander getrennt sind. Die Kathodenschicht IIb, IIb' umfasst
Kathodenbereiche IIb, welche ebenfalls durch elektrisch und ionisch isolierende Bereiche IIb' voneinander getrennt sind. Die Elektrolytschicht llc.llc' umfasst Elektrolytbereiche 11c, welche durch elektrisch leitende und ionisch isolierende Bereiche 11c' (Interkonnektorbereiche) voneinander getrennt sind.
Die Figuren 1 und 2 zeigen weiterhin, dass die Anodenbereiche IIa,
Kathodenbereiche IIb und Elektrolytbereiche 11c versetzt zueinander ausgebildet sind, wobei jeweils ein Anodenbereich IIa einer Anoden- Elektrolyt- Kathoden- Einheit lla,llc,llb über einen elektrisch leitenden und ionisch isolierenden Interkonnektorbereich 11c' der Elektrolytschicht llc.llc' elektrisch leitend mit einem Kathodenbereich IIb einer benachbarten Anoden- Elektrolyt- Kathoden- Einheit lla,llc,llb verbunden ist. Auf diese Weise werden Stränge aus seriell verschalteten Anoden- Elektrolyt- Kathoden- Einheiten lla,llc,llb gebildet (siehe linke und rechte Seite). Außerhalb der dargestellten
Querschnittsebene können die Stränge (links und rechts) durch einen oder mehrere elektrisch und ionisch isolierende Bereiche voneinander getrennt sein.
Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen zudem, dass die Stränge (links und rechts) dadurch elektrisch leitenden miteinander verbunden sind, dass zwei Anodenbereiche IIa von Anoden- Elektrolyt- Kathoden- Einheiten lla,llc,llb unterschiedlicher Stränge durch einen Ringleiter IIa" aus Anodenmaterial miteinander verbunden sind.
Die Pfeile 02 in den Figuren 1 und 2 veranschaulichen, dass Sauerstoffionen über die Elektrolytbereiche 11c jeweils von einem der Kathodenbereichen IIb zu einem der Anodenbereiche IIa gelangen können. Die Pfeile e" in den Figuren 1 und 2 veranschaulichen, dass die Interkonnektorbereiche 11c' und der Ringleiter 11c" die Anoden- Elektrolyt- Kathoden- Einheiten lla,llc,llb derart seriell verschalten, dass der Strom durch den einen Strang hin zum Ringleiter IIa" und über den Ringleiter IIa" und den anderen Strang wieder zurück geführt werden kann. So kann vorteilhafterweise die elektrische Verschaltung an einer Seite der
Zelle erfolgen. Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen, dass dabei der Strom über das Anodenmaterial IIa und/oder Kathodenmaterial IIb und/oder
Interkonnektormaterial 11c' abgeführt werden kann. Die Figuren 1 und 2 zeigen weiterhin, dass das Funktionsschichtsystem lla.lla', IIb, IIb', llc.llc' auf der Innenseite eines hohlzylindrischen
Abschnitts 12 eines rohrförmigen Trägerkörpers aufgebracht ist. Dabei liegt die Kathodenschicht IIb, IIb' an dem hohlzylindrischen Abschnitt 12 an, welcher aus einem inerten, gasdurchlässig porösen Material ausgebildet ist.
Die Figuren 1 und 2 skizzieren, dass ein Endabschnitt des rohrförmigen
Trägerkörpers als Montageabschnitt beziehungsweise Fußabschnitt 13 ausgebildet ist, wobei der andere Endabschnitt als Kappenabschnitt 14 ausgebildet ist, welcher den hohlzylindrischen Zwischenabschnitt 12 verschließt. Die beiden Endabschnitte 13,14 sind dabei aus einem, gegebenenfalls inerten, gasdichten, keramischen Material ausgebildet.
Figur 1 veranschaulicht, dass durch eine Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens, im Rahmen derer die Zelle mittels Aufbringen eines Elektrodenpaketes 11 auf ein Substrat 1 aus einer Komponente zum Ausbilden eines inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, und durch Folienhinterspritzung mit einer Spritzgusskomponente 12 zum Ausbilden eines inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials und durch Überführen der Komponenten 1,12 in inerte, gasdurchlässig poröse, keramische Materialien mittels Sintern ausgebildet wird, das resultierende inerte, gasdurchlässig poröse, keramische Substrat 1 auf dem Elektrodenpaket 11 verbleibt. Figur 1 zeigt, dass das Elektrodenpaket 11 zwischen einer ersten, aus der Spritzgusskomponente 12 ausgebildeten Wand 12 aus einem inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material und einer zweiten, durch das Substrat 1 ausgebildeten Wand 1 aus inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material angeordnet ist. Dabei schließt das Elektrodenpaket 11 an der ersten 12 und zweiten 1 Wand stoffschlüssig an. Insbesondere grenzt dabei die Kathodenschicht IIb, IIb' an der ersten Wand 12 und die Anodenschicht lla.lla' an der zweiten Wand 1 an, oder umgekehrt. Figur 1 zeigt, dass dabei die zweite Wand 1 eine deutlich geringere Wandstärke als die erste Wand 12 aufweisen kann.
Im Folgenden wird die Ausführungsform mittels eines inerten porösen
Trägermaterials 1 näher erläutert. Im Rahmen dieser Ausführungsform wird insbesondere ein Elektrodenpaket 11 auf ein Substrat 1 gedruckt, welches als ausreichend poröse Schicht, beispielsweise als innere Wand 1, im Tubus 12 verbleiben kann. Dies kann insbesondere durch technischen Siebdruck auf ein inertes poröses Trägermaterial 1 in Tape- oder Rohrform erfolgen. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise insbesondere eine tubuläre
Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) mit innen liegenden Elektroden hergestellt werden.
Im Rahmen dieser Ausführungsform kann insbesondere aus dem für den Tubus 12 vorgesehenen Wandmaterial, zum Beispiel Forsterit, AlMg-Spinell oder dotiertem Zr02, eine gegossene Folie, insbesondere Grünfolie, zum Beispiel in Tape-Form, oder eine extrudierte Hülse beziehungsweise ein extrudiertes Rohr 1 hergestellt werden. Auf die Folie (Grünfolie, Tape) beziehungsweise die Hülse (Rohr) 1 können Funktionsschichten lla,lla',llb,llb',llc,llc' mittels
Siebdrucktechnologie aufgedruckt werden. Das Funktionsschichtpaket lla,lla',llb,llb',llc,llc' kann dabei über Folienhinterspritzung direkt während des Spritzprozesses auf den Grünkörper 12, zum Beispiel aus Forsterit, fixiert werden, so dass vorteilhafterweise Fertigungsschritte eingespart werden können. Während des Sinterprozesses verbindet sich das poröse inerte Material der Folie (Tape) beziehungsweise der Hülse (Rohr) 1 stoffschlüssig mit dem
Funktionsschichtpaket lla,lla',llb,llb',llc,llc', insbesondere der Anode IIa, und verbleibt als innere Wand 1, durch welche hindurch, zum Beispiel
Wasserstoff, zur Anode IIa diffundieren kann. Generell kann dieses Verfahren auf alle inerten Materialien, zum Beispiel AlMg-
Spinell, dotiertes Zr02, etc.) übertragen werden, aus denen eine Folie (Tape) beziehungsweise eine Hülse (Extrudierrohr) 1 herstellbar ist, das sich mit Porenbildnern nach dem Sintern als hochporöses Material darstellen lässt. Der Vorteil der Verwendung einer Grünfolie 1 aus inertem Material als
Substratmaterial für das Funktionsschichtpaket 11 besteht darin, dass diese im Planardruck sehr gut bedruckbar ist und sich beispielsweise auch gut im Transfer von planar auf einen runden Spritzgusswerkzeugkern, zum Beispiel einen CIM- Kern (CIM, Englisch: Ceramic Injection Moulding) handhaben lässt. Eine
Positionierung auf dem Spritzgusswerkzeugkern, zum Beispiel CIM-Kern, kann auf sehr einfache Weise durch Vakuum erfolgen. Da die Folie 1 (Tape) als hochporöse Innenschicht im Tubus 12 verbleibt, können zusätzliche
Prozessschritte zur Entformung entfallen und die Gefahr der Beschädigung des Funktionsschichtenpaketes durch die Entformungsprozesse deutlich reduziert werden. Zudem können so unerwünschte Rückstände vermieden werden.
Neben der Verwendung einer Folie (Tape) 1 ist es auch möglich, eine Hülse 1 (Rohr) aus einer inerten Keramik, zum Beispiel Forsterit, AlMg-Spinell oder dotiertes Zr02, zu extrudieren. Diese 1 kann direkt im Runddruck bedruckt werden und hat unter Anderem den Vorteil, dass sie 1 direkt auf dem Spritzgusswerkzeugkern, zum Beispiel CIM-Kern, positionierbar ist. Auch hierbei würde die Hülse 1 als innere Wand 1 im Tubus 12 verbleiben. Gas, zum Beispiel Wasserstoff, würde dann durch die poröse Innenwand 1, zum Beispiel auf die Anode IIb, diffundieren.
So kann vorteilhafterweise eine tubuläre SOFC-Zelle hergestellt werden, die ein innenliegendes Elektrodenpaket 11 enthält. Dieses Elektrodenpaket 11 kann insbesondere mittels Siebdruck auf eine Grünfolie 1 aus einem oben genannten inerten Material oder eine extrudierte Hülse 1 aus demselben Material gedruckt werden. Die Hülse 1 beziehungsweise der Spritzgusskern mit dem
aufgebrachten Elektrodenpaket 11 kann in ein Spritzgusswerkzeug,
insbesondere ein CIM-Werkzeug, eingelegt und umspritzt werden. Die Folie (Tape) beziehungsweise Hülse (Rohr) 1 kann nach dem Spritzprozess im Tubus 12 verbleiben. Während des Sinterprozesses kann die in der Folie (Tape) beziehungsweise Hülse (Rohr) befindlichen Porenbildner ausbrennen und eine poröse inerte Schicht im Inneren des Tubuses 12, durch die zum Beispiel Wasserstoff auf die Anode IIb gelangen kann, hinterlassen.
Dieses Konzept kann insbesondere einen einzigen Sinterschritt vorsehen, bei dem das Elektrodenpaket 11 und der poröse Tubus 12 gemeinsam bei
Temperaturen, zum Beispiel zwischen 1100 °C und 1300 °C, gesintert werden.
Die Kathode IIb kann dabei insbesondere stoffschlüssig an das keramische Rohr 12 angeschlossen werden und nach dem Sinterprozess noch ausreichend porös sein. Die Anode IIa kann dabei insbesondere stoffschlüssig an die innenliegende inerte poröse Schicht 1 beziehungsweise das inerte innenliegende keramische Rohr anschließen.
Insbesondere kann dabei als Substrat 1 für das Funktionsschichtpaket 11 eine inerte, zum Beispiel Forsterit-basierte, poröse Grünfolie oder extrudierte Hülse dienen, auf die 1 im Rundsiebdruck das Elektrodenpaket 11 gedruckt wird. Der Tubus 12 kann dabei ein durch Folienhinterspritzung hergestellter, so genannter gecimter (abgeleitet von CIM), Tubus aus einem inerten porösen Material, zum Beispiel Forsterit, sein. Figur 2 veranschaulicht, dass durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, im Rahmen derer die Zelle mittels Aufbringen eines Elektrodenpaketes 11 auf ein Substrat 1 aus einem aschefrei
ausbrennbaren Material und durch Folienhinterspritzung mit einer
Spritzgusskomponente 12 zum Ausbilden eines inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials und durch Überführen der Komponenten 1,12 in inerte, gasdurchlässig poröse, keramische Materialien mittels Sintern ausgebildet wird, das Substrat 1 vor dem Sintern zwar noch das Elektrodenpaket 11 bedecken kann. Durch das Sintern kann das Substrat im Rahmen dieser Ausführungsform jedoch vollständig entfernt werden, so dass die Innenseite des
Elektrodenpaketes 11, insbesondere der Anodenschicht lla.lla" dann offen liegt (nicht dargestellt in Figur 2). Im Folgenden wird die Ausführungsform mittels eines aschefrei ausbrennbaren
Trägermaterials 1 näher erläutert. Im Rahmen dieser Ausführungsform wird insbesondere ein Elektrodenpaket 11 auf ein Substrat 1 gedruckt, welches während des Sinterprozesses asche- und rückstandsfrei ausbrennt. Dies kann insbesondere durch technischen Siebdruck auf ein aschefrei ausbrennbares Trägermaterial 1 in Tape- oder Rohrform erfolgen. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise insbesondere eine tubuläre Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) mit innen innenliegendem Elektrodenpaket IIa hergestellt werden.
Im Rahmen dieser Ausführungsform kann insbesondere aus einem aschefrei ausbrennbaren Material, zum Beispiel Ruß und/oder Cellulose und/oder Stärke, eine Trägerfolie oder ein extrudiertes Rohr 1 hergestellt werden. Auf diese Folie beziehungsweise diese Rohr 1 können Funktionsschichten
lla,lla',llb,llb',llc,llc' mittels Siebdrucktechnologie aufgedruckt werden. Das Funktionsschichtpaket lla,lla',llb,llb',llc,llc' kann dabei über
Folienhinterspritzung direkt während des Spritzprozesses auf den Grünkörper 12, zum Beispiel aus Forsterit, fixiert werden, so dass vorteilhafterweise
Fertigungsschritte eingespart werden können. Während des Sinterprozesses kann das Substratmaterial 1 rückstandsfrei abbrennen. So kann
vorteilhafterweise bewirkt werden, dass die poröse Anodenschicht IIa freigelegt wird beziehungsweise sich als erste Funktionsschicht im Inneren des Tubuses, in welchem zum Beispiel eine Brenngasatmosphäre erzeugt werden kann, befinden kann.
Der Vorteil der Verwendung einer aschefrei ausbrennbaren Trägerfolie 1 für das Funktionsschichtpaket 11 besteht darin, dass diese im Planardruck sehr gut bedruckbar ist und sich beispielsweise auch gut im Transfer von planar auf einen runden Spritzgusswerkzeugkern, zum Beispiel einen CIM-Kern handhaben lässt. Eine Positionierung auf dem Spritzgusswerkzeugkern, zum Beispiel CIM-Kern, kann auf sehr einfache Weise durch Vakuum erfolgen. Da die Folie 1 kann während des Sinterns aschefrei ausbrennen kann, können keine Rückstände auf dem Elektrodenpaket 11 verbleiben.
Neben der Verwendung einer Folie 1 ist es auch möglich, eine Hülse 1 aus einem aschefrei ausbrennbaren Material (z.B. Ruß, Cellulose, Stärke) zu extrudieren. Diese 1 kann direkt im Runddruck bedruckt werden und hat unter Anderem den Vorteil, dass sie 1 direkt auf dem Spritzgusswerkzeugkern, zum Beispiel CIM-Kern, positionierbar ist. Die Hülse 1 würde dabei als innere Wand 1 für das Funktionsschichtpaket 11 dienen und während des Sinterprozesses rückstandsfrei ausbrennen.
So kann vorteilhafterweise eine tubuläre SOFC-Zelle hergestellt werden, die ein innenliegendes Elektrodenpaket 11 enthält. Dieses Elektrodenpaket 11 kann insbesondere mittels Siebdruck auf eine Grünfolie 1 aus aschefrei
ausbrennbaren Material, zum Beispiel Ruß und/oder Cellulose und/oder Stärke, oder eine extrudierte Hülse 1 aus demselben Material gedruckt werden. Die Hülse 1 beziehungsweise der Spritzgusskern mit dem aufgebrachten
Elektrodenpaket 11 kann in ein Spritzgusswerkzeug, insbesondere ein CIM- Werkzeug, eingelegt und umspritzt werden. Während des Sinterprozesses kann die Folie (Tape) beziehungsweise die Hülse rückstandsfrei ausbrennen, so dass beispielsweise die Anode IIa, im Inneren des Tubuses 12 frei beziehungsweise offen liegen kann.
Dieses Konzept kann insbesondere einen einzigen Sinterschritt vorsehen, bei dem das Elektrodenpaket 11 und der poröse Tubus 12 gemeinsam bei
Temperaturen, zum Beispiel zwischen 1100 °C und 1300 °C, gesintert werden. Die Kathode IIb kann dabei insbesondere stoffschlüssig an das keramische Rohr 12 angeschlossen werden und nach dem Sinterprozess noch ausreichend porös sein. Das Substrat 1 des Elektrodenpaketes 11 kann rückstandsfrei abbrennen.
Insbesondere kann dabei als Substrat 1 für das Funktionsschichtpaket 11 eine aschefrei ausbrennbare planare Trägerfolie oder eine extrudierte Hülse, zum Beispiel aus Ruß und/oder Cellulose und/oder Stärke, dienen auf die 1 im Siebdruck das Elektrodenpaket 11 gedruckt wird und welche während des Sinterprozesses rückstandsfrei ausbrennt. Der Tubus 12 kann dabei ein durch
Folienhinterspritzung hergestellter, so genannter gecimter (abgeleitet von CIM), Tubus aus einem inerten porösen Material, zum Beispiel Forsterit, sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer tubulären Festoxidzelle (10), insbesondere einer Brennstoffzelle, umfassend die Verfahrensschritte
a) Bereistellen eines Substrats (1), wobei das Substrat (1) aus einer Komponente zur Ausbildung eines, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials oder aus einem aschefrei ausbrennbaren Material ausgebildet ist;
b) Aufbringen eines Elektrodenpakets (11) auf das Substrat (1);
c) Einbringen des mit dem Elektrodenpaket (11) versehenen Substrats (11) in eine Kavität eines Spritzgusswerkzeugs, so dass das Elektrodenpaket (11) einen hohlzylindrischen Hohlraum begrenzt;
d) Einspritzen einer Spritzgusskomponente (12) in den rohrförmigen Hohlraum; und
e) Sintern des Spritzgusskörpers (11,12), wobei die Komponente (1) zur Ausbildung eines, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials (1 ) in ein, insbesondere inertes, gasdurchlässig poröses, keramisches Material überführt wird oder wobei das aschefrei ausbrennbare Material ausgebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Verfahrensschritt e) die
Spritzgusskomponente (12) und das Elektrodenpaket (11) sowie
gegebenenfalls die Komponente des Substrats (1) gemeinsam gesintert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Verfahrensschritt b) das
Substrat mit dem Elektrodenpaket mittels Siebdruck bedruckt wird, insbesondere wobei das Elektrodenpaket ein Funktionsschichtsystempaket aus einer Anodenschicht (IIa, IIa'), einer Kathodenschicht (IIb, IIb') und einer zwischen der Anodenschicht (lla.lla') und der Kathodenschicht (llb.llb') ausgebildeten Elektrolytschicht (llc.llc') ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in Verfahrensschritt c) das mit dem Elektrodenpaket versehene Substrat (1 ,1 1 ) eine
hohlzylindrische Form aufweist oder in eine hohlzylindrische Form gebracht wird, insbesondere wobei eine äußere Mantelfläche oder eine innere Mantelfläche des hohlzylindrischen, bedruckten Substrats (1 ,1 1 ) durch das Elektrodenpaket, insbesondere Funktionsschichtpaket, (1 1 ) ausgebildet wird und wobei die durch das Elektrodenpaket (1 1 ) ausgebildete äußere oder innere Mantelfläche den rohrförmigen Hohlraum begrenzt
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat (1 ) eine gegossene Folie oder eine extrudierte oder spritzgegossene Hülse ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Komponente (1) zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials eine Komponente zur Ausbildung eines inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Komponente (1) zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials, insbesondere aus Verfahrensschritt a) Forsterit, Aluminiummagnesium-Spinell und/oder dotiertes Zirkoniumdioxid, insbesondere Forsterit, umfasst, oder
wobei das aschefrei ausbrennbare Material (1 ) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elementaren Kohlenstoffformen, insbesondere Ruß, nativen Polymere, insbesondere Cellulose und/oder Stärke, und
Kombinationen davon, insbesondere wobei das aschefrei ausbrennbare Material (1 ) Ruß und/oder Stärke und/oder Cellulose ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Verfahrensschritt d) eine Spritzgusskomponente (12) zur Ausbildung eines, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Materials verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Spritzgusskomponente (12) in Verfahrensschritt d) Forsterit, Aluminiummagnesium-Spinell und/oder dotiertes Zirkoniumdioxid, insbesondere Forsterit, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Komponente (1) zur Ausbildung eines gasdurchlässig porösen, keramischen Materials auch als Spritzgusskomponente (12) eingesetzt wird.
Tubuläre Festoxidzelle (10), insbesondere Brennstoffzellezelle, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Tubuläre Festoxidzelle (10), insbesondere Brennstoffzelle, umfassend ein Elektrodenpaket (11), wobei das Elektrodenpaket (11) zwischen einer ersten Wand (12) aus einem, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material und einer zweiten Wand (1) aus einem, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material angeordnet ist, insbesondere wobei das Elektrodenpaket (11) an der ersten
(12) und zweiten (1) Wand stoffschlüssig anschließt.
Tubuläre Festoxidzelle (10) nach Anspruch 12, wobei das Elektrodenpaket (11) ein Funktionsschichtsystempaket aus einer Anodenschicht (lla.lla'), einer Kathodenschicht (IIb, IIb') und einer zwischen der Anodenschicht (lla.lla') und der Kathodenschicht (IIb, IIb') ausgebildeten
Elektrolytschicht (llc.llc') ist, wobei die Kathodenschicht (IIb, IIb') oder die Anodenschicht (lla.lla') an die erste Wand (12) angrenzt, wobei die Anodenschicht (lla.lla') beziehungsweise die Kathodenschicht (IIb, IIb') an die zweite Wand (1) angrenzt, insbesondere wobei die erste Wand (12) ein Abschnitt eines rohrförmigen Trägerkörpers ist, insbesondere wobei der rohrförmige Trägerkörper einen hohlzylindrischen Zwischenabschnitt (12) und zwei Endabschnitte (13,14) aufweist, wobei einer der Endabschnitte
(13) ein Montageabschnitt ist, und wobei der andere Endabschnitt (14) ein Kappenabschnitt, welcher eines der Enden des hohlzylindrischen
Zwischenabschnitt (12) verschließt, oder ein weiterer Montageabschnitt ist, wobei der hohlzylindrische Zwischenabschnitt (12) die erste Wand (12) umfasst oder ist, und wobei die zweite Wand (1) eine hohlzylindrische Form aufweist. Tubuläre Festoxidzelle (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die zweite Wand (1) eine geringere Wandstärke als die erste Wand (12) aufweist.
Verwendung einer tubulären Festoxidzelle (10), welche einen rohrförmigen Trägerkörper (12,13,14) mit einem hohlzylindrischen Abschnitt (12) aus einem, insbesondere inerten, gasdurchlässig porösen, keramischen Material, aufweist, auf dessen Innenseite oder Außenseite, insbesondere Innenseite, ein Elektrodenpaket (11), insbesondere
Funktionsschichtsystempaket (lla.lla', IIb, IIb', llc.llc') aus einer Anodenschicht (IIa, IIa', IIa"), einer Kathodenschicht (IIb, IIb') und einer zwischen der Anodenschicht (IIa, IIa') und der Kathodenschicht
(IIb, IIb') ausgebildeten Elektrolytschicht (llc.llc'), aufgebracht ist, wobei der hohlzylindrische Abschnitt (12) ein hohlzylindrischer Zwischenabschnitt des rohrförmigen Trägerkörpers (12,13,14) ist, wobei der rohrförmige Trägerkörper (12,13,14) weiterhin zwei Endabschnitte (13,14) aufweist, von denen einer (13) ein Montageabschnitt ist und wobei der andere
Endabschnitt (14) ein Kappenabschnitt, welcher eines der Enden des hohlzylindrischen Zwischenabschnitts (12) verschließt, oder ein weiterer Montageabschnitt ist, insbesondere wobei die Endabschnitte (13,14) aus einem, insbesondere inerten, gasdichten keramischen Material, ausgebildet sind, insbesondere einer tubulären Festoxidzelle nach einem der
Ansprüche 11 bis 14, als Brennstoffzelle und/oder als Elektrolysezelle und/oder als Metall-Luft-Zelle, insbesondere in einer Kraft- Wärmekopplungsanlage, zur industriellen Kraft-Wärme-Kopplung, zur Hausenergieversorgung, in einem Kraftwerk zur Stromerzeugung und/oder zur Stromerzeugung an Bord eines Fahrzeugs.
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