WO2020126416A1 - Method for producing an electrochemical cell - Google Patents

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WO2020126416A1
WO2020126416A1 PCT/EP2019/083147 EP2019083147W WO2020126416A1 WO 2020126416 A1 WO2020126416 A1 WO 2020126416A1 EP 2019083147 W EP2019083147 W EP 2019083147W WO 2020126416 A1 WO2020126416 A1 WO 2020126416A1
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functional layer
ceramic functional
porous substrate
ceramic
substrate
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PCT/EP2019/083147
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Markus Siebert
Anja Griessl
Nicolas Maier
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • an electrochemical cell in particular a fuel cell, which comprises at least one porous substrate and at least one ceramic functional layer, wherein in at least one method step the ceramic functional layer is applied as a green body on a transfer substrate before being applied to the porous substrate being beaten before.
  • the invention is based on a method for producing an electrochemical cell, in particular a fuel cell, which comprises at least one porous substrate and at least one ceramic functional layer, the ceramic functional layer being formed as a green body in at least one method step before being applied to the porous substrate a transfer substrate is brought up.
  • the porous substrate is pressed into the unsintered ceramic functional layer located on the transfer substrate.
  • An “electrochemical cell” is to be understood in particular to mean at least a part, in particular a subassembly, of a fuel cell and / or an electrolyser.
  • the electrochemical cell can also comprise the entire fuel cell or the entire electrolyzer.
  • the electrochemical cell at least as part of a high-temperature fuel cell, in particular a solid oxide fuel cell, SOFC for short, and / or as part of a high-temperature electrolyzer.
  • the electrochemical cell preferably comprises at least one ceramic functional layer of a fuel cell or an electrolyzer.
  • the ceramic functional layer can be embodied as a fuel electrode, as an air electrode, as an electrolyte, as a gas barrier, as a diffusion barrier, as a reaction barrier layer, as an electron blocker, as an oxidation protection or as a further ceramic functional layer which appears to be useful to the person skilled in the art.
  • the ceramic functional layer can be porous or gas-tight.
  • “ceramic” should be understood to mean a material that consists of at least 25% by volume, preferably at least 50% by volume, of a ceramic.
  • a ceramic material can also be embodied as a composite material comprising a ceramic, such as a cermet.
  • a “porous substrate” should preferably be understood to mean a porous base for the application of the ceramic functional layer. “Porous” should be understood in particular to be gas permeable.
  • a porous object may have pores, holes, recesses, channels, shafts or the like and / or be formed in a lattice-like, braid-like or sponge-like manner in order to enable gas conduction through and / or along the object.
  • the porous substrate has at least one application surface for the ceramic functional layer.
  • at least the application surface of the porous substrate is porous.
  • the porous substrate preferably comprises at least one carrier element for supporting the ceramic functional layer.
  • the carrier element is porous.
  • the Wennele element is designed as a metal carrier, in particular for the production of a metal-based fuel cell and / or a metal-based electrolyser.
  • the carrier element is made of a ceramic material.
  • the porous substrate to comprise further layers, in particular a further ceramic functional layer of a fuel cell and / or an electrolyser, which are applied in particular to the porous substrate on the carrier element before the ceramic functional layer is applied.
  • a surface of the Carrier element or the further ceramic functional layer the application surface for the ceramic functional layer.
  • a “transfer subordinate” is to be understood in particular as a temporary base for an object, which is still removed from the object during a manufacturing process.
  • the transfer substrate is provided for temporary support and / or transport of the ceramic functional layer prior to application to the porous substrate. “To see ahead” should be understood to mean, in particular, specially furnished, specially designed and / or specially equipped.
  • the fact that an object is provided for a specific function should in particular be understood to mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state.
  • the transfer substrate is designed as paper with a water-soluble coating or as a polymer film, for example as siliconized or unsiliconized polyester.
  • the ceramic functional layer is applied to the transfer substrate in at least one process step.
  • the ceramic functional layer with the transfer substrate is preferably arranged on the porous substrate.
  • the ceramic functional layer is preferably fixed to the porous substrate, in particular in a state of the ceramic functional layer arranged on the transfer substrate.
  • the transfer substrate is preferably detached from the ceramic functional layer in at least one method step, in particular after the ceramic functional layer has been fixed to the porous substrate.
  • the ceramic functional layer is preferably applied to the transfer substrate in a pasty state.
  • a green body of the ceramic functional layer is preferably produced on the transfer substrate in at least one method step.
  • the green compact comprises at least one ceramic powder, for example based on yttrium-stabilized zirconium dioxide (YSZ), gadolinium-doped cerium dioxide (CGO), with a perovskite structure such as lanthanum-strontium-cobalt-ferrite (LSCF) or another which is useful to the person skilled in the art appearing ceramic material for the production of the ceramic functional layer.
  • YSZ yttrium-stabilized zirconium dioxide
  • CGO gadolinium-doped cerium dioxide
  • LSCF lanthanum-strontium-cobalt-ferrite
  • the green compact especially additional lent, a metal powder or a metal oxide powder such as nickel or nickel oxide.
  • the green compact preferably comprises a binder, a solvent and / or further additives.
  • the ceramic powder is processed with the metal powder, the metal oxide powder, the binder, the solvent and / or the further additives into a paste.
  • the paste is preferably applied to the transfer substrate to form the green body in a screen printing process, a stencil printing process, a slip casting process, a film drawing process or the like. The paste is preferably applied as a thin layer to the transfer substrate.
  • a “thin layer” is understood to mean, in particular, a layer with a layer thickness that extends in particular in a direction perpendicular to a surface of the transfer substrate of less than 200 pm, preferably less than 100 pm, particularly preferably less than 50 pm become.
  • the layer thickness of a thin layer, which extends in particular in a direction perpendicular to the upper surface of the transfer substrate is greater than 1 pm, preferably greater than 5 pm.
  • the porous substrate is preferably pressed into the unsintered ceramic functional layer.
  • the ceramic functional layer with the transfer substrate is preferably arranged on a flat surface, the ceramic functional layer facing away from the flat surface.
  • the porous substrate is preferably arranged on the ceramic functional layer, in particular the application surface of the porous substrate facing the ceramic functional layer.
  • a pressure is preferably applied to the ceramic functional layer and / or the porous substrate in order to press the porous substrate into the ceramic functional layer and / or to press the ceramic functional layer into the porous substrate.
  • the porous substrate is preferably moved in the direction of the ceramic functional layer during the pressing process. Alternatively or additionally, the ceramic functional layer is moved on the transfer substrate in the direction of the porous substrate.
  • a depth of penetration of the porous substrate into the ceramic functional layer is preferably controlled or regulated during the pressing process.
  • the porous substrate preferably remains from the trans- spaced apart.
  • a temperature is preferably applied to the ceramic functional layer and / or the porous substrate during a pressing process.
  • the ceramic functional layer is preferably connected as green to the porous substrate.
  • the green compact with the porous substrate is bonded to the porous substrate in a moist, semi-dry or dry state.
  • a “moist state” is to be understood in particular to mean that the solvent in the green compact still comprises at least 85%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% of its original added mass.
  • a “dry state” should be understood in particular to mean that the solvent has been expelled from the green body.
  • a “semi-dry state” is to be understood in particular to mean that at least 10%, preferably at least 15%, particularly preferably at least 20% of the original mass of the solvent has been expelled from the green compact.
  • a green compact in a semi-dry state still comprises at least 10%, preferably at least 20%, particularly preferably at least 30% of the original mass of the solvent.
  • a porous surface of the porous substrate can advantageously be laminated reliably with a continuous layer made of a ceramic material.
  • sagging of the ceramic material into a cavity of the porous substrate can advantageously be avoided.
  • an advantageously flat ceramic functional layer can be provided on a porous substrate.
  • the ceramic functional layer can compensate for a porosity and / or unevenness of the porous substrate with advantageously little material.
  • the green part of the ceramic functional layer is at least substantially completely dried in a state connected to the porous substrate.
  • “Essentially completely dried” is to be understood in particular to mean that more than 80%, preferably more than 90%, particularly preferably more than 95% of the solvent has been driven off.
  • the green compact is preferably subjected to a temperature of at least 25 ° C., preferably at least 50 ° C.
  • the green compact with a temperature of less than 200 ° C, preferably applied at less than 100 ° C.
  • the green compact is preferably dried before the transfer substrate is removed.
  • the green body is preferably dried in a moist or semi-dry state.
  • drying takes place after the porous substrate has been pressed into the ceramic functional layer or after the ceramic functional layer has been pressed into the porous substrate.
  • the ceramic functional layer is fixed to the porous substrate by drying, in particular in a form-fitting and / or integral manner with the porous substrate.
  • the inventive configuration allows the ceramic functional layer to be connected to the porous substrate with advantageously little pressure and / or at an advantageously low temperature.
  • an advantageously tight fit of the ceramic functional layer to the outer and / or inner contours of the porous substrate can be achieved during pressing of the porous substrate into the not yet dried ceramic functional layer or during pressing of the not yet dried ceramic functional layer into the porous substrate .
  • an advantageously stable connection of the ceramic functional layer to the porous substrate can be achieved.
  • the green of the ceramic functional layer is at least partially predried in at least one process step before it is applied to the porous substrate.
  • the green compact is placed in a semi-dry or at least substantially completely dry state before being applied to the porous substrate. Drying is preferably carried out for predrying the green compact, in particular using a lower temperature and / or time period than for at least substantially complete drying.
  • a strength and plastic deformability of the green compact of the ceramic functional layer can advantageously be set by the design according to the invention.
  • the porous substrate can be pressed in under advantageously controlled conditions. In particular, an undesired, for example lateral, deformation of the ceramic functional layer can advantageously be avoided.
  • the green of the ceramic functional layer is at most partially pre-dried before being applied to the porous substrate.
  • the green compact of the ceramic functional layer is pressed into the porous substrate in a moist state or a semi-dry state.
  • the porous substrate is pressed into the green compact of the ceramic functional layer in a moist state or a semi-dry state of the green compact.
  • the ceramic functional layer be applied to a smooth application surface of the transfer substrate in at least one method step.
  • “Smooth” is to be understood in particular to mean that an average roughness depth (R z ) is less than 10 pm, preferably is less than 5 pm, particularly preferably is less than 3 pm and / or that an average roughness value (R a ) is less than 3 pm, preferably less than 2 pm, especially before is less than 1 pm.
  • the smooth application surface of the transfer substrate is provided so that a surface of the ceramic functional layer, which is applied to the transfer substrate, is formed smoothly.
  • the smooth surface of the ceramic functional layer is arranged facing away from the porous substrate when the ceramic functional layer is connected to the porous substrate.
  • the transfer substrate is removed from the smooth surface after the ceramic functional layer has dried.
  • the smooth surface of the ceramic functional layer is provided for the application of at least one additional ceramic functional layer.
  • the additional ceramic functional layer with an ink or paste-based method, for example by means of stencil printing, by means of ink jet printing, by means of dip coating, by means of liquid spraying or the like, by lamination of cast or extruded foils, by gas phase processes such as physical or chemical vapor deposition (PVD, CVD) or atomic layer separation (ALD) or another method that appears to the person skilled in the art to be applied to the smooth surface.
  • PVD physical or chemical vapor deposition
  • CVD atomic layer separation
  • ALD atomic layer separation
  • the additional ceramic functional layer is analogous to the ceramic one Functional layer is applied to the ceramic functional layer with a transfer printing substrate. It is also conceivable that the additional ceramic functional layer is applied to the transfer substrate before the ceramic functional layer. In particular, the ceramic functional layer is applied to the additional ceramic functional layer on the transfer substrate. In particular, it is conceivable that in at least one process step at least the two ceramic functional layers located on the transfer substrate are applied to the porous substrate in a single process step. Due to the configuration according to the invention, a surface of the ceramic functional layer can advantageously be made smooth. In particular, a smooth surface can be provided for building up additional ceramic functional layers, in particular despite a high porosity and / or high roughness of the porous substrate. In particular, additional ceramic functional layers that are applied to the ceramic functional layer can advantageously be applied thinly. In particular, perforation of an additional ceramic functional layer due to structural elements of a non-smooth surface of the ceramic functional layer can be avoided.
  • the porous substrate be coated with a protective layer in at least one process step before the ceramic functional layer is applied.
  • the carrier element is coated with a protective layer.
  • the protective layer is designed as a diffusion barrier and is provided to prevent interdiffusion between the carrier element and the ceramic functional layer. It is also conceivable that the protective layer is provided to prevent oxidation of the carrier element.
  • the protective layer is designed as a further ceramic functional layer. A protective layer designed as a further ceramic functional layer is preferably applied to the carrier element in an analogous manner to the ceramic functional layer.
  • the protective layer is applied to the carrier element by means of a dip coating, a sol-gel process, a gas phase process such as physical gas phase deposition (PVD) or atomic layer deposition (ALD) and / or another process which appears to be useful to the person skilled in the art. Due to the configuration according to the invention, an advantageously reliable Protection of the porous substrate can be achieved, in particular despite the close interlocking of the porous substrate with the ceramic functional layer.
  • PVD physical gas phase deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • a highly porous substrate be used in at least one process step.
  • a “highly porous” object is to be understood in particular to mean an object made of a material that has less than 50%, preferably less than 35%, particularly preferably less than 20% of a maximum theoretical density of the material, in particular under the same temperature and pressure conditions. Due to the design according to the invention, an advantageously high gas permeability of the porous substrate can be achieved. In particular, an advantageously large gas distribution can be achieved within the porous substrate. In particular, a pressure drop due to the porous substrate for conveying the gas can advantageously be kept low.
  • the ceramic functional layer and the porous substrate be connected to one another at a pressure of less than 100 MPa in at least one process step.
  • a pressure of less than 50 MPa, particularly preferably less than 25 MPa, is preferably used to bond the ceramic functional layer, in particular in a dry state, and the porous substrate to one another.
  • a pressure of less than 10 MPa, particularly preferably less than 5 MPa is used in order to connect the ceramic functional layer, in particular in a semi-dry or moist state, to the porous substrate.
  • An undesired deformation of the ceramic functional layer can advantageously be avoided by the configuration according to the invention.
  • a penetration depth of the porous substrate into the ceramic functional layer can advantageously be set, in particular depending on a strength and / or a plastic flowability of the ceramic functional layer and / or depending on a porosity and / or pore size of the porous substrate.
  • the ceramic functional layer and the porous substrate be bonded to one another at a temperature of below 200 ° C. in at least one process step.
  • the ceramic functional layer with a temperature of at least 25 ° C., preferably at least 50 ° C.
  • the green compact is subjected to a temperature of less than 200 ° C., preferably less than 100 ° C.
  • the temperature is applied during and / or after the pressure is applied.
  • the green compact is dried after the ceramic functional layer has been pressurized with the porous substrate.
  • the green compact is dried with the porous substrate during the pressurization of the ceramic functional layer.
  • the application of temperature to the ceramic functional layer and / or the porous substrate is carried out for drying for less than 10 min, preferably for less than 5 min, particularly preferably for less than 3 min. It is conceivable that a temperature is applied to the ceramic functional layer and / or the porous substrate during the application of pressure.
  • a temperature admission during a pressurization is less than 200 C, preferably less than 100 C.
  • the temperature admission during the pressurization is greater than 25 ° C, preferably greater than 50 ° C.
  • the temperature application during the pressurization is carried out for more than 1 s, preferably for more than 3 s.
  • a temperature application is carried out during the pressurization for less than 5 minutes, preferably for less than 3 minutes.
  • the temperature for drying is preferably greater than the temperature application during the application of pressure.
  • At least one additional ceramic functional layer of the electrochemical cell which is designed as an electrolyte, is applied to the ceramic functional layer with a layer thickness of less than 15 mhh.
  • the additional functional layer formed as an electrolyte is applied to the smooth surface of the ceramic functional layer.
  • at least one additional ceramic functional layer is applied between the additional ceramic functional layer and the ceramic functional layer.
  • the additional ceramic functional layer designed as an electrolyte is applied analogously to the ceramic functional layer by means of a transfer substrate.
  • the additional ceramic functional layer designed as an electrolyte is preferably applied to the ceramic functional layer using one of the abovementioned methods.
  • the additional ceramic functional layer formed as an electrolyte is applied by means of screen printing, in particular with a layer thickness of less than 15 pm.
  • the additional ceramic functional layer formed as an electrolyte is applied by means of physical gas deposition, in particular with a layer thickness of less than 5 pm.
  • the carrier element is designed as a porous metal carrier.
  • the carrier element preferably consists of a chromium-rich ferritic stainless steel.
  • the carrier element is designed as a metal foam, as a wire mesh, as an expanded metal, as a perforated plate or as a porous sintered powder layer.
  • the ceramic functional layer is preferably designed as a diffusion barrier or as a fuel electrode.
  • the ceramic functional layer is designed as an air electrode.
  • the ceramic functional layer in a arranged on the porous substrate stood on a smooth surface, which in particular faces away from the porous substrate.
  • the electrochemical cell has additional ceramic functional layers, which in particular have layers of are built on the smooth surface.
  • the electrochemical cell preferably comprises at least the layer sequence of carrier element, diffusion barrier or the layer sequence of carrier element, fuel electrode.
  • an electrochemical cell according to the invention in particular a fuel cell, the layer sequence carrier element, diffusion barrier, fuel electrode, electrolyte, reaction barrier layer, air electrode.
  • an electrochemical cell according to the invention in particular a fuel cell, comprises the layer sequence of carrier element, fuel electrode, electrolyte, reaction barrier layer, air electrode.
  • an electrochemical cell according to the invention in particular a fuel cell, comprises the layer sequence of carrier element, air electrode, reaction barrier layer, electrolyte, fuel electrode or another layer sequence which appears to be useful to the person skilled in the art.
  • at least one of the layers mentioned is composed of a plurality of partial layers, which in particular comprise different materials.
  • the configuration according to the invention makes it possible to provide an electrochemical cell, in particular a fuel cell, with a porous substrate with an advantageously high porosity.
  • an electrochemical cell with advantageously thin ceramic functional layers, in particular with an advantageously thin, advantageously hole-free, advantageously uniformly thick electrolyte can be provided.
  • the method according to the invention and / or the electrochemical cell according to the invention should / should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the method according to the invention and / or the electrochemical cell according to the invention can have a number that differs from a number of individual elements, components and units as well as method steps mentioned in order to fulfill a function described here.
  • values lying within the stated limits are also to be considered disclosed and can be used as desired.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a method according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of an extension of the inventive method.
  • FIG. 1 shows a method 10 for producing an electrochemical cell 12, in particular for producing a fuel cell.
  • the electrochemical cell 12 has at least one porous substrate 14.
  • the electrochemical cell 12 has at least one ceramic functional layer 16.
  • the ceramic functional layer 16 is applied as a green body on a transfer substrate 18 before being applied to the porous substrate 14.
  • the porous substrate 14 is pressed into the unsintered ceramic functional layer 16 located on the transfer substrate 18.
  • the transfer substrate 18 is detached from the ceramic functional layer 16 in a detachment step 32.
  • the ceramic functional layer 16 is applied to a smooth application surface 20 of the transfer substrate 18.
  • the ceramic functional layer 16 is provided as a diffusion barrier between the porous substrate 14 and an, in particular nickel-containing, fuel electrode.
  • a paste is preferably produced for applying the ceramic functional layer 16 to the transfer substrate 18.
  • the paste preferably comprises a ceramic powder.
  • the key Ceramic powder designed as gadolinium-doped cerium dioxide.
  • the ceramic powder is preferably mixed with a, in particular organic, binder.
  • the binder is preferably designed as polyvinyl butyral. Alternatively, ethyl or methyl cellulose, acrylate, polyvinyl acetate and / or another soluble polymer is used as the binder.
  • the ceramic powder is preferably mixed with a solvent, in particular with diethylene glycol monobutyl ether.
  • a solvent in particular with diethylene glycol monobutyl ether.
  • water, an alcohol, a carboxylic acid ester, a ketone or the like is used as the solvent.
  • the ceramic powder is mixed with further additives, for example in order to lower a necessary sintering temperature.
  • the paste is applied to the transfer substrate 18 using a screen or stencil printing method, in particular to the smooth application surface 20 of the transfer substrate 18.
  • the paste is applied to the transfer substrate 18 with a flat doctor blade, dispensing, film casting or the like.
  • the paste it is conceivable for the paste to be densified after it has been applied to the transfer substrate 18, in particular in order to maximize a contact area between the paste and the smooth application area 20.
  • the transfer substrate 18 is formed as a siliconized or silicone-free polyester film.
  • the green compact of the ceramic functional layer 16 is at least partially predried before being applied to the porous substrate 14.
  • the green of the ceramic functional layer 16 is at most partially pre-dried before being applied to the porous substrate 14.
  • at least 10% of the solvent is expelled in preparation step 28, for example by storage in a convection oven.
  • the ceramic functional layer 16 is applied to the porous substrate 14 in a moist or at least substantially dry state.
  • the porous substrate 14 comprises a metal element or mesh as a carrier element, of which only two layers with strands running transversely to one another are shown for the sake of clarity.
  • the carrier element is made of Crofer22 or another chromium-rich ferritic stainless steel, for example from one of the alloys 1.4016, 1.4521, 1.4509 or another which is useful to the person skilled in the art appearing metal to support the electrochemical cell 12, in particular a solid oxide fuel cell.
  • the porous substrate 14 is preferably coated with a protective layer 22 before the ceramic functional layer 16 is applied.
  • the porous substrate 14 is coated with a corrosion protection layer.
  • the protective layer 22 is applied to the porous substrate 14 using a gas phase process.
  • transfer substrate 18 is preferably arranged on a flat surface with a surface facing away from ceramic functional layer 16.
  • the porous substrate 14 is preferably placed on the ceramic functional layer 16.
  • the porous substrate 14 is preferably subjected to a pressure, for example with the aid of a hydraulic press, for example, or by applying a weight.
  • the ceramic functional layer 16 and the porous substrate 14 are connected to one another at a pressure of less than 100 MPa, in particular less than 25 MPa.
  • the pressure is preferably less than 10 MPa, particularly preferably less than 5 MPa.
  • the porous substrate 14 is partially pressed into the ceramic functional layer 16 by the pressure.
  • a part of the ceramic functional layer 16 is preferably pressed into hollow spaces of the porous substrate 14.
  • a depth of penetration of the porous substrate 14 into the ceramic functional layer 16 is preferably controlled by means of the pressure and / or by means of a strength and / or a plastic deformability of the ceramic functional layer 16. It is conceivable that the ceramic functional layer 16 is additionally subjected to a temperature, in particular 70 ° C., during an application of the pressure, in particular in order to soften the binder and to increase the plastic deformability.
  • the porous substrate 14 preferably remains spaced from the transfer substrate 18. It is conceivable that temporary spacers are used in order to limit a depth of penetration of the porous substrate 14 into the ceramic functional layer 16.
  • the green compact of the ceramic functional layer 16 is in one with the porous substrate 14 connected state at least substantially completely dig.
  • the ceramic functional layer 16 is thermally treated in a state connected to the porous substrate 14, optionally while maintaining the application of the pressure.
  • the ceramic functional layer 16 and the porous substrate 14 are connected to one another at a temperature of below 200 ° C., in particular below 100 ° C., before being given a temperature of 80 ° C.
  • the ceramic functional layer 16 is fixed to the porous substrate 14 by drying the ceramic functional layer 16 on the porous substrate 14.
  • the transfer substrate 18 is detached from the ceramic functional layer 16.
  • the ceramic functional layer 16 remains fixed on the porous substrate 14.
  • the ceramic functional layer 16 has a smooth surface 34 facing away from the porous substrate 14.
  • the electrochemical cell 12 is sintered after the detachment step 32, in particular at a temperature of more than 800 ° C.
  • FIG. 2 shows a method 10 'as an extension of the method 10.
  • the method 10' follows the detachment step 32 of the method 10.
  • additional ceramic functional layers 26, 36 are built up on the electrochemical cell 12 from the method 10.
  • an electrode application step 38 an additional ceramic functional layer 36 designed as an electrode is applied to the ceramic functional layer 16.
  • a fuel electrode is preferably applied.
  • an air electrode is applied.
  • the additional ceramic functional layer 36 designed as an electrode is applied to the smooth surface 34 of the ceramic functional layer 16.
  • the additional ceramic functional layer 36 formed as an electrode is formed by means of an ink or paste-based method, for example by means of stencil printing, by means of ink jet printing, by means of dip coating, by means of liquid spraying or the like, by lamination cast or extruded foils, by gas phase processes such as physical or chemical Gas phase deposition (PVD, CVD) or atomic layer deposition (ALD) or another method that appears useful to the person skilled in the art is applied to the smooth surface 34.
  • PVD, CVD physical or chemical Gas phase deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • an electrolyte application step 40 at least one additional ceramic functional layer 26 of the electrochemical cell 12 designed as an electrolyte 24 is applied to the ceramic functional layer 16 with a layer thickness of less than 15 mhh.
  • the electrolyte 24 is applied to the additional functional layer 36 designed as an electrode.
  • the ceramic functional layer 16 forms a smooth surface for the application of the electrolyte 24.
  • the electrolyte 24 is preferably applied using one of the methods mentioned in the previous section. It is conceivable that in method 10 'further additional functional layers, in particular one
  • Reaction barrier layer an air electrode or the like, are applied to the electrochemical cell 12, in particular for the production of a metal-supported solid oxide fuel cell.

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Abstract

The invention relates to a method for producing an electrochemical cell, in particular a fuel cell at least comprising a porous substrate (14) and a ceramic functional layer (16), wherein in at least one method step, the ceramic functional layer (16) is applied to the transfer substrate (18) in the form of a green compact, before being applied to the porous substrate (14). According to the invention, the porous substrate (14) is pressed into the unsintered ceramic functional layer (16) lying on the transfer substrate (18), in at least one method step.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle Method of manufacturing an electrochemical cell
Stand der Technik State of the art
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, insbe sondere einer Brennstoffzelle, welche zumindest ein poröses Substrat und zu mindest eine keramische Funktionsschicht umfasst, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt die keramische Funktionsschicht vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat als Grünling auf einem Transfersubstrat aufgebracht wird, vor geschlagen worden. It is already a method for producing an electrochemical cell, in particular a fuel cell, which comprises at least one porous substrate and at least one ceramic functional layer, wherein in at least one method step the ceramic functional layer is applied as a green body on a transfer substrate before being applied to the porous substrate being beaten before.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer elektrochemi schen Zelle, insbesondere einer Brennstoffzelle, welche zumindest ein poröses Substrat und zumindest eine keramische Funktionsschicht umfasst, wobei in zu mindest einem Verfahrensschritt die keramische Funktionsschicht vor einer Auf bringung auf das poröse Substrat als Grünling auf einem Transfersubstrat aufge bracht wird. The invention is based on a method for producing an electrochemical cell, in particular a fuel cell, which comprises at least one porous substrate and at least one ceramic functional layer, the ceramic functional layer being formed as a green body in at least one method step before being applied to the porous substrate a transfer substrate is brought up.
Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt das poröse Substrat in die sich auf dem Transfersubstrat befindliche ungesinterte kerami sche Funktionsschicht eingepresst wird. Unter einer„elektrochemischen Zelle“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyseurs verstanden werden. Insbesondere kann die elektrochemische Zelle auch die gesamte Brennstoffzelle oder den ge samten Elektrolyseur umfassen. Vorzugsweise ist die elektrochemische Zelle zumindest als ein Teil einer Hochtemperaturbrennstoffzelle, insbesondere einer Festoxidbrennstoffzelle, kurz SOFC, und/oder als ein Teil eines Hochtemperatur elektrolyseurs ausgebildet. It is proposed that, in at least one process step, the porous substrate is pressed into the unsintered ceramic functional layer located on the transfer substrate. An “electrochemical cell” is to be understood in particular to mean at least a part, in particular a subassembly, of a fuel cell and / or an electrolyser. In particular, the electrochemical cell can also comprise the entire fuel cell or the entire electrolyzer. Preferably the electrochemical cell at least as part of a high-temperature fuel cell, in particular a solid oxide fuel cell, SOFC for short, and / or as part of a high-temperature electrolyzer.
Vorzugsweise umfasst die elektrochemische Zelle zumindest eine keramische Funktionsschicht einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs. Insbesondere kann die keramische Funktionsschicht als Brennstoffelektrode, als Luftelektrode, als Elektrolyt, als Gasbarriere, als Diffusionsbarriere, als Reaktionssperrschicht, als Elektronenblocker, als Oxidationsschutz oder als eine weitere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende keramische Funktionsschicht ausgebildet sein. Die ke ramische Funktionsschicht kann porös oder gasdicht ausgebildet sein. Vorzugs weise soll unter„keramisch“ ein Material verstanden werden, dass zumindest zu 25 Vol.-%, bevorzugt zumindest zu 50 Vol.-%, aus einer Keramik besteht. Insbe sondere kann ein keramisches Material auch als ein Keramik umfassender Ver bundwerkstoff, wie ein Cermet, ausgebildet sein. Vorzugsweise soll unter einem „porösen Substrat“ eine poröse Unterlage für die Aufbringung der keramischen Funktionsschicht verstanden werden. Unter„porös“ soll insbesondere gasdurch lässig verstanden werden. Insbesondere kann ein poröses Objekt Poren, Löcher, Ausnehmungen, Kanäle, Schächte oder dergleichen aufweisen und/oder gitterar tig, geflechtartig oder schwammartig ausgebildet sein, um eine Gasleitung durch und/oder entlang des Objekts zu ermöglichen. Insbesondere weist das poröse Substrat zumindest eine Aufbringungsfläche für die keramische Funktionsschicht auf. Insbesondere ist zumindest die Aufbringungsfläche des porösen Substrats porös ausgebildet. Vorzugsweise umfasst das poröse Substrat zumindest ein Trägerelement zu einer Stützung der keramischen Funktionsschicht. Vorzugs weise ist das Trägerelement porös ausgebildet. Vorzugsweise ist das Trägerele ment als Metallträger ausgebildet, insbesondere zur Herstellung einer metallge stützten Brennstoffzelle und/oder eines metallgestützten Elektrolyseurs. Es ist aber auch denkbar, dass das Trägerelement aus einem keramischen Material hergestellt ist. Weiter ist es denkbar, dass das poröse Substrat weitere Schich ten, insbesondere eine weitere keramische Funktionsschicht einer Brennstoffzel le und/oder eines Elektrolyseurs, umfasst, welche insbesondere vor einer Auf bringung der keramischen Funktionsschicht auf das poröse Substrat auf dem Trägerelement aufgebracht werden. Insbesondere bildet eine Oberfläche des Trägerelements oder der weiteren keramischen Funktionsschicht die Aufbrin gungsfläche für die keramische Funktionsschicht. The electrochemical cell preferably comprises at least one ceramic functional layer of a fuel cell or an electrolyzer. In particular, the ceramic functional layer can be embodied as a fuel electrode, as an air electrode, as an electrolyte, as a gas barrier, as a diffusion barrier, as a reaction barrier layer, as an electron blocker, as an oxidation protection or as a further ceramic functional layer which appears to be useful to the person skilled in the art. The ceramic functional layer can be porous or gas-tight. Preferably, “ceramic” should be understood to mean a material that consists of at least 25% by volume, preferably at least 50% by volume, of a ceramic. In particular, a ceramic material can also be embodied as a composite material comprising a ceramic, such as a cermet. A “porous substrate” should preferably be understood to mean a porous base for the application of the ceramic functional layer. “Porous” should be understood in particular to be gas permeable. In particular, a porous object may have pores, holes, recesses, channels, shafts or the like and / or be formed in a lattice-like, braid-like or sponge-like manner in order to enable gas conduction through and / or along the object. In particular, the porous substrate has at least one application surface for the ceramic functional layer. In particular, at least the application surface of the porous substrate is porous. The porous substrate preferably comprises at least one carrier element for supporting the ceramic functional layer. Preferably, the carrier element is porous. Preferably, the Trägerele element is designed as a metal carrier, in particular for the production of a metal-based fuel cell and / or a metal-based electrolyser. However, it is also conceivable that the carrier element is made of a ceramic material. It is also conceivable for the porous substrate to comprise further layers, in particular a further ceramic functional layer of a fuel cell and / or an electrolyser, which are applied in particular to the porous substrate on the carrier element before the ceramic functional layer is applied. In particular, a surface of the Carrier element or the further ceramic functional layer, the application surface for the ceramic functional layer.
Unter einem„Transfersubstraf soll insbesondere eine temporäre Unterlage für ein Objekt verstanden werden, welches noch während eines Herstellungsprozes ses von dem Objekt entfernt wird. Insbesondere ist das Transfersubstrat zu einer temporären Stützung und/oder einem Transport der keramischen Funktions schicht vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat vorgesehen. Unter„vorge sehen“ soll insbesondere speziell eingerichtet, speziell ausgelegt und/oder spezi ell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimm ten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Beispielsweise ist das Transfersubstrat als Papier mit einer wasserlöslichen Beschichtung oder als Polymerfolie, bei spielsweise als silikonisiertes oder unsilikonisiertes Polyester, ausgebildet. Ins besondere wird in zumindest einem Verfahrensschritt die keramische Funktions schicht auf das Transfersubstrat aufgebracht. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die keramische Funktionsschicht mit dem Transfersub strat an dem porösen Substrat angeordnet. Vorzugsweise wird in zumindest ei nem Verfahrensschritt die keramische Funktionsschicht an dem porösen Sub strat, insbesondere in einem an dem Transfersubstrat angeordneten Zustand der keramischen Funktionsschicht, fixiert. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt das Transfersubstrat von der keramischen Funktionsschicht gelöst, insbesondere nach einer Fixierung der keramischen Funktionsschicht an dem porösen Substrat. A “transfer subordinate” is to be understood in particular as a temporary base for an object, which is still removed from the object during a manufacturing process. In particular, the transfer substrate is provided for temporary support and / or transport of the ceramic functional layer prior to application to the porous substrate. “To see ahead” should be understood to mean, in particular, specially furnished, specially designed and / or specially equipped. The fact that an object is provided for a specific function should in particular be understood to mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state. For example, the transfer substrate is designed as paper with a water-soluble coating or as a polymer film, for example as siliconized or unsiliconized polyester. In particular, the ceramic functional layer is applied to the transfer substrate in at least one process step. In at least one method step, the ceramic functional layer with the transfer substrate is preferably arranged on the porous substrate. In at least one method step, the ceramic functional layer is preferably fixed to the porous substrate, in particular in a state of the ceramic functional layer arranged on the transfer substrate. The transfer substrate is preferably detached from the ceramic functional layer in at least one method step, in particular after the ceramic functional layer has been fixed to the porous substrate.
Vorzugsweise wird die keramische Funktionsschicht in einem pastösen Zustand auf das Transfersubstrat aufgebracht. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt ein Grünling der keramischen Funktionsschicht auf dem Trans fersubstrat erzeugt. Insbesondere umfasst der Grünling zumindest ein Keramik pulver, beispielsweise basierend auf Yttrium-stabilisiertem Zirconiumdioxid (YSZ), Gadolinium-dotiertem Cerdioxid (CGO), mit einer perowskitischen Struktur wie Lanthan-Strontium- Kobalt- Ferrit (LSCF) oder einem anderen dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden keramischen Material zur Herstellung der kerami schen Funktionsschicht. Es ist denkbar, dass der Grünling, insbesondere zusätz- lieh, ein Metallpulver oder ein Metalloxidpulver wie Nickel oder Nickeloxid um fasst. Vorzugsweise umfasst der Grünling ein Bindemittel, ein Lösemittel und/oder weitere Additive. Insbesondere wird in zumindest einem Verfahrens schritt das Keramikpulver mit dem Metallpulver, dem Metalloxidpulver, dem Bin demittel, dem Lösemittel und/oder den weiteren Additiven zu einer Paste verar beitet. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die Paste in ei nem Siebdruckprozess, einem Schablonendruckprozess, einem Schlickerguss prozess, einem Filmziehprozess oder dergleichen auf das Transfersubstrat zur Bildung des Grünlings aufgebracht. Vorzugsweise wird die Paste als dünne Schicht auf das Transfersubstrat aufgebracht. Unter einer„dünnen Schicht“ soll insbesondere eine Schicht mit einer Schichtdicke, die sich insbesondere in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des Transfersubstrats erstreckt, von we niger als 200 pm, bevorzugt von weniger als 100 pm, besonders bevorzugt von weniger als 50 pm verstanden werden. Insbesondere ist die Schichtdicke einer dünnen Schicht, die sich insbesondere in einer Richtung senkrecht zu der Ober fläche des Transfersubstrats erstreckt, größer als 1 pm, bevorzugt größer als 5 pm. The ceramic functional layer is preferably applied to the transfer substrate in a pasty state. A green body of the ceramic functional layer is preferably produced on the transfer substrate in at least one method step. In particular, the green compact comprises at least one ceramic powder, for example based on yttrium-stabilized zirconium dioxide (YSZ), gadolinium-doped cerium dioxide (CGO), with a perovskite structure such as lanthanum-strontium-cobalt-ferrite (LSCF) or another which is useful to the person skilled in the art appearing ceramic material for the production of the ceramic functional layer. It is conceivable that the green compact, especially additional lent, a metal powder or a metal oxide powder such as nickel or nickel oxide. The green compact preferably comprises a binder, a solvent and / or further additives. In particular, in at least one process step, the ceramic powder is processed with the metal powder, the metal oxide powder, the binder, the solvent and / or the further additives into a paste. In at least one method step, the paste is preferably applied to the transfer substrate to form the green body in a screen printing process, a stencil printing process, a slip casting process, a film drawing process or the like. The paste is preferably applied as a thin layer to the transfer substrate. A “thin layer” is understood to mean, in particular, a layer with a layer thickness that extends in particular in a direction perpendicular to a surface of the transfer substrate of less than 200 pm, preferably less than 100 pm, particularly preferably less than 50 pm become. In particular, the layer thickness of a thin layer, which extends in particular in a direction perpendicular to the upper surface of the transfer substrate, is greater than 1 pm, preferably greater than 5 pm.
Vorzugsweise wird zu einer Fixierung der keramischen Funktionsschicht an dem porösen Substrat das poröse Substrat in die ungesinterte keramische Funktions schicht eingepresst. Vorzugsweise wird die keramische Funktionsschicht mit dem Transfersubstrat auf einer ebenen Fläche angeordnet, wobei die keramische Funktionsschicht von der ebenen Fläche abgewandt ist. Vorzugsweise wird das poröse Substrat an der keramischen Funktionsschicht angeordnet, wobei insbe sondere die Aufbringungsfläche des porösen Substrats der keramischen Funkti onsschicht zugewandt ist. Vorzugsweise wird die keramische Funktionsschicht und/oder das poröse Substrat mit einem Druck beaufschlagt, um das poröse Substrat in die keramische Funktionsschicht einzupressen und/oder die kerami sche Funktionsschicht in das poröse Substrat einzupressen. Vorzugsweise wird das poröse Substrat während des Pressvorgangs in Richtung der keramischen Funktionsschicht bewegt. Alternativ oder zusätzlich wird die keramische Funkti onsschicht auf dem Transfersubstrat in Richtung des porösen Substrats bewegt. Vorzugsweise wird während des Pressvorgangs eine Eindringtiefe des porösen Substrats in die keramische Funktionsschicht gesteuert oder geregelt. Vorzug weise bleibt das poröse Substrat während des Pressvorgangs von dem Trans- fersubstrat beabstandet. Vorzugsweise wird die keramische Funktionsschicht und/oder das poröse Substrat während eines Pressvorgangs mit einer Tempera tur beaufschlagt. Vorzugsweise wird die keramische Funktionsschicht als Grün ling mit dem porösen Substrat verbunden. Insbesondere wird der Grünling mit dem porösen Substrat in einem feuchten, einem halbtrockenen oder einem tro ckenen Zustand mit dem porösen Substrat verbunden. Unter einem„feuchten Zustand“ soll insbesondere verstanden werden, dass das Lösemittel in dem Grünling noch zumindest 85 %, bevorzugt zumindest 90 %, besonders bevorzugt zumindest 95 % seiner ursprünglichen hinzugefügten Masse umfasst. Unter ei nem„trockenen Zustand“ soll insbesondere verstanden werden, dass das Löse mittel aus dem Grünling ausgetrieben wurde. Unter einem„halbtrockenen Zu stand“ soll insbesondere verstanden werden, dass zumindest 10 %, vorzugswei se zumindest 15 %, besonders bevorzugt zumindest 20 % der ursprünglichen Masse des Lösemittels aus dem Grünling ausgetrieben wurden. Insbesondere umfasst ein Grünling in einem halbtrockenen Zustand noch zumindest 10 %, vor zugsweise zumindest 20 %, besonders bevorzugt zumindest 30 % der ursprüng lichen Masse des Lösemittels. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann eine poröse Oberfläche des porösen Substrats vorteilhaft zuver lässig mit einer durchgehenden Schicht aus einem keramischen Material lami niert werden. Insbesondere kann ein Absacken des keramischen Materials in einen Hohlraum des porösen Substrats vorteilhaft vermieden werden. Insbeson dere kann eine vorteilhaft ebene keramische Funktionsschicht auf einem porösen Substrat zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann die keramische Funktionsschicht eine Porosität und/oder Unebenheit des porösen Substrats mit vorteilhaft wenig Material ausgleichen. For fixing the ceramic functional layer to the porous substrate, the porous substrate is preferably pressed into the unsintered ceramic functional layer. The ceramic functional layer with the transfer substrate is preferably arranged on a flat surface, the ceramic functional layer facing away from the flat surface. The porous substrate is preferably arranged on the ceramic functional layer, in particular the application surface of the porous substrate facing the ceramic functional layer. A pressure is preferably applied to the ceramic functional layer and / or the porous substrate in order to press the porous substrate into the ceramic functional layer and / or to press the ceramic functional layer into the porous substrate. The porous substrate is preferably moved in the direction of the ceramic functional layer during the pressing process. Alternatively or additionally, the ceramic functional layer is moved on the transfer substrate in the direction of the porous substrate. A depth of penetration of the porous substrate into the ceramic functional layer is preferably controlled or regulated during the pressing process. The porous substrate preferably remains from the trans- spaced apart. A temperature is preferably applied to the ceramic functional layer and / or the porous substrate during a pressing process. The ceramic functional layer is preferably connected as green to the porous substrate. In particular, the green compact with the porous substrate is bonded to the porous substrate in a moist, semi-dry or dry state. A “moist state” is to be understood in particular to mean that the solvent in the green compact still comprises at least 85%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% of its original added mass. A “dry state” should be understood in particular to mean that the solvent has been expelled from the green body. A “semi-dry state” is to be understood in particular to mean that at least 10%, preferably at least 15%, particularly preferably at least 20% of the original mass of the solvent has been expelled from the green compact. In particular, a green compact in a semi-dry state still comprises at least 10%, preferably at least 20%, particularly preferably at least 30% of the original mass of the solvent. Due to the inventive design of the method, a porous surface of the porous substrate can advantageously be laminated reliably with a continuous layer made of a ceramic material. In particular, sagging of the ceramic material into a cavity of the porous substrate can advantageously be avoided. In particular, an advantageously flat ceramic functional layer can be provided on a porous substrate. In particular, the ceramic functional layer can compensate for a porosity and / or unevenness of the porous substrate with advantageously little material.
Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Grün ling der keramischen Funktionsschicht in einem mit dem porösen Substrat ver bundenem Zustand zumindest im Wesentlichen vollständig getrocknet wird. Un ter„im Wesentlichen vollständig getrocknet“ soll insbesondere verstanden wer den, dass das Lösemittel zu mehr als 80 %, bevorzugt zu mehr als 90 %, beson ders bevorzugt zu mehr als 95 % ausgetrieben wurde. Vorzugsweise wird zu einem Trocknen des Grünlings der Grünling mit einer Temperatur von zumindest 25°C, bevorzugt von zumindest 50°C beaufschlagt. Vorzugsweise wird zu einem Trocknen des Grünlings der Grünling mit einer Temperatur von weniger als 200°C, bevorzugt von weniger als 100°C beaufschlagt. Vorzugsweise wird der Grünling vor einer Entfernung des Transfersubstrats getrocknet. Vorzugsweise erfolgt eine Trocknung des Grünlings in einem feuchten oder halbtrockenen Zu stand. Insbesondere erfolgt eine Trocknung nach einem Einpressen des porösen Substrats in die keramische Funktionsschicht oder nach einem Einpressen der keramischen Funktionsschicht in das poröse Substrat. Insbesondere wird die keramische Funktionsschicht durch eine Trocknung an dem porösen Substrat fixiert, insbesondere form- und/oder stoffschlüssig mit dem porösen Substrat ver bunden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Verbindung der keramischen Funktionsschicht mit dem porösen Substrat mit vorteilhaft wenig Druck und/oder bei einer vorteilhaft kleinen Temperatur erreicht werden. Insbe sondere kann während eines Einpressens des porösen Substrats in die noch nicht getrocknete keramische Funktionsschicht oder während eines Einpressens der noch nicht getrockneten keramischen Funktionsschicht in das poröse Sub strat ein vorteilhaft enges Anschmiegen der keramischen Funktionsschicht an äußere und/oder innere Konturen des porösen Substrats erreicht werden. Insbe sondere kann eine vorteilhaft stabile Verbindung der keramischen Funktions schicht mit dem porösen Substrat erreicht werden. It is further proposed that in at least one method step the green part of the ceramic functional layer is at least substantially completely dried in a state connected to the porous substrate. “Essentially completely dried” is to be understood in particular to mean that more than 80%, preferably more than 90%, particularly preferably more than 95% of the solvent has been driven off. To dry the green compact, the green compact is preferably subjected to a temperature of at least 25 ° C., preferably at least 50 ° C. Preferably, to dry the green compact, the green compact with a temperature of less than 200 ° C, preferably applied at less than 100 ° C. The green compact is preferably dried before the transfer substrate is removed. The green body is preferably dried in a moist or semi-dry state. In particular, drying takes place after the porous substrate has been pressed into the ceramic functional layer or after the ceramic functional layer has been pressed into the porous substrate. In particular, the ceramic functional layer is fixed to the porous substrate by drying, in particular in a form-fitting and / or integral manner with the porous substrate. The inventive configuration allows the ceramic functional layer to be connected to the porous substrate with advantageously little pressure and / or at an advantageously low temperature. In particular, an advantageously tight fit of the ceramic functional layer to the outer and / or inner contours of the porous substrate can be achieved during pressing of the porous substrate into the not yet dried ceramic functional layer or during pressing of the not yet dried ceramic functional layer into the porous substrate . In particular, an advantageously stable connection of the ceramic functional layer to the porous substrate can be achieved.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Grün ling der keramischen Funktionsschicht vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat zumindest teilweise vorgetrocknet wird. Insbesondere wird der Grünling vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat in einen halbtrockenen oder zu mindest im Wesentlichen vollständig trockenen Zustand versetzt. Vorzugsweise wird zu einem Vortrocknen des Grünlings eine Trocknung durchgeführt, wobei insbesondere eine geringere Temperatur und/oder Zeitdauer als zum zumindest im Wesentlichen vollständigen Trocknen verwendet wird. Durch die erfindungs gemäße Ausgestaltung kann eine Festigkeit und plastische Verformbarkeit des Grünlings der keramischen Funktionsschicht vorteilhaft eingestellt werden. Ins besondere kann ein Einpressen des porösen Substrats unter vorteilhaft kontrol lierten Bedingungen durchgeführt werden. Insbesondere kann eine ungewollte, beispielsweise laterale, Verformung der keramischen Funktionsschicht vorteilhaft vermieden werden. Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Grün ling der keramischen Funktionsschicht vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat höchstens teilweise vorgetrocknet wird. Insbesondere wird der Grünling der keramischen Funktionsschicht in einem feuchten Zustand oder einem halb trockenen Zustand in das poröse Substrat eingepresst. Alternativ oder zusätzlich wird das poröse Substrat in den Grünling der keramischen Funktionsschicht in einem feuchten Zustand oder einem halbtrockenen Zustand des Grünlings ein gepresst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Verbindung der keramischen Funktionsschicht mit dem porösen Substrat mit vorteilhaft wenig Druck und/oder bei einer vorteilhaft kleinen Temperatur erreicht werden. It is further proposed that the green of the ceramic functional layer is at least partially predried in at least one process step before it is applied to the porous substrate. In particular, the green compact is placed in a semi-dry or at least substantially completely dry state before being applied to the porous substrate. Drying is preferably carried out for predrying the green compact, in particular using a lower temperature and / or time period than for at least substantially complete drying. A strength and plastic deformability of the green compact of the ceramic functional layer can advantageously be set by the design according to the invention. In particular, the porous substrate can be pressed in under advantageously controlled conditions. In particular, an undesired, for example lateral, deformation of the ceramic functional layer can advantageously be avoided. It is further proposed that in at least one method step the green of the ceramic functional layer is at most partially pre-dried before being applied to the porous substrate. In particular, the green compact of the ceramic functional layer is pressed into the porous substrate in a moist state or a semi-dry state. Alternatively or additionally, the porous substrate is pressed into the green compact of the ceramic functional layer in a moist state or a semi-dry state of the green compact. The inventive configuration allows the ceramic functional layer to be connected to the porous substrate with advantageously little pressure and / or at an advantageously low temperature.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die keramische Funktionsschicht auf eine glatte Aufbringungsfläche des Trans fersubstrats aufgebracht wird. Unter„glatt“ soll insbesondere verstanden werden, dass eine gemittelte Rautiefe (Rz) geringer ist als 10 pm, bevorzugt geringer ist als 5 pm, besonders bevorzugt gering ist als 3 pm und/oder dass ein Mittenrau wert (Ra) geringer ist als 3 pm, bevorzugt geringer ist als 2 pm, besonders bevor zugt geringer ist als 1 pm. Insbesondere ist die glatte Aufbringungsfläche des Transfersubstrats dazu vorgesehen, dass eine Oberfläche der keramischen Funktionsschicht, welche an dem Transfersubstrat aufgebracht wird, glatt ausge bildet wird. Insbesondere wird die glatte Oberfläche der keramischen Funktions schicht bei einem Verbinden der keramischen Funktionsschicht mit dem porösen Substrat von dem porösen Substrat abgewandt angeordnet. Insbesondere wird das Transfersubstrat nach einem Trocknen der keramischen Funktionsschicht von der glatten Oberfläche entfernt. Insbesondere ist die glatte Oberfläche der keramischen Funktionsschicht zu einer Auftragung zumindest einer zusätzlichen keramischen Funktionsschicht vorgesehen. Beispielsweise wird die zusätzliche keramische Funktionsschicht mit einem Tinten- oder Pasten-basierten Verfahren, beispielsweise mittels Schablonendruck, mittels Tintenstrahldruck, mittels Tauch beschichtung, mittels Flüssigkeitssprühen oder dergleichen, durch Lamination gegossener oder extrudierter Folien, durch Gasphasenprozesse wie physikali sche oder chemische Gasphasenabscheidung (PVD, CVD) oder Atomlagenab scheidung (ALD) oder einem anderen dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Verfahren auf die glatte Oberfläche aufgetragen. Es ist insbesondere denkbar, dass die zusätzliche keramische Funktionsschicht analog zu der keramischen Funktionsschicht mit einem Transferdrucksubstrat auf die keramische Funktions schicht aufgebracht wird. Es ist weiter denkbar, dass die zusätzliche keramische Funktionsschicht vor der keramische Funktionsschicht auf das Transfersubstrat aufgebracht wird. Insbesondere wird die keramische Funktionsschicht auf die zusätzliche keramische Funktionsschicht auf dem Transfersubstrat aufgebracht. Insbesondere ist es denkbar, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zumin dest die zwei auf dem Transfersubstrat befindlichen keramischen Funktions schichten in einem einzelnen Verfahrensschritt auf das poröse Substrat aufge bracht werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Oberflä che der keramischen Funktionsschicht vorteilhaft glatt ausgebildet werden. Ins besondere kann eine glatte Oberfläche für einen Aufbau zusätzlicher kerami scher Funktionsschichten zur Verfügung gestellt werden, insbesondere trotz ei ner hohen Porosität und/oder hohen Rauheit des porösen Substrats. Insbesonde re können zusätzliche keramische Funktionsschichten, die auf die keramische Funktionsschicht aufgetragen werden, vorteilhaft dünn aufgebracht werden. Ins besondere kann eine Perforation einer zusätzlichen keramischen Funktions schicht aufgrund von Strukturelementen einer nicht-glatten Oberfläche der kera mischen Funktionsschicht vermieden werden. It is further proposed that the ceramic functional layer be applied to a smooth application surface of the transfer substrate in at least one method step. “Smooth” is to be understood in particular to mean that an average roughness depth (R z ) is less than 10 pm, preferably is less than 5 pm, particularly preferably is less than 3 pm and / or that an average roughness value (R a ) is less than 3 pm, preferably less than 2 pm, especially before is less than 1 pm. In particular, the smooth application surface of the transfer substrate is provided so that a surface of the ceramic functional layer, which is applied to the transfer substrate, is formed smoothly. In particular, the smooth surface of the ceramic functional layer is arranged facing away from the porous substrate when the ceramic functional layer is connected to the porous substrate. In particular, the transfer substrate is removed from the smooth surface after the ceramic functional layer has dried. In particular, the smooth surface of the ceramic functional layer is provided for the application of at least one additional ceramic functional layer. For example, the additional ceramic functional layer with an ink or paste-based method, for example by means of stencil printing, by means of ink jet printing, by means of dip coating, by means of liquid spraying or the like, by lamination of cast or extruded foils, by gas phase processes such as physical or chemical vapor deposition (PVD, CVD) or atomic layer separation (ALD) or another method that appears to the person skilled in the art to be applied to the smooth surface. It is particularly conceivable that the additional ceramic functional layer is analogous to the ceramic one Functional layer is applied to the ceramic functional layer with a transfer printing substrate. It is also conceivable that the additional ceramic functional layer is applied to the transfer substrate before the ceramic functional layer. In particular, the ceramic functional layer is applied to the additional ceramic functional layer on the transfer substrate. In particular, it is conceivable that in at least one process step at least the two ceramic functional layers located on the transfer substrate are applied to the porous substrate in a single process step. Due to the configuration according to the invention, a surface of the ceramic functional layer can advantageously be made smooth. In particular, a smooth surface can be provided for building up additional ceramic functional layers, in particular despite a high porosity and / or high roughness of the porous substrate. In particular, additional ceramic functional layers that are applied to the ceramic functional layer can advantageously be applied thinly. In particular, perforation of an additional ceramic functional layer due to structural elements of a non-smooth surface of the ceramic functional layer can be avoided.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt das poröse Substrat vor einer Aufbringung der keramischen Funktionsschicht mit einer Schutzschicht beschichtet wird. Insbesondere wird das Trägerelement mit einer Schutzschicht beschichtet. Insbesondere ist die Schutzschicht als Diffusi onsbarriere ausgebildet und zu einer Verhinderung einer Interdiffusion zwischen dem Trägerelement und der keramischen Funktionsschicht vorgesehen. Es ist auch denkbar, dass die Schutzschicht zu einer Verhinderung einer Oxidation des Trägerelements vorgesehen ist. Beispielsweise ist die Schutzschicht als weitere keramische Funktionsschicht ausgebildet. Vorzugsweise wird eine als weitere keramische Funktionsschicht ausgebildete Schutzschicht in analoger Weise zu der keramischen Funktionsschicht auf dem Trägerelement aufgebracht. Alternativ wird die Schutzschicht mittels einer Tauchbeschichtung, eines Sol-Gel- Prozesses, eines Gasphasenprozesses wie physikalischer Gasphasenabschei dung (PVD) oder Atomlagenabscheidung (ALD) und/oder eines anderen dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Verfahrens auf das Trägerelement aufge bracht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft zuverläs- siger Schutz des porösen Substrats erreicht werden, insbesondere trotz einer engen Verzahnung des porösen Substrats mit der keramischen Funktionsschicht. It is also proposed that the porous substrate be coated with a protective layer in at least one process step before the ceramic functional layer is applied. In particular, the carrier element is coated with a protective layer. In particular, the protective layer is designed as a diffusion barrier and is provided to prevent interdiffusion between the carrier element and the ceramic functional layer. It is also conceivable that the protective layer is provided to prevent oxidation of the carrier element. For example, the protective layer is designed as a further ceramic functional layer. A protective layer designed as a further ceramic functional layer is preferably applied to the carrier element in an analogous manner to the ceramic functional layer. Alternatively, the protective layer is applied to the carrier element by means of a dip coating, a sol-gel process, a gas phase process such as physical gas phase deposition (PVD) or atomic layer deposition (ALD) and / or another process which appears to be useful to the person skilled in the art. Due to the configuration according to the invention, an advantageously reliable Protection of the porous substrate can be achieved, in particular despite the close interlocking of the porous substrate with the ceramic functional layer.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt ein hochporöses Substrat verwendet wird. Unter einem„hochporösen“ Objekt soll insbesondere ein Objekt aus einem Material verstanden werden, dass weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 35 %, besonders bevorzugt weniger als 20 % einer maximalen theoretischen Dichte des Materials aufweist, insbesondere unter denselben Temperatur- und Druckbedingungen. Durch die erfindungsge mäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft hohe Gasdurchlässigkeit des porösen Substrats erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft weiträumige Gas verteilung innerhalb des porösen Substrats erreicht werden. Insbesondere kann ein Druckabfall aufgrund des porösen Substrats zu einer Förderung des Gases vorteilhaft gering gehalten werden. In addition, it is proposed that a highly porous substrate be used in at least one process step. A “highly porous” object is to be understood in particular to mean an object made of a material that has less than 50%, preferably less than 35%, particularly preferably less than 20% of a maximum theoretical density of the material, in particular under the same temperature and pressure conditions. Due to the design according to the invention, an advantageously high gas permeability of the porous substrate can be achieved. In particular, an advantageously large gas distribution can be achieved within the porous substrate. In particular, a pressure drop due to the porous substrate for conveying the gas can advantageously be kept low.
Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die kera mische Funktionsschicht und das poröse Substrat bei einem Druck von weniger als 100 MPa miteinander verbunden werden. Vorzugsweise wird ein Druck von weniger als 50 MPa, besonders bevorzugt von weniger als 25 MPa, verwendet, um die keramische Funktionsschicht, insbesondere in einem trockenen Zustand, und das poröse Substrat miteinander zu verbinden. Vorzugsweise wird ein Druck von weniger als 10 MPa, besonders bevorzugt von weniger als 5 MPa ange wandt, um die keramische Funktionsschicht, insbesondere in einem halbtrocke nen oder feuchten Zustand, mit dem porösen Substrat zu verbinden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft eine ungewollte Verformung der keramischen Funktionsschicht vermieden werden. Insbesondere kann vor teilhaft eine Eindringtiefe des porösen Substrats in die keramische Funktions schicht vorteilhaft eingestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit von einer Festigkeit und/oder einer plastischen Fließfähigkeit der keramischen Funktions schicht und/oder in Abhängigkeit einer Porosität und/oder Porengröße des porö sen Substrats. It is further proposed that the ceramic functional layer and the porous substrate be connected to one another at a pressure of less than 100 MPa in at least one process step. A pressure of less than 50 MPa, particularly preferably less than 25 MPa, is preferably used to bond the ceramic functional layer, in particular in a dry state, and the porous substrate to one another. Preferably, a pressure of less than 10 MPa, particularly preferably less than 5 MPa, is used in order to connect the ceramic functional layer, in particular in a semi-dry or moist state, to the porous substrate. An undesired deformation of the ceramic functional layer can advantageously be avoided by the configuration according to the invention. In particular, a penetration depth of the porous substrate into the ceramic functional layer can advantageously be set, in particular depending on a strength and / or a plastic flowability of the ceramic functional layer and / or depending on a porosity and / or pore size of the porous substrate.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die kera mische Funktionsschicht und das poröse Substrat bei einer Temperatur von unter 200°C miteinander verbunden werden. Vorzugsweise wird zu einem Verbinden der keramischen Funktionsschicht mit dem porösen Substrat, insbesondere zu einem Trocknen des Grünlings, die keramische Funktionsschicht mit einer Tem peratur von zumindest 25°C, bevorzugt von zumindest 50°C beaufschlagt. Vor zugsweise wird zu einem Verbinden der keramischen Funktionsschicht mit dem porösen Substrat, insbesondere zu einem Trocknen des Grünlings, der Grünling mit einer Temperatur von weniger als 200°C, bevorzugt von weniger als 100°C beaufschlagt. Vorzugsweise wird zu einem Verbinden der keramischen Funkti onsschicht mit dem porösen Substrat eine Beaufschlagung mit der Temperatur während und/oder nach einer Beaufschlagung durch den Druck durchgeführt. Vorzugsweise wird der Grünling anschließend an die Druckbeaufschlagung der keramischen Funktionsschicht mit dem porösen Substrat getrocknet. Es ist aber auch denkbar, dass der Grünling während der Druckbeaufschlagung der kerami schen Funktionsschicht mit dem porösen Substrat getrocknet wird. Vorzugsweise wird eine Beaufschlagung der keramischen Funktionsschicht und/oder des porö sen Substrats mit der Temperatur zu einer Trocknung für mehr als 1 s, bevorzugt für mehr als 5 s angewandt. Vorzugsweise wird eine Beaufschlagung der kerami schen Funktionsschicht und/oder des porösen Substrats mit der Temperatur zu einer Trocknung für weniger als 10 min, bevorzugt für weniger als 5 min, beson ders bevorzugt für weniger als 3 min angewandt. Es ist denkbar, dass während der Druckbeaufschlagung die keramische Funktionsschicht und/oder das poröse Substrat mit einer Temperatur beaufschlagt werden. Insbesondere ist eine Tem peraturbeaufschlagung während einer Druckbeaufschlagung kleiner als 200 C, bevorzugt kleiner als 100 C. Vorzugsweise ist die Temperaturbeaufschlagung während der Druckbeaufschlagung größer als 25°C, bevorzugt größer als 50°C. Insbesondere wird die Temperaturbeaufschlagung während der Druckbeauf schlagung für mehr als 1 s, bevorzugt für mehr als 3 s durchgeführt. Vorzugswei se wird eine Temperaturbeaufschlagung während der Druckbeaufschlagung für weniger als 5 min, bevorzugt für weniger als 3 min durgeführt. Vorzugsweise ist die Temperatur zu einem Trocknen größer als die Temperaturbeaufschlagung während der Druckbeaufschlagung. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Lösemittel vorteilhaft kontrolliert ausgetrieben werden. Insbesondere kann ein Risiko eines Verzugs der keramischen Funktionsschicht und/oder des porösen Substrats aufgrund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsko effizienten vorteilhaft gering gehalten werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zumin dest eine als Elektrolyt ausgebildete zusätzliche keramische Funktionsschicht der elektrochemischen Zelle mit einer Schichtdicke von weniger als 15 mhh auf die keramische Funktionsschicht aufgebracht wird. Insbesondere wird die als Elekt rolyt ausgebildete zusätzliche Funktionsschicht auf die glatte Oberfläche der ke ramischen Funktionsschicht aufgebracht. Es ist denkbar, dass zwischen der zu sätzlichen keramischen Funktionsschicht und der keramischen Funktionsschicht zumindest eine weitere zusätzliche keramische Funktionsschicht aufgebracht wird. Beispielsweise wird die als Elektrolyt ausgebildete zusätzliche keramische Funktionsschicht analog zu der keramischen Funktionsschicht mittels eines Transfersubstrats aufgebracht. Vorzugsweise wird die als Elektrolyt ausgebildete zusätzliche keramische Funktionsschicht mit einer der oben genannten Metho den auf die keramische Funktionsschicht aufgebracht. Beispielsweise wird die als Elektrolyt ausgebildete zusätzliche keramische Funktionsschicht mittels Sieb druck aufgebracht, insbesondere mit einer Schichtdicke von weniger als 15 pm. Beispielsweise wird die als Elektrolyt ausgebildete zusätzliche keramische Funk tionsschicht mittels physikalischer Gasabscheidung aufgebracht, insbesondere mit einer Schichtdicke von weniger als 5 pm. Durch die erfindungsgemäße Aus gestaltung kann eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, mit einem vorteilhaft dünnen, vorteilhaft lochfreien Elektrolyt zur Verfügung ge stellt werden, der eine vorteilhaft homogene Schichtdicke aufweist. It is also proposed that the ceramic functional layer and the porous substrate be bonded to one another at a temperature of below 200 ° C. in at least one process step. Is preferably a connection the ceramic functional layer with the porous substrate, in particular for drying the green compact, the ceramic functional layer with a temperature of at least 25 ° C., preferably at least 50 ° C. Preferably, in order to connect the ceramic functional layer to the porous substrate, in particular to dry the green compact, the green compact is subjected to a temperature of less than 200 ° C., preferably less than 100 ° C. Preferably, in order to connect the ceramic functional layer to the porous substrate, the temperature is applied during and / or after the pressure is applied. Preferably, the green compact is dried after the ceramic functional layer has been pressurized with the porous substrate. However, it is also conceivable that the green compact is dried with the porous substrate during the pressurization of the ceramic functional layer. It is preferred to apply the temperature to the ceramic functional layer and / or the porous substrate for drying for more than 1 s, preferably for more than 5 s. Preferably, the application of temperature to the ceramic functional layer and / or the porous substrate is carried out for drying for less than 10 min, preferably for less than 5 min, particularly preferably for less than 3 min. It is conceivable that a temperature is applied to the ceramic functional layer and / or the porous substrate during the application of pressure. In particular, a temperature admission during a pressurization is less than 200 C, preferably less than 100 C. Preferably, the temperature admission during the pressurization is greater than 25 ° C, preferably greater than 50 ° C. In particular, the temperature application during the pressurization is carried out for more than 1 s, preferably for more than 3 s. Preferably, a temperature application is carried out during the pressurization for less than 5 minutes, preferably for less than 3 minutes. The temperature for drying is preferably greater than the temperature application during the application of pressure. The configuration according to the invention advantageously allows the solvent to be expelled in a controlled manner. In particular, a risk of warping of the ceramic functional layer and / or of the porous substrate due to different thermal expansion coefficients can advantageously be kept low. It is further proposed that in at least one process step at least one additional ceramic functional layer of the electrochemical cell, which is designed as an electrolyte, is applied to the ceramic functional layer with a layer thickness of less than 15 mhh. In particular, the additional functional layer formed as an electrolyte is applied to the smooth surface of the ceramic functional layer. It is conceivable that at least one additional ceramic functional layer is applied between the additional ceramic functional layer and the ceramic functional layer. For example, the additional ceramic functional layer designed as an electrolyte is applied analogously to the ceramic functional layer by means of a transfer substrate. The additional ceramic functional layer designed as an electrolyte is preferably applied to the ceramic functional layer using one of the abovementioned methods. For example, the additional ceramic functional layer formed as an electrolyte is applied by means of screen printing, in particular with a layer thickness of less than 15 pm. For example, the additional ceramic functional layer formed as an electrolyte is applied by means of physical gas deposition, in particular with a layer thickness of less than 5 pm. From the design according to the invention, an electrochemical cell, in particular a fuel cell, can be provided with an advantageously thin, advantageously hole-free electrolyte which has an advantageously homogeneous layer thickness.
Darüber hinaus wird eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoff zelle, erhältlich durch ein erfindungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen. Vor zugsweise ist das Trägerelement als poröser Metallträger ausgebildet. Vorzugs weise besteht das Trägerelement aus einem chromreichen ferritischen Edelstahl. Beispielsweise ist das Trägerelement als Metallschaum, als Drahtgewebe, als Streckmetall, als Lochblech oder als porös versinterte Pulverschicht ausgebildet. Vorzugsweise ist die keramische Funktionsschicht als Diffusionsbarriere oder als Brennstoffelektrode ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass die keramische Funktionsschicht als Luftelektrode ausgebildet ist. Insbesondere weist die kera mische Funktionsschicht in einem auf dem porösen Substrat angeordnetem Zu stand eine glatte Oberfläche auf, welche insbesondere von dem porösen Sub strat abgewandt ist. Es ist denkbar, dass die elektrochemische Zelle zusätzliche keramische Funktionsschichten aufweist, die insbesondere schichtweise überei- nander auf der glaten Oberfläche aufgebaut sind. Vorzugsweise umfasst die elektrochemische Zelle zumindest die Schichtreihenfolge Trägerelement, Diffusi onsbarriere oder die Schichtreihenfolge Trägerelement, Brennstoffelektrode. Bei spielsweise umfasst eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle, insbeson dere eine Brennstoffzelle, die Schichtreihenfolge Trägerelement, Diffusionsbarrie re, Brennstoffelektrode, Elektrolyt, Reaktionssperrschicht, Luftelektrode. Bei spielsweise umfasst eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle, insbeson dere eine Brennstoffzelle, die Schichtreihenfolge Trägerelement, Brennstoffelekt rode, Elektrolyt, Reaktionssperrschicht, Luftelektrode. Beispielsweise umfasst eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoff zelle, die Schichtreihenfolge Trägerelement, Luftelektrode, Reaktionssperr schicht, Elektrolyt, Brennstoffelektrode oder eine andere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schichtreihenfolge. Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest eine der genannten Schichten aus mehreren Teilschichten, welche insbesondere unterschiedliche Materialien umfassen, aufgebaut ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine elektrochemische Zelle, insbesonde re eine Brennstoffzelle, mit einem porösen Substrat mit einer vorteilhaft hohen Porosität zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann eine elektrochemi sche Zelle mit vorteilhaft dünnen keramischen Funktionsschichten, insbesondere mit einem vorteilhaft dünnen, vorteilhaft lochfreien, vorteilhaft gleichmäßig dicken Elektrolyten zur Verfügung gestellt werden. In addition, an electrochemical cell, in particular a fuel cell, is proposed, obtainable by a method according to the invention. Before preferably the carrier element is designed as a porous metal carrier. The carrier element preferably consists of a chromium-rich ferritic stainless steel. For example, the carrier element is designed as a metal foam, as a wire mesh, as an expanded metal, as a perforated plate or as a porous sintered powder layer. The ceramic functional layer is preferably designed as a diffusion barrier or as a fuel electrode. However, it is also conceivable that the ceramic functional layer is designed as an air electrode. In particular, the ceramic functional layer in a arranged on the porous substrate stood on a smooth surface, which in particular faces away from the porous substrate. It is conceivable that the electrochemical cell has additional ceramic functional layers, which in particular have layers of are built on the smooth surface. The electrochemical cell preferably comprises at least the layer sequence of carrier element, diffusion barrier or the layer sequence of carrier element, fuel electrode. In example, an electrochemical cell according to the invention, in particular a fuel cell, the layer sequence carrier element, diffusion barrier, fuel electrode, electrolyte, reaction barrier layer, air electrode. For example, an electrochemical cell according to the invention, in particular a fuel cell, comprises the layer sequence of carrier element, fuel electrode, electrolyte, reaction barrier layer, air electrode. For example, an electrochemical cell according to the invention, in particular a fuel cell, comprises the layer sequence of carrier element, air electrode, reaction barrier layer, electrolyte, fuel electrode or another layer sequence which appears to be useful to the person skilled in the art. In particular, it is conceivable that at least one of the layers mentioned is composed of a plurality of partial layers, which in particular comprise different materials. The configuration according to the invention makes it possible to provide an electrochemical cell, in particular a fuel cell, with a porous substrate with an advantageously high porosity. In particular, an electrochemical cell with advantageously thin ceramic functional layers, in particular with an advantageously thin, advantageously hole-free, advantageously uniformly thick electrolyte can be provided.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße elektrochemi sche Zelle sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle zu einer Erfül lung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrens schriten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offen barung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten. The method according to the invention and / or the electrochemical cell according to the invention should / should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the method according to the invention and / or the electrochemical cell according to the invention can have a number that differs from a number of individual elements, components and units as well as method steps mentioned in order to fulfill a function described here. In addition, in the value ranges specified in this disclosure, values lying within the stated limits are also to be considered disclosed and can be used as desired.
Zeichnungen Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merk male in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen fassen. drawings Further advantages result from the following description of the drawing. In the drawings, an embodiment of the invention is shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ver fahrens und Fig. 1 is a schematic representation of a method according to the invention and
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Erweiterung des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 is a schematic representation of an extension of the inventive method.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment
Figur 1 zeigt ein Verfahren 10 zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle 12, insbesondere zu einer Herstellung einer Brennstoffzelle. Die elektrochemische Zelle 12 weist zumindest ein poröses Substrat 14 auf. Die elektrochemische Zelle 12 weist zumindest eine keramische Funktionsschicht 16 auf. In einem Vorberei tungsschritt 28 wird die keramische Funktionsschicht 16 vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat 14 als Grünling auf einem Transfersubstrat 18 aufge bracht. In einem Verbindungsschritt 30 wird das poröse Substrat 14 in die sich auf dem Transfersubstrat 18 befindliche ungesinterte keramische Funktions schicht 16 eingepresst. Vorzugsweise wird in einem Ablöseschritt 32 das Trans fersubstrat 18 von der keramischen Funktionsschicht 16 gelöst. FIG. 1 shows a method 10 for producing an electrochemical cell 12, in particular for producing a fuel cell. The electrochemical cell 12 has at least one porous substrate 14. The electrochemical cell 12 has at least one ceramic functional layer 16. In a preparatory step 28, the ceramic functional layer 16 is applied as a green body on a transfer substrate 18 before being applied to the porous substrate 14. In a connecting step 30, the porous substrate 14 is pressed into the unsintered ceramic functional layer 16 located on the transfer substrate 18. Preferably, the transfer substrate 18 is detached from the ceramic functional layer 16 in a detachment step 32.
In dem Vorbereitungsschritt 28 wird die keramische Funktionsschicht 16 auf eine glatte Aufbringungsfläche 20 des Transfersubstrats 18 aufgebracht. Beispiels weise ist die keramische Funktionsschicht 16 als Diffusionsbarriere zwischen dem porösen Substrat 14 und einer, insbesondere nickelaufweisenden, Brenn stoffelektrode vorgesehen. Vorzugsweise wird zu einer Aufbringung der kerami schen Funktionsschicht 16 auf das Transfersubstrat 18 eine Paste hergestellt. Vorzugsweise umfasst die Paste ein Keramikpulver. Beispielsweise ist das Ke- ramikpulver als Gadolinium-dotiertes Cerdioxid ausgebildet. Vorzugsweise wird das Keramikpulver mit einem, insbesondere organischen, Bindemittel gemischt. Vorzugsweise ist das Bindemittel als Polyvinylbutyral ausgebildet. Alternativ wird als Bindemittel Ethyl- oder Methyl-Zellulose, Acrylat, Polyvinylacetat und/oder ein anderes lösliches Polymer verwendet. Vorzugsweise wird das Keramikpulver mit einem Lösemittel vermischt, insbesondere mit Diethylenglycol-Monobutyl-Ether. Alternativ wird, insbesondere abhängig von dem verwendeten Bindemittel, als Lösemittel Wasser, ein Alkohol, ein Carbonsäureester, ein Keton oder derglei chen verwendet. Es ist denkbar, dass das Keramikpulver mit weiteren Additiven versetzt wird, beispielsweise um eine notwendige Sintertemperatur abzusenken. Vorzugsweise wird die Paste mit einem Sieb- oder Schablonendruckverfahren auf das Transfersubstrat 18 aufgebracht, insbesondere auf die glatte Aufbrin gungsfläche 20 des Transfersubstrats 18. Alternativ wird die Paste mit flächigem Rakeln, Dispensing, Foliengießen oder dergleichen auf das Transfersubstrat 18 aufgebracht. Es ist denkbar, dass die Paste nach einer Aufbringung auf das Transfersubstrat 18 nachverdichtet wird, insbesondere um eine Kontaktfläche zwischen der Paste und der glatten Aufbringungsfläche 20 zu maximieren. Bei spielsweise ist das Transfersubstrat 18 als silikonisierte oder silikonfreie Polyes terfolie ausgebildet. In dem Vorbereitungsschritt 28 wird der Grünling der kerami schen Funktionsschicht 16 vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat 14 zumindest teilweise vorgetrocknet. In dem Vorbereitungsschritt 28 wird der Grün ling der keramischen Funktionsschicht 16 vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat 14 höchstens teilweise vorgetrocknet. Insbesondere wird in dem Vorbe reitungsschritt 28 zumindest 10 % des Lösemittels ausgetrieben, beispielsweise durch Lagerung in einem Konvektionsofen. Alternativ wird die keramisch Funkti onsschicht 16 in einem feuchten oder zumindest im Wesentlichen trockenen Zu stand auf das poröse Substrat 14 aufgebracht. In the preparation step 28, the ceramic functional layer 16 is applied to a smooth application surface 20 of the transfer substrate 18. For example, the ceramic functional layer 16 is provided as a diffusion barrier between the porous substrate 14 and an, in particular nickel-containing, fuel electrode. A paste is preferably produced for applying the ceramic functional layer 16 to the transfer substrate 18. The paste preferably comprises a ceramic powder. For example, the key Ceramic powder designed as gadolinium-doped cerium dioxide. The ceramic powder is preferably mixed with a, in particular organic, binder. The binder is preferably designed as polyvinyl butyral. Alternatively, ethyl or methyl cellulose, acrylate, polyvinyl acetate and / or another soluble polymer is used as the binder. The ceramic powder is preferably mixed with a solvent, in particular with diethylene glycol monobutyl ether. Alternatively, depending on the binder used, water, an alcohol, a carboxylic acid ester, a ketone or the like is used as the solvent. It is conceivable that the ceramic powder is mixed with further additives, for example in order to lower a necessary sintering temperature. Preferably, the paste is applied to the transfer substrate 18 using a screen or stencil printing method, in particular to the smooth application surface 20 of the transfer substrate 18. Alternatively, the paste is applied to the transfer substrate 18 with a flat doctor blade, dispensing, film casting or the like. It is conceivable for the paste to be densified after it has been applied to the transfer substrate 18, in particular in order to maximize a contact area between the paste and the smooth application area 20. In example, the transfer substrate 18 is formed as a siliconized or silicone-free polyester film. In the preparation step 28, the green compact of the ceramic functional layer 16 is at least partially predried before being applied to the porous substrate 14. In the preparation step 28, the green of the ceramic functional layer 16 is at most partially pre-dried before being applied to the porous substrate 14. In particular, at least 10% of the solvent is expelled in preparation step 28, for example by storage in a convection oven. Alternatively, the ceramic functional layer 16 is applied to the porous substrate 14 in a moist or at least substantially dry state.
In dem Verbindungsschritt 30 wird für das poröse Substrat 14 ein hochporöses Substrat verwendet. Vorzugsweise umfasst das poröse Substrat 14 als Trä gerelement ein Metallgewebe oder Metallgitter, von welchem hier der Übersicht lichkeit halber nur zwei Lagen mit zueinander querverlaufenden Strängen darge stellt sind. Beispielsweise besteht das Trägerelement aus Crofer22 oder einem anderen chromreichen ferritischen Edelstahl, beispielsweise aus einer der Legie rungen 1.4016, 1.4521, 1.4509 oder einem anderen dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Metall zu einer Stützung der elektrochemischen Zelle 12, insbe sondere einer Festoxidbrennstoffzelle. Vorzugsweise wird das poröse Substrat 14 vor einer Aufbringung der keramischen Funktionsschicht 16 mit einer Schutz schicht 22 beschichtet. Insbesondere wird das poröse Substrat 14 mit einer Kor rosionsschutzschicht beschichtet. Beispielsweise wird die Schutzschicht 22 mit einem Gasphasenprozess auf das poröse Substrat 14 aufgebracht. In the connecting step 30, a highly porous substrate is used for the porous substrate 14. Preferably, the porous substrate 14 comprises a metal element or mesh as a carrier element, of which only two layers with strands running transversely to one another are shown for the sake of clarity. For example, the carrier element is made of Crofer22 or another chromium-rich ferritic stainless steel, for example from one of the alloys 1.4016, 1.4521, 1.4509 or another which is useful to the person skilled in the art appearing metal to support the electrochemical cell 12, in particular a solid oxide fuel cell. The porous substrate 14 is preferably coated with a protective layer 22 before the ceramic functional layer 16 is applied. In particular, the porous substrate 14 is coated with a corrosion protection layer. For example, the protective layer 22 is applied to the porous substrate 14 using a gas phase process.
Vorzugsweise wird in dem Verbindungsschritt 30 das Transfersubstrat 18 mit einer von der keramischen Funktionsschicht 16 abgewandten Oberfläche auf einer ebenen Unterlage angeordnet. Vorzugsweise wird das poröse Substrat 14 auf die keramische Funktionsschicht 16 aufgelegt. Vorzugsweise wird das poröse Substrat 14 mit einem Druck beaufschlagt, beispielsweise mit Hilfe einer bei spielsweisen hydraulischen Presse oder durch Auflegen eines Gewichts. In dem Verbindungsschritt 30 werden die keramische Funktionsschicht 16 und das porö se Substrat 14 bei einem Druck von weniger als 100 MPa, insbesondere von weniger als 25 MPa, miteinander verbunden. In einer alternativen Ausgestaltung mit der keramischen Funktionsschicht 16 in einem feuchten Zustand bei einer Anordnung an dem porösen Substrat 14 beträgt der Druck bevorzugt weniger als 10 MPa, besonders bevorzugt weniger als 5 MPa. Insbesondere wird das poröse Substrat 14 durch den Druck teilweise in die keramische Funktionsschicht 16 hineingepresst. Vorzugsweise wird ein Teil der keramischen Funktionsschicht 16 in hohle Zwischenräume des porösen Substrats 14 gepresst. Vorzugsweise wird eine Eindringtiefe des porösen Substrats 14 in die keramische Funktionsschicht 16 mittels des Drucks und/oder mittels einer Festigkeit und/oder einer plastischen Verformbarkeit der keramischen Funktionsschicht 16 gesteuert. Es ist denkbar, dass die keramische Funktionsschicht 16 während einer Beaufschlagung mit dem Druck zusätzlich mit einer Temperatur, insbesondere 70°C, beaufschlagt wird, insbesondere um das Bindemittel zu erweichen und um die plastische Ver formbarkeit zu erhöhen. Vorzugsweise bleibt das poröse Substrat 14 beab- standet von dem Transfersubstrat 18. Es ist denkbar, dass temporäre Abstands halter eingesetzt werden, um eine Eindringtiefe des porösen Substrats 14 in die keramische Funktionsschicht 16 zu begrenzen. In connection step 30, transfer substrate 18 is preferably arranged on a flat surface with a surface facing away from ceramic functional layer 16. The porous substrate 14 is preferably placed on the ceramic functional layer 16. The porous substrate 14 is preferably subjected to a pressure, for example with the aid of a hydraulic press, for example, or by applying a weight. In the connecting step 30, the ceramic functional layer 16 and the porous substrate 14 are connected to one another at a pressure of less than 100 MPa, in particular less than 25 MPa. In an alternative embodiment with the ceramic functional layer 16 in a moist state when arranged on the porous substrate 14, the pressure is preferably less than 10 MPa, particularly preferably less than 5 MPa. In particular, the porous substrate 14 is partially pressed into the ceramic functional layer 16 by the pressure. A part of the ceramic functional layer 16 is preferably pressed into hollow spaces of the porous substrate 14. A depth of penetration of the porous substrate 14 into the ceramic functional layer 16 is preferably controlled by means of the pressure and / or by means of a strength and / or a plastic deformability of the ceramic functional layer 16. It is conceivable that the ceramic functional layer 16 is additionally subjected to a temperature, in particular 70 ° C., during an application of the pressure, in particular in order to soften the binder and to increase the plastic deformability. The porous substrate 14 preferably remains spaced from the transfer substrate 18. It is conceivable that temporary spacers are used in order to limit a depth of penetration of the porous substrate 14 into the ceramic functional layer 16.
In dem Verbindungsschritt 30, insbesondere nach der Beaufschlagung mit dem Druck, wird der Grünling der keramischen Funktionsschicht 16 in einem mit dem porösen Substrat 14 verbundenem Zustand zumindest im Wesentlichen vollstän dig getrocknet. Insbesondere wird die keramische Funktionsschicht 16 in einem mit dem porösen Substrat 14 verbundenen Zustand thermisch behandelt, optio nal unter Beibehaltung der Beaufschlagung mit dem Druck. In dem Verbindungs schritt 30 werden die keramische Funktionsschicht 16 und das poröse Substrat 14 bei einer Temperatur von unter 200°C, insbesondere von unter 100°C, bevor zugt von 80°C, miteinander verbunden. Insbesondere wird durch eine Trocknung der keramischen Funktionsschicht 16 an dem porösen Substrat 14 die kerami sche Funktionsschicht 16 an dem porösen Substrat 14 fixiert. In the connecting step 30, in particular after the pressure has been applied, the green compact of the ceramic functional layer 16 is in one with the porous substrate 14 connected state at least substantially completely dig. In particular, the ceramic functional layer 16 is thermally treated in a state connected to the porous substrate 14, optionally while maintaining the application of the pressure. In the connection step 30, the ceramic functional layer 16 and the porous substrate 14 are connected to one another at a temperature of below 200 ° C., in particular below 100 ° C., before being given a temperature of 80 ° C. In particular, the ceramic functional layer 16 is fixed to the porous substrate 14 by drying the ceramic functional layer 16 on the porous substrate 14.
In dem Ablöseschritt 32 wird das Transfersubstrat 18 von der keramischen Funk tionsschicht 16 gelöst. Insbesondere bleibt die keramische Funktionsschicht 16 an dem porösen Substrat 14 fixiert. Insbesondere weist die keramische Funkti onsschicht 16 eine von dem porösen Substrat 14 abgewandte glatte Oberfläche 34 auf. Optional wird die elektrochemische Zelle 12 nach dem Ablöseschritt 32 gesintert, insbesondere bei einer Temperatur von mehr als 800°C. In the detachment step 32, the transfer substrate 18 is detached from the ceramic functional layer 16. In particular, the ceramic functional layer 16 remains fixed on the porous substrate 14. In particular, the ceramic functional layer 16 has a smooth surface 34 facing away from the porous substrate 14. Optionally, the electrochemical cell 12 is sintered after the detachment step 32, in particular at a temperature of more than 800 ° C.
Figur 2 zeigt ein Verfahren 10’ als Erweiterung des Verfahrens 10. Insbesondere schließt das Verfahren 10’ an den Ablöseschritt 32 des Verfahrens 10 an. Insbe sondere werden in dem Verfahren 10’ zusätzliche keramische Funktionsschich ten 26, 36 auf der elektrochemischen Zelle 12 aus dem Verfahren 10 aufgebaut. Insbesondere wird in einem Elektrodenauftragungsschritt 38 eine als Elektrode ausgebildete zusätzliche keramische Funktionsschicht 36 auf die keramische Funktionsschicht 16 aufgetragen. Vorzugsweise wird eine Brennstoffelektrode aufgetragen. Es ist aber auch denkbar, dass eine Luftelektrode aufgetragen wird. Insbesondere wird die als Elektrode ausgebildete zusätzliche keramische Funkti onsschicht 36 auf die glatte Oberfläche 34 der keramischen Funktionsschicht 16 aufgetragen. Beispielsweise wird die als Elektrode ausgebildete zusätzliche ke ramische Funktionsschicht 36 mittels einer tinten- oder pastenbasierten Verfah rens, beispielsweise mittels Schablonendruck, mittels Tintenstrahldruck, mittels Tauchbeschichtung, mittels Flüssigkeitssprühen oder dergleichen, durch Lamina tion gegossener oder extrudierter Folien, durch Gasphasenprozesse wie physika lische oder chemische Gasphasenabscheidung (PVD, CVD) oder Atomlagenab scheidung (ALD) oder einem anderen dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Verfahren auf die glatte Oberfläche 34 aufgetragen. In einem Elektrolytauftragungsschritt 40 wird zumindest eine als Elektrolyt 24 ausgebildete zusätzliche keramische Funktionsschicht 26 der elektrochemischen Zelle 12 mit einer Schichtdicke von weniger als 15 mhh auf die keramische Funk- tionsschicht 16 aufgebracht. Insbesondere wird der Elektrolyt 24 auf die als Elekt rode ausgebildete zusätzliche Funktionsschicht 36 aufgebracht. Insbesondere bildet die keramische Funktionsschicht 16 einen glatten Untergrund für eine Auf bringung des Elektrolyts 24. Vorzugsweise wird der Elektrolyt 24 mit einem der im vorherigen Abschnitt genannten Verfahren aufgebracht. Es ist denkbar, dass in dem Verfahren 10’ weitere zusätzliche Funktionsschichten, insbesondere eineFIG. 2 shows a method 10 'as an extension of the method 10. In particular, the method 10' follows the detachment step 32 of the method 10. In particular, in the method 10 'additional ceramic functional layers 26, 36 are built up on the electrochemical cell 12 from the method 10. In particular, in an electrode application step 38, an additional ceramic functional layer 36 designed as an electrode is applied to the ceramic functional layer 16. A fuel electrode is preferably applied. However, it is also conceivable that an air electrode is applied. In particular, the additional ceramic functional layer 36 designed as an electrode is applied to the smooth surface 34 of the ceramic functional layer 16. For example, the additional ceramic functional layer 36 formed as an electrode is formed by means of an ink or paste-based method, for example by means of stencil printing, by means of ink jet printing, by means of dip coating, by means of liquid spraying or the like, by lamination cast or extruded foils, by gas phase processes such as physical or chemical Gas phase deposition (PVD, CVD) or atomic layer deposition (ALD) or another method that appears useful to the person skilled in the art is applied to the smooth surface 34. In an electrolyte application step 40, at least one additional ceramic functional layer 26 of the electrochemical cell 12 designed as an electrolyte 24 is applied to the ceramic functional layer 16 with a layer thickness of less than 15 mhh. In particular, the electrolyte 24 is applied to the additional functional layer 36 designed as an electrode. In particular, the ceramic functional layer 16 forms a smooth surface for the application of the electrolyte 24. The electrolyte 24 is preferably applied using one of the methods mentioned in the previous section. It is conceivable that in method 10 'further additional functional layers, in particular one
Reaktionssperrschicht, eine Luftelektrode oder dergleichen, auf die elektrochemi sche Zelle 12 aufgebracht werden, insbesondere zu einer Herstellung einer me tallgestützten Festoxidbrennstoffzelle. Reaction barrier layer, an air electrode or the like, are applied to the electrochemical cell 12, in particular for the production of a metal-supported solid oxide fuel cell.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, insbesondere einer Brennstoffzelle, welche zumindest ein poröses Substrat (14) und zu mindest eine keramische Funktionsschicht (16) umfasst, wobei in zumin dest einem Verfahrensschritt die keramische Funktionsschicht (16) vor ei ner Aufbringung auf das poröse Substrat (14) als Grünling auf einem Transfersubstrat (18) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt das poröse Substrat (14) in die sich auf dem Transfersubstrat (18) befindliche ungesinterte keramische Funktions schicht (16) eingepresst wird. 1. A method for producing an electrochemical cell, in particular a fuel cell, which comprises at least one porous substrate (14) and at least one ceramic functional layer (16), the ceramic functional layer (16) in at least one process step prior to application to the porous substrate (14) is applied as a green compact on a transfer substrate (18), characterized in that in at least one process step the porous substrate (14) is pressed into the unsintered ceramic functional layer (16) located on the transfer substrate (18).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Grünling der keramischen Funktionsschicht (16) in einem mit dem porösen Substrat (14) verbundenem Zustand zumin dest im Wesentlichen vollständig getrocknet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that in at least one process step, the green compact of the ceramic functional layer (16) is at least substantially completely dried in a state connected to the porous substrate (14).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Grünling der keramischen Funkti onsschicht (16) vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat (14) zumin dest teilweise vorgetrocknet wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in at least one process step, the green compact of the ceramic functional layer (16) is at least partially predried before being applied to the porous substrate (14).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Grünling der ke ramischen Funktionsschicht (16) vor einer Aufbringung auf das poröse Substrat (14) höchstens teilweise vorgetrocknet wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one process step the green body of the ceramic functional layer (16) is at most partially pre-dried before being applied to the porous substrate (14).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die keramische Funk tionsschicht (16) auf eine glatte Aufbringungsfläche (20) des Transfersub strats (18) aufgebracht wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one process step, the ceramic functional layer (16) is applied to a smooth application surface (20) of the transfer substrate (18).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt das poröse Substrat (14) vor einer Aufbringung der keramischen Funktionsschicht (16) mit einer Schutzschicht (22) beschichtet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one process step, the porous substrate (14) is coated with a protective layer (22) before the ceramic functional layer (16) is applied.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt ein hochporöses Substrat (14) verwendet wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a highly porous substrate (14) is used in at least one process step.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die keramische Funk tionsschicht (16) und das poröse Substrat (14) bei einem Druck von weni ger als 100 MPa miteinander verbunden werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one process step, the ceramic functional layer (16) and the porous substrate (14) are connected to one another at a pressure of less than 100 MPa.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt die keramische Funk tionsschicht (16) und das poröse Substrat (14) bei einer Temperatur von unter 200°C miteinander verbunden werden. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ceramic functional layer (16) and the porous substrate (14) are connected to one another at a temperature of below 200 ° C in at least one process step.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zumindest eine als Elektrolyt (24) ausgebildete zusätzliche keramische Funktionsschicht (26) der elektrochemischen Zelle mit einer Schichtdicke von weniger als 15 pm auf die keramische Funktionsschicht (16) aufgebracht wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one process step, at least one additional ceramic functional layer (26) designed as an electrolyte (24) of the electrochemical cell is applied to the ceramic functional layer (16) with a layer thickness of less than 15 pm becomes.
11. Elektrochemische Zelle, insbesondere Brennstoffzelle, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 11. Electrochemical cell, in particular fuel cell, obtainable by a method according to one of claims 1 to 9.
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