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Versenkte Anoden-und Kathodenkontaktierung mit reduzierter Stapeldicke des Innenaufbaus einer Hochtemperaturbrennstoffzelle

IP.com Disclosure Number: IPCOM000016913D
Original Publication Date: 1999-Jan-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-21
Document File: 3 page(s) / 28K

Publishing Venue

Siemens

Related People

Thomas Jansing: AUTHOR [+2]

Abstract

Es ist bekannt, daß bei der Elektrolyse von Wasser die Wassermoleküle durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. In einer Brennstoffzelle macht man sich diese Erkenntnis zunutze, indem man den Prozeß umdreht und den durch die elektrochemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff entstehenden Strom nutzt. Eine solche Brennstoffzelle kann aus zwei bipolaren Platten (1) bestehen, zwischen denen sich eine Kathoden(2)-Elektrolyt(4)-Anoden(3)-Anordnung befindet (vgl. Fig. 1). Da sich die Verbindung zwischen der Kathode (2) und der bipolaren Platte (1) als zu hochohmig erwiesen hat, wird vorgeschlagen, die bipolare Platte (1) auf der Kathodenseite mit einer Kontaktsubstanz (7) zu beschichten, die eine elektrische Verbindung herstellt. Als besonders geeignet hat sich hierfür ein La-Perowskit herausgestellt, der mittels WPS- Verfahren (wet powder spraying) aufgebracht wird.

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Bauelemente

Versenkte Anoden- und Kathodenkontaktierung mit reduzierterStapeldicke des Innenaufbaus einer Hochtemperaturbrennstoffzelle

Idee: Thomas Jansing, Nürnberg; Robert Fleck, Adelsdorf

Es ist bekannt, daß bei der Elektrolyse von Wasser die Wassermoleküle durch elektrischenStrom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. In einer Brennstoffzelle macht mansich diese Erkenntnis zunutze, indem man den Prozeß umdreht und den durch dieelektrochemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff entstehenden Strom nutzt.Eine solche Brennstoffzelle kann aus zwei bipolaren Platten (1) bestehen, zwischen denensich eine Kathoden(2)-Elektrolyt(4)-Anoden(3)-Anordnung befindet (vgl. Fig. 1).

Da sich die Verbindung zwischen der Kathode (2) und der bipolaren Platte (1) als zuhochohmig erwiesen hat, wird vorgeschlagen, die bipolare Platte (1) auf der Kathodenseitemit einer Kontaktsubstanz (7) zu beschichten, die eine elektrische Verbindung herstellt. Alsbesonders geeignet hat sich hierfür ein La-Perowskit herausgestellt, der mittels WPS-Verfahren (wet powder spraying) aufgebracht wird.

Zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen der Anode (3) und der bipolarenPlatte (1) wird Nickel benutzt. Um auftretende mechanischen Spannungen ausgleichen zukönnen, muß diese elektrische Verbindung zwischen der Anode (3) und der bipolaren Platte(1) elastisch sein. Aus diesem Grund wird das Nickel als Netz (8) ausgebildet. Alsbesonders vorteilhaft hat sich hier der Einsatz von zwei Netzen (8), einem dickeren (ca.280µm) und einem dünneren (ca. 120µm) erwiesen (vgl. Fig.1).

Um die beiden Gasräume, in denen jeweils eines der Prozeßgase geführt wird, voneinanderzu trennen, ist es bekannt, eine sogenannte „innere Fügung“ zu benutzen, diebekannterweise aus einem dreischichtig aufgebauten Rahmen besteht (Glaslot (5a) - Spinell(5b) -Glaslot (5a)). Da ein dünner Spinellrahmen teuer ist, wird aus Materialkostenersparnisvorgeschlagen, den Rahmen (5a-5b-5a) durch einen einfachen Glaslotrahmen (5) zuersetzen, der die MEA (Membran-Electrolyte-Assembley) trägt und den Wasserstoffführenden Raum gasdicht abschließt. Die Dicke des Glaslotrahmens wird hauptsächlich ausder Dicke der Nickelnetze bestimmt. Bei Nickelnetzen mit einer Gesamtdicke von etwa 400µm ist ein aus reinem Glaslot ausgeführter Rahmen mechanisch instabil.

Siemens Technik Report

Jahrgang 2� Nr. 2� Januar 1999

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Eine Möglichkeit, die Rahmendicke zu verringern, besteht darin, die Dicke der Nickelnetze(8) zu verringern. Da Nickelnetze (8) in der dann erforderlichen Dicke von ca. 120µmjedoch nicht kostengünstig erhältlich und zudem korrosionsanfällig und nicht elastischgenug sind, muß an der Nickelnetzdicke festgehalten werden. Um das Problem dennoch zubeheben, wird vorgeschlagen, die bipolaren Platten (1) auf der Anodenseite um ca. 50-400µm einzusenken. Nun ist es möglich den Glaslotrahmen (5) kippsicher unddifferenzdruckbeständiger auszuführen und die elektrische Ko...