PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202005020601U1 01.06.2006
Titel Brennstoffzelleneinheit
Anmelder ElringKlinger AG, 72581 Dettingen, DE
Vertreter HOEGER, STELLRECHT & PARTNER Patentanwälte, 70182 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 202005020601
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 01.06.2006
Registration date 27.04.2006
Application date from patent application 18.07.2005
File number of patent application claimed 10 2005 034 616.2
IPC-Hauptklasse H01M 8/02(2006.01)A, F, I, 20060223, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01M 8/24(2006.01)A, L, I, 20060223, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit, die eine Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit (im folgenden kurz: KEA-Einheit) und mindestens ein Kontaktelement zum elektrisch leitenden Kontaktieren der KEA-Einheit umfasst.

Beispielsweise aus der DE 100 44 703 A1 ist eine solche Brennstoffzelleneinheit bekannt, bei welcher ein solches Kontaktelement als ein wellblechförmiges Kontaktfeld eines Gehäuseunterteils der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet ist.

Ferner ist es bekannt, statt eines Wellblechs ein Noppenblech zur Kontaktierung der KEA-Einheit zu verwenden.

Ferner ist es bekannt, zur Kontaktierung der KEA-Einheit ein Metallnetz oder ein Metallgestrick zu verwenden.

Bei den als Kontaktelementen verwendeten Wellblechen oder Noppenblechen muss zur Erzeugung der Kontaktierungspunkte ein extremer Umformgrad angewandt werden, was bei vielen Werkstoffen zu Werkstoffüberbeanspruchung, zu Ausbrüchen und zu undefinierter und ungleichmäßiger Ausformung der Kontaktierungspunkte führen kann. Außerdem ergibt sieh im Bereich unterhalb der Kontaktierungspunkte eine schlechte Versorgung mit Brenngas bzw. Oxidationsmittel.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzelleneinheit mit einer zuverlässigen und einfach herstellbaren elektrischen Kontaktierung der KEA-Einheit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Brennstoffzelleneinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Kontaktelement eine mit einer Vielzahl von Durchbrüchen versehene Platte umfasst.

Das erfindungsgemäß verwendete Kontaktelement liegt im Bereich der Durchbrüche direkt oder indirekt (beispielsweise über ein Substrat der KEA-Einheit) an der KEA-Einheit an, so dass es nicht erforderlich ist, durch Umformung eines Ausgangsmaterials zusätzliche Kontaktierungspunkte in Form von Wellenbergen oder Noppen zu schaffen.

Das erfindungsgemäß verwendete Kontaktelement ist daher aus einer Vielzahl von Werkstoffen in einfacher Weise herstellbar und ermöglicht eine zuverlässige Kontaktierung der KEA-Einheit.

Da der gesamte Zwischenraum zwischen den Durchbrüchen an der Platte für die Zufuhr von Brenngas bzw. Oxidationsmittel zur Verfügung steht, ist bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit auch eine besonders gute Versorgung der KEA-Einheit mit den gasförmigen Reaktanden gewährleistet.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einige der Durchbrüche eine von einer Hauptfläche des Kontaktelements aus zu einer Seite des Kontaktelements hin vorstehende Berandung aufweisen. Diese Berandung bildet dann jeweils eine Kontaktstelle für den elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Kontaktelement und der KEA-Einheit bzw. einem Substrat der KEA-Einheit.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Berandungen jeweils die Form einer gezackten Krone aufweisen.

Solche gezackten Kronen können durch Durchstoßen der Platte mit einer spitz angeschliffenen Nadel erzeugt werden.

Durch das Vorhandensein mehrerer Zacken an der Berandung jeden Durchbruchs werden pro Durchbruch mehrere Kontaktstellen zwischen dem Kontaktelement und der KEA-Einheit bzw. deren Substrat geschaffen, was den elektrischen Kontakt zwischen diesen Elementen verbessert.

Besonders günstig ist es, wenn die gezackten Kronen jeweils drei bis sechs Zacken, vorzugsweise jeweils vier Zacken, aufweisen.

Eine Krone mit vier Zacken kann insbesondere durch Durchstoßen der Platte mit einer pyramidenförmig angeschliffenen Nadel erzeugt werden.

Die Berandungen der Durchbrüche können alle zu derselben Seite des Kontaktelements hin vorstehen. In diesem Fall ist die KEA-Einheit vorzugsweise auf derjenigen Seite des Kontaktelements angeordnet, zu weicher die Berandungen der Durchbrüche hin vorstehen.

Alternativ hierzu kann aber auch vorgesehen sein, dass die Berandungen zu zwei einander entgegengesetzten Seiten des Kontaktelements hin vorstehen.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchbrüche mit Berandungen, die zu einer ersten Seite des Kontaktelements hin überstehen, in einem ersten Gitter (d.h. in einem periodischen Muster) angeordnet sind und dass die Durchbrüche mit Berandungen, die zu der der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite des Kontaktelements hin vorstehen, in einem zweiten Gitter angeordnet sind.

Die Durchbrüche des zweiten Gitters sind dabei vorteilhafterweise in Zwischenräumen zwischen den Durchbrüchen des ersten Gitters angeordnet.

Besonders günstig ist es, wenn die Durchbrüche des zweiten Gitters im wesentlichen mittig zwischen den jeweils benachbarten Durchbrüchen des ersten Gitters angeordnet sind.

Da die Größe der Durchbrüche frei wählbar ist, können grundsätzlich beliebig lange Zacken und somit beliebig große Überstände der Berandungen über die Platte des Kontaktelements hergestellt werden, wodurch der zur Verfügung stehende Gasraum beliebig groß gewählt werden kann.

Die Höhe des Überstandes der Berandungen über die Platte beträgt vorzugsweise von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 2 mm.

Im Verhältnis zur Dicke der Platte gesehen, beträgt die Höhe des Überstandes der Berandung über die Platte vorzugsweise von ungefähr der einfachen Dicke der Platte bis ungefähr zum Fünffachen der Dicke der Platte.

Um an allen Kontaktstellen des Kontaktelements einen guten Kontakt zwischen den Berandungen einerseits und der KEA-Einheit bzw. dem Substrat der KEA-Einheit andererseits zu gewährleisten, ist es günstig, wenn die Höhe des Überstandes der Berandungen über die Platte auf eine im wesentlichen einheitliche Höhe kalibriert ist.

Eine solche Kalibrierung kann dadurch erfolgen, dass das Kontaktelement zwischen zwei Platten mit einem definierten Abstand gepresst wird.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Kontaktelement als ein Zackenblech ausgebildet.

Die Flächendichte der Durchbrüche an dem Kontaktelement beträgt vorzugsweise von ungefähr einem Durchbruch pro cm2 bis zu ungefähr 50 Durchbrüchen pro cm2. Bei einer solchen Flächendichte ist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen einem möglichst geringen Übergangswiderstand zwischen Kontaktelement und KEA-Einheit einerseits und einer möglichst guten Zugänglichkeit der KEA-Einheit für das Brenngas bzw. das Oxidationsmittel gegeben.

Der mittlere Mittelpunktsabstand einander benachbarter Durchbrüche beträgt vorzugsweise ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm.

Die Durchbrüche sind vorzugsweise in einem Gittermuster, d.h. in einer regulären periodischen Anordnung, angeordnet.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Durchbrüche in einem Quadratgitter oder in einem Rautengitter angeordnet sind.

Die Platte des Kontaktelements weist vorzugsweise eine Materialstärke von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,5 mm auf.

Die Platte ist vorzugsweise aus einem metallischen Material gebildet.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Platte aus einem Stahlmaterial gebildet ist.

Um eine dauerhafte Verwendung des Kontaktelements in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelleneinheit (SOFC-Brennstoffzelle) zu ermöglichen, ist die Platte vorzugsweise aus einem hochtemperaturkorrosionsbeständigen Stahlmaterial gebildet. Ein solches Material ist korrosionsbeständig bei den hohen Betriebstemperaturen einer SOFC-Brennstoffzelle im Bereich von 800°C bis 900°C.

Das Kontaktelement kann lose zwischen die KEA-Einheit und ein Gehäuseteil eines Gehäuses der Brennstoffzelleneinheit eingelegt sein.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Kontaktelement an einem Gehäuseteile eines Gehäuses der Brennstoffzelleneinheit festzulegen.

Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Kontaktelement mit einem Gehäuseteil eines Gehäuses der Brennstoffzelleneinheit verlötet und/oder verschweißt ist.

Außerdem kann zur Verbesserung des elektrischen Kontakts des Kontaktelements mit der KEA-Einheit und/oder mit dem Gehäuseteil der Brennstoffzelleneinheit vorgesehen sein, dass eine Kontaktpaste zwischen dem Kontaktelement einerseits und der KEA-Einheit und/oder einem Substrat der KEA-Einheit und/oder dem Gehäuseteil der Brennstoffzelleneinheit andererseits angeordnet ist.

Zur Kontaktierung eines anodenseitigen Kontaktelements kann insbesondere eine Kontaktpaste, die Nickel oder Nickeloxid enthält, verwendet werden.

Zur Kontaktierung eines kathodenseitigen Kontaktelements kann insbesondere eine Kontaktpaste, die ein dem Kathodenmaterial, beispielsweise also Lanthan-Strontium-Manganat, entsprechendes Material enthält, verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Brennstoffzelleneinheit ist vorgesehen, dass mindestens ein Kontaktelement auf der Anodenseite der Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit angeordnet ist.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Kontaktelement auf der Kathodenseite der Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit angeordnet ist.

Anspruch 27 ist auf einen Brennstoffzellenstapel gerichtet, welcher mehrere längs einer Stapelrichtung aufeinanderfolgende erfindungsgemäße Brennstoffzelleneinheiten umfasst.

Das Kontaktelement der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit ermöglicht auf der Anoden- und/oder auf der Kathodenseite der KEA-Einheit einen Stromabgriff, der möglichst geringe Übergangswiderstände bietet und gleichzeitig das Vorbeiströmen des Brenngases bzw. des Oxidationsmittels ermöglicht und die KEA-Einheit möglichst störungsfrei mit den gasförmigen Reaktanden versorgt.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzelleneinheit ist vorzugsweise als eine Hochtemperatur-Brennstoffzelleneinheit (SOFC-Brennstoffzelle) mit einer Betriebstemperatur im Bereich von beispielsweise ungefähr 800°C bis ungefähr 900°C ausgebildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.

In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Explosionsdarstellung der Elemente einer Brennstoffzelleneinheit;

2 eine schematische Explosionsdarstellung der Brennstoffzelleneinheit aus 1, nachdem ein Substrat einer KEA(Kathoden-Elektrolyt-Anoden)-Einheit der Brennstoffzelleneinheit mit einem Gehäuseoberteil der Brennstoffzelleneinheit verlötet worden ist;

3 eine schematische Explosionsdarstellung der Brennstoffzelleneinheit aus 2, nachdem das Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil der Brennstoffzelleneinheit miteinander verschweißt worden sind;

4 eine schematische perspektivische Darstellung zweier in der Stapelrichtung eines Brennstoffzellenstapels aufeinanderfolgender Brennstoffzelleneinheiten gleichen Aufbaus;

5 eine schematische perspektivische Darstellung der beiden Brennstoffzelleneinheiten aus 4, nachdem sie miteinander verlötet worden sind;

6 eine schematische Draufsicht von oben auf einen Brennstoffzellenstapel;

7 eine ausschnittsweise, im Bereich eines Brenngaskanals teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Brennstoffzellenstapels;

8 einen schematischen vertikalen Schnitt durch den Brennstoffzellenstapel im Bereich eines Brenngaskanals, längs der Linie 8-8 in 6;

9 eine ausschnittsweise, im Bereich eines Oxidationsmittelkanals teilweise geschnittene perspektivische Darstellung des Brennstoffzellenstapels;

10 einen schematischen vertikalen Schnitt durch den Brennstoffzellenstapel im Bereich eines Oxidationsmittelkanals, längs der Linie 10-10 in 6;

11 eine ausschnittsweise schematische Explosionsdarstellung, welche einen Schnitt durch das Gehäuseunterteil einer Brennstoffzelleneinheit, das benachbarte anodenseitige Kontaktelement und das benachbarte kathodenseitige Kontaktelement darstellt;

12 eine schematische Draufsicht auf die mit gezackten Kronen versehene Seite eines als Zackenblech ausgebildeten Kontaktelements;

13 eine ausschnittsweise, in einem Bereich außerhalb der Fluidkanäle teilweise geschnittene perspektivische Darstellung des Brennstoffzellenstapels;

14 einen schematischen vertikalen Schnitt durch den Brennstoffzellenstapel in einem Bereich außerhalb der Fluidkanäle, längs der Linie 14-14 in 6; und

15 eine der 11 entsprechende ausschnittsweise Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit, bei der die Kontaktelemente als beidseitig mit gezackten Kronen versehene Zackenbleche ausgebildet sind.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Ein in den 5 bis 14 dargestellter, als Ganzes mit 100 bezeichneter Brennstoffzellenstapelumfaßt mehrere Brennstoffzelleneinheiten 102 von jeweils gleichem Aufbau, welche längs einer vertikalen Stapelrichtung 104 aufeinandergestapelt sind.

Jede der Brennstoffzelleneinheiten 102 umfaßt die in 1 einzeln dargestellten Bestandteile, nämlich ein Gehäuseoberteil 106, eine Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit (KEA-Einheit) 108 auf einem Substrat 109, ein anodenseitiges Kontaktelement 110, ein Gehäuseunterteil 112, ein kathodenseitiges Kontaktelement 113 und Abstandshalterringe 190.

Ferner ist in 1 eine Dichtungsanordnung 118, beispielsweise eine Glaslotschicht, zum gasdichten und elektrisch isolierenden Verbinden des Gehäuseoberteils 106 mit dem Gehäuseunterteil 112 einer in der Stapelrichtung 104 darüberliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 dargestellt.

Das Gehäuseoberteil 106 ist als eine im wesentlichen rechteckige und im wesentlichen ebene Blechplatte ausgebildet, welche mit einer im wesentlichen rechteckigen mittigen Durchtrittsöffnung 120 versehen ist, durch welche im fertig montierten Zustand der Brennstoffzelleneinheit die KEA-Einheit 108 der Brennstoffzelleneinheit 102 für eine Kontaktierung durch das kathodenseitige Kontaktelement 113 der in der Stapelrichtung 104 darüberliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 zugänglich ist.

Auf der einen Seite der Durchtrittsöffnung 120 ist das Gehäuseoberteil 106 mit mehreren, beispielsweise drei, Brenngaszuführöffnungen 122 versehen, welche im Wechsel mit mehreren, beispielsweise vier, Oxidationsmittelzuführöffnungen 124 angeordnet sind.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Durchtrittsöffnung 120 ist das Gehäuseoberteil 106 mit mehreren, beispielsweise vier, Brenngasabführöffnungen 126 versehen, die im Wechsel mit mehreren, beispielsweise drei, Oxidationsmittelabführöffnungen 128 angeordnet sind.

Das Gehäuseoberteil 106 ist vorzugsweise aus einem hochkorrosionsbeständigen Stahl, beispielsweise aus der Legierung Crofer 22, hergestellt.

Der Werkstoff Crofer 22 hat die folgende Zusammensetzung:

22 Gewichts-Prozent Chrom, 0,6 Gewichts-Prozent Aluminium, 0,3 Gewichts-Prozent Silizium, 0,45 Gewichts-Prozent Mangan, 0,08 Gewichts-Prozent Titan, 0,08 Gewichts-Prozent Lanthan, Rest Eisen.

Dieser Werkstoff wird von der Firma ThyssenKrupp VDM GmbH, Plettenberger Straße 2, 58791 Werdohl, Deutschland, vertrieben.

Die KEA-Einheit 108 umfaßt eine direkt an der Oberseite des Substrats 109 angeordnete Anode, einen über der Anode angeordneten Elektrolyten und eine über dem Elektrolyten angeordnete Kathode, wobei diese einzelnen Schichten der KEA-Einheit 108 in den Zeichnungen nicht getrennt dargestellt sind.

Die Anode ist aus einem bei der Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit (von ungefähr 800 °C bis ungefähr 900 °C) elektrisch leitfähigen keramischen Material, beispielsweise aus ZrO2 oder aus einem Ni/ZrO2-Cermet (Keramik-Metall-Gemisch), gebildet, welches porös ist, um einem durch das Substrat 109 hindurch gelangenden Brenngas den Durchtritt durch die Anode zu dem an die Anode angrenzenden Elektrolyten zu ermöglichen.

Als Brenngas kann beispielsweise ein kohlenwasserstoffhaltiges Gasgemisch oder reiner Wasserstoff verwendet werden.

Der Elektrolyt ist vorzugsweise als Feststoffelektrolyt, insbesondere als Feststoffoxid-Elektrolyt, ausgebildet und besteht beispielsweise aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumdioxid.

Der Elektrolyt ist bei Normal- wie bei Betriebstemperatur elektronisch nichtleitend. Hingegen nimmt seine ionische Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zu.

Die Kathode ist aus einem bei der Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit elektrisch leitfähigen keramischen Material, beispielsweise aus (La0,8Sr0,2)0,98MnO3, gebildet und porös, um einem Oxidationsmittel, beispielsweise Luft oder reinem Sauerstoff, aus einem an die Kathode angrenzenden Oxidationsmittelraum 130 den Durchtritt zu dem Elektrolyten zu ermöglichen.

Der Rand des im wesentlichen quaderförmigen Substrats 109 erstreckt sich über den Rand der KEA-Einheit 108 hinaus.

Der gasdichte Elektrolyt der KEA-Einheit 108 erstreckt sich über den Rand der gasdurchlässigen Anode und über den Rand der gasdurchlässigen Kathode hinaus und liegt mit seiner Unterseite direkt auf der Oberseite des Randbereichs des Substrats 109 auf.

Das Substrat 109 kann beispielsweise als ein aus gesinterten Metallpartikeln bestehender poröser Sinterkörper ausgebildet sein.

Das anodenseitige Kontaktelement 110, das zwischen dem Substrat 109 und dem Gehäuseunterteil 112 angeordnet ist, ist als ein Zackenblech ausgebildet, das heißt als eine im wesentlichen ebene Platte 134 mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 131, die jeweils von einer Berandung 133 in Form einer von einer ebenen Oberseite 135 der Platte 134 zur Seite des Substrats 109 hin vorstehenden gezackten Krone 137 umgeben sind (siehe insbesondere die 11 und 12).

Wie am besten aus 12 zu ersehen ist, sind die Durchbrüche 131 in einem regelmäßigen Muster, beispielsweise in einem Rautengitter, an dem anodenseitigen Kontaktelement 110 angeordnet.

Das als anodenseitiges Kontaktelement 110 verwendete Zackenblech ist auf einem metallischen Blechmaterial, vorzugsweise aus einem hochtemperaturkorrosionsbeständigen ferritischen Werkstoff, wie beispielsweise aus dem Werkstoff 1.4760 (CroFer) oder aus dem Werkstoff 1.4772, oder aus einem gut verformbaren austenitischen Edelstahl, wie beispielsweise dem Werkstoff 1.4016, gebildet (alle vorstehend genannten Werkstoffbezeichnungen sind gemäß der Norm EN 10 088-2).

Der austenitische Edelstahl mit der Werkstoffbezeichnung 1.4016 hat die folgende chemische Zusammensetzung 16,0 Gewichts-% bis 18,0 Gewichts-% Cr; maximal 0,08 Gewichts-% C; Rest Eisen.

Die Durchbrüche 131 mit den gezackten Kronen 137 werden an einem Blech aus einem der vorstehend genannten Materialien dadurch hergestellt, dass das Blech von einer Seite her mit einem Nadelwerkzeug, das eine Vielzahl von pyramidenförmig angeschliffenen Nadeln in der gewünschten Anordnung der zu erzeugenden Durchbrüche 131 umfasst, durchstoßen wird.

Aufgrund der Pyramidenform der zum Durchstoßen verwendeten Nadeln entstehen dabei Kronen mit jeweils vier Zacken 139.

Grundsätzlich können aber auch Nadeln mit einer anderen Zahl von Seitenflächen verwendet werden, was dann zu gezackten Kronen 137 mit einer entsprechend anderen Zahl von Zacken 139 führt.

Das Werkzeug zum Durchstoßen des Bleches kann als eine im wesentlichen ebene Nadelplatte ausgebildet sein.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Ausgangsmaterial über eine Walze gezogen wird, welche mit den beispielsweise pyramidenförmig angeschliffenen Nadeln zum Durchstoßen des Ausgangsmaterials versehen ist.

Die Flächendichte der Durchbrüche 131 an dem so erzeugten Zackenblech beträgt vorzugsweise von ungefähr einem Durchbruch pro cm2 bis ungefähr 50 Durchbrüchen pro cm2.

Der Mittelpunktsabstand einander benachbarter Durchbrüche 131 beträgt vorzugsweise von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm.

Die Dicke des für das Zackenblech verwendeten Ausgangsmaterials beträgt vorzugsweise ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,5 mm.

Die Ausformhöhe der gezackten Kronen 137, d.h. deren Überstand über die Oberseite 135 der Platte 134, beträgt vorzugsweise ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 2 mm.

Die Höhe dieses Überstandes wird durch ein Kalibrierverfahren exakt eingestellt, bei welchem das Zackenblech zwischen zwei Platten und dazwischen angeordneten Distanzhaltern, deren Höhe der Summe der Materialstärke des Ausgangsmaterials und des gewünschten Überstandes entspricht, zusammengedrückt wird.

Das so hergestellte Zackenblech wird als anodenseitiges Kontaktelement 110 zwischen der Oberseite des Gehäuseunterteils 112 und der Unterseite des Substrats 109 angeordnet, so dass die gezackten Kronen 137 des Zackenblechs in innigem Kontakt mit dem Substrat 109 stehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Zacken 139 des Zackenblechs in das Substrat 109 eingraben.

Das anodenseitige Kontaktelement 110 kann lose zwischen das Gehäuseunterteil 112 und das Substrat 109 eingelegt werden.

Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass das anodenseitige Kontaktelement 110 mit dem Gehäuseunterteil 112 verschweißt wird, beispielsweise mittels Laser- oder Kondensatorentladungsschweißen.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann ferner vorgesehen sein, dass das anodenseitige Kontaktelement 110 mit dem Gehäuseunterteil 112 verlötet wird, beispielsweise mittels eines metallischen Lotes, insbesondere eines Silberbasislots oder eines Kupferbasislots.

Das anodenseitige Kontaktelement 110 stellt eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem elektrisch leitenden Substrat 109 und somit der auf dem Substrat 109 angeordneten Anode einerseits und dem elektrisch leitenden Gehäuseunterteil 112 der Brennstoffzelleneinheit 102 andererseits her und ermöglicht so einen Stromabgriff auf der Anodenseite der KEA-Einheit 108.

Das Gehäuseunterteil 112 ist als ein Blechformteil ausgebildet und umfaßt eine im wesentlichen rechteckige, senkrecht zu der Stapelrichtung 104 ausgerichtete Platte 132, welche an ihren Rändern in einen im wesentlichen parallel zu der Stapelrichtung 104 ausgerichteten Randflansch 136 übergeht.

Die Platte 132 weist ein im wesentlichen rechteckiges, mittiges Kontaktfeld 138 auf, welches einerseits mit dem anodenseitigen Kontaktelement 110 und andererseits mit dem kathodenseitigen Kontaktelement 113 in elektrisch leitendem Kontakt steht.

Auf der einen Seite des Kontaktfeldes 138 ist die Platte 132 mit mehreren, beispielsweise drei, Brenngaszuführöffnungen 140 versehen, welche im Wechsel mit mehreren, beispielsweise vier, Oxidationsmittelzuführöffnungen 142 angeordnet sind.

Die Brenngaszuführöffnungen 140 und die Oxidationsmittelzuführöffnungen 142 des Gehäuseunterteils 112 fluchten mit den Brenngaszuführöffnungen 122 bzw. den Oxidationsmittelzuführöffnungen 124 des Gehäuseoberteils 106, Auf der anderen Seite des Kontaktfeldes 138 ist die Platte 132 mit mehreren, beispielsweise vier, Brenngasabführöffnungen 144 versehen, welche im Wechsel mit mehreren, beispielsweise drei, Oxidationsmittelabführöffnungen 146 angeordnet sind.

Die Brenngasabführöffnungen 144 und die Oxidationsmittelabführöffnungen 146 des Gehäuseunterteils 112 fluchten mit den Brenngasabführöffnungen 126 bzw. mit den Oxidationsmittelabführöffnungen 128 des Gehäuseoberteils 106.

Die Oxidationsmittelabführöffnungen 146 liegen vorzugsweise den Brenngaszuführöffnungen 140 gegenüber, und die Brenngasabführöffnungen 144 liegen vorzugsweise den Oxidationsmittelzuführöffnungen 142 gegenüber.

Wie am besten aus den 11 bis 13 zu ersehen ist, sind die Oxidationsmittelabführöffnungen 146 (ebenso wie die Oxidationsmittelzuführöffnungen 142) des Gehäuseunterteils 112 von jeweils einem die betreffende Öffnung ringförmig umgebenden, im wesentlichen parallel zur Stapelrichtung 104 ausgerichteten Ringflansch 148 umgeben.

Das Gehäuseunterteil 112 ist vorzugsweise aus einem hochkorrosionsbeständigen Stahl, beispielsweise aus der vorstehend bereits genannten Legierung Crofer 22, hergestellt.

Das zwischen der Unterseite des Gehäuseunterteils 112 und der Oberseite der Kathode einer in der Stapelrichtung 104 darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 angeordnete kathodenseitige Kontaktelement 113 ist ebenso wie das anodenseitige Kontaktelement 110 als ein Zackenblech ausgebildet.

Die Ausgestaltung und Herstellungsweise des als kathodenseitiges Kontaktelement 113 dienenden Zackenblechs stimmen mit der Ausgestaltung bzw. Herstellungsweise des als anodenseitiges Kontaktelement 110 verwendeten Zackenblechs überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Das kathodenseitige Kontaktelement 113 wird so zwischen dem Gehäuseunterteil 112 einer Brennstoffzelleneinheit 102 und der KEA-Einheit 108 einer in der Stapelrichtung 104 darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit angeordnet, dass das kathodenseitige Kontaktelement 113 mit seiner ebenen Oberseite flächig an der Unterseite des Gehäuseunterteils 112 anliegt und mit seinen gezackten Kronen 137 in innigem Kontakt mit der Kathode der darunterliegenden KEA-Einheit 108 steht. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Zacken 139 des kathodenseitigen Kontaktelements 113 in die Kathode der darunterliegenden KEA-Einheit 108 eingraben.

Das kathodenseitige Kontaktelement 113 kann lose zwischen das Gehäuseunterteil 112 und die KEA-Einheit 108 der darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 eingelegt werden.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das kathodenseitige Kontaktelement 113 mit dem Gehäuseunterteil 112 verschweißt wird, beispielsweise mittels Laser- oder Kondensatorentladungsschweißen.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das kathodenseitige Kontaktelement 113 mit dem Gehäuseunterteil 112 verlötet wird. Vorzugsweise wird hierfür ein metallisches Lot, beispielsweise ein Silberbasislot oder ein Kupferbasislot, verwendet.

Das als Zackenblech ausgebildete kathodenseitige Kontaktelement 113 stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrisch leitenden Gehäuseunterteil 112 einerseits und der Kathode der KEA-Einheit 108 der in der Stapelrichtung 104 darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 andererseits her, so dass ein Stromabgriff auf der Kathodenseite der darunterliegenden KEA-Einheit 108 ermöglicht wird.

In den schematischen Darstellungen der 1 bis 3 sind sowohl das anodenseitige Kontaktelement 110 als auch das kathodenseitige Kontaktelement 113 aus Gründen der Übersichtlichkeit ohne die jeweiligen gezackten Kronen 137 dargestellt.

Die Dichtungsanordnung 118 umfasst eine auf die Oberseite des Gehäuseoberteils 106, im Randbereich und um die Brenngaszuführöffnungen 122 und um die Brenngasabführöffnungen 126 herum, aufgetragene Schicht aus einem bei der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle elektrisch isolierenden und gasdichten Glaslotmaterial.

Ein geeignetes Glaslot ist beispielsweise in der EP 0 907 215 A1 offenbart und enthält 11 bis 13 Gewichts-% Aluminiumoxid (Al2O3), 10 bis 14 Gewichts-% Boroxid (BO2), etwa 5 Gewichts-% Kalziumoxid (CaO), 23 bis 26 Gewichts-% Bariumoxid (BaO) und etwa 50 Gewichts-% Siliciumoxid (SiO2).

Zur mechanischen Stabilisierung der Brennstoffzelleneinheit 102 sind ferner Abstandshalterringe 190 vorgesehen, welche im Bereich der Brenngaszuführöffnungen 122 bzw. 140 und im Bereich der Brenngasabführöffnungen 126 bzw. 144 zwischen dem Gehäuseoberteil 106 und dem Gehäuseunterteil 112 der Brennstoffzelleneinheit 102 angeordnet sind, um das Gehäuseoberteil 106 und das Gehäuseunterteil 112 in diesem Bereich auf Abstand voneinander zu halten.

Jeder der Abstandshalterringe 190 besteht aus mehreren übereinandergelegten Metalllagen 192, wobei durch Ausnehmungen in den Metalllagen 192 Brenngasdurchtrittskanäle 194 ausgebildet sind, welche den Durchtritt von Brenngas durch die Abstandshalterringe 190 hindurch ermöglichen.

Zur Herstellung der in 4 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten 102 aus den vorstehend beschriebenen Einzelelementen wird wie folgt vorgegangen:

Zunächst wird das Substrat 109, auf dem die KEA-Einheit 108 angeordnet ist, längs des Randes seiner Oberseite mit dem Gehäuseoberteil 106 verlötet, und zwar an der Unterseite des die Durchtrittsöffnung 120 in dem Gehäuseoberteil 106 umgebenden Bereiches des Gehäuseoberteils 106.

Das hierfür benötigte Lötmaterial kann als entsprechend zugeschnittene Lötfolie zwischen das Substrat 109 und das Gehäuseoberteil 106 eingelegt werden oder aber mittels eines Dispensers in Form einer Lötmaterialraupe auf die Oberseite des Substrats 109 und/oder auf die Unterseite des Gehäuseoberteils 106 aufgetragen werden. Ferner ist es auch möglich, das Lötmaterial mittels eines Musterdruckverfahrens, beispielsweise eines Siebdruckverfahrens, auf die Oberseite des Substrats 109 und/oder auf die Unterseite des Gehäuseoberteils 106 aufzubringen.

Als Lötmaterial kann ein Silberbasislot mit Kupferzusatz verwendet werden, beispielsweise ein Silberbasislot mit der Zusammensetzung (in mol %): Ag4Cu oder Ag8Cu.

Die Lötung erfolgt in einer Luftatmosphäre. Die Löttemperatur beträgt beispielsweise 1050 °C, die Lötdauer beispielsweise ungefähr 5 Minuten. Bei der Lötung in Luft bildet sich in situ Kupferoxid.

Alternativ hierzu kann als Lötmaterial auch ein Silberbasislot ohne Kupferzusatz verwendet werden. Ein solches kupferfreies Lot bietet den Vorteil einer höheren Solidustemperatur (diese beträgt ohne Kupferzusatz ungefähr 960 °C, mit Kupferzusatz ungefähr 780 °C). Da reines Silber Keramikoberflächen nicht benetzt, wird den Silberbasisloten ohne Kupferzusatz Kupfer(II)oxid zur Verkleinerung des Randwinkels zugesetzt. Die Lötung mit Silberbasisloten ohne Kupferzusatz erfolgt in einer Luftatmosphäre oder in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise unter Argon.

Die Löttemperatur beträgt auch in diesem Fall vorzugsweise ungefähr 1050 °C, die Lötdauer beispielsweise ungefähr 5 Minuten.

Alternativ zum Einlöten des Substrats 109 mit der darauf angeordneten KEA-Einheit 108 in das Gehäuseoberteil 106 kann auch vorgesehen sein, daß ein Substrat 109, auf dem die KEA-Einheit 108 noch nicht erzeugt worden ist, mit dem Gehäuseoberteil 106 verschweißt wird und nach der Verschweißung die elektrochemisch aktiven Schichten der KEA-Einheit 108, d. h. deren Anode, Elektrolyt und Kathode, nacheinander im Vakuumplasmaspritzverfahren auf dem mit dem Gehäuseoberteil 106 bereits verschweißten Substrat 109 erzeugt werden.

Nach der Verbindung des Substrats 109 mit dem Gehäuseoberteil 106 ist der in 2 dargestellte Zustand erreicht.

Anschließend werden das anodenseitige Kontaktelement 110 und die Abstandshalterringe 190 zwischen das Gehäuseunterteil 112 und das Gehäuseoberteil 106 eingelegt und ggf. mit dem Gehäuseunterteil 112 und/oder mit dem Gehäuseoberteil 106 verlötet und/oder verschweißt, und dann werden das Gehäuseunterteil 112 und das Gehäuseoberteil 106 längs einer Schweißnaht, die am äußeren Rand des Randflansches 136 des Gehäuseunterteils 112 und am äußeren Rand des Gehäuseoberteils 106 umläuft, und längs Schweißnähten, die an den inneren Rändern der Ringflansche 148 des Gehäuseunterteils 112 und der Ränder der Oxidationsmittelzuführöffnungen 124 bzw. der Oxidationsmittelabführöffnungen 128 des Gehäuseoberteils 106 umlaufen, gasdicht miteinander verschweißt.

Nach diesem Verfahrensschritt ist der in 3 dargestellte Zustand erreicht.

Nunmehr wird das kathodenseitige Kontaktelement 113, beispielsweise durch Verschweißung und/oder Verlötung, mit der Unterseite des Gehäuseunterteils 112 verbunden.

Ferner wird auf die Oberseite des Gehäuseoberteils 106 die Dichtungsanordnung 118 aus Glaslotmaterial aufgebracht.

Nach diesem Verfahrensschritt ist der in 4 dargestellte Zustand erreicht, in welchem fertig montierte Brennstoffzelleneinheiten 102 vorliegen, welche nun noch miteinander verbunden werden müssen, um aus einer Mehrzahl von in der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgenden Brennstoffzelleneinheiten 102 einen Brennstoffzellenstapel 100 zu bilden.

Die Verbindung zweier in der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgender Brennstoffzelleneinheiten 102 erfolgt durch Verlötung jeweils eines Gehäuseoberteils 106 mit dem Gehäuseunterteil 112 der in der Stapelrichtung 104 Barüberliegenden Brennstoffzelleneinheit, mittels des Glaslotmaterials der an dem Gehäuseoberteil 106 angebrachten Dichtungsanordnung 118.

Nachdem auf diese Weise zwei Brennstoffzelleneinheiten 102 miteinander verbunden worden sind, kann der Brennstoffzellenstapel 100 durch sukzessives Anfügen weiterer Brennstoffzelleneinheiten 102 an das Gehäuseunterteil 112 der unteren Brennstoffzelleneinheit 102b oder an das Gehäuseoberteil 106 der oberen Brennstoffzelleneinheit 102a in der Stapelrichtung 104 bis zu der gewünschten Anzahl von Brennstoffzelleneinheiten 102 nach und nach aufgebaut werden.

In dem fertiggestellten Brennstoffzellenstapel 100 bilden die jeweils miteinander fluchtenden Brenngaszuführöffnungen 122 und 140 der Gehäuseoberteile 106 und der Gehäuseunterteile 112 jeweils einen Brenngaszuführkanal 172, welcher sich in jeder Brennstoffzelleneinheit 102 zwischen der Oberseite des Gehäuseunterteils 112 und der Unterseite des Gehäuseoberteils 106 durch den jeweils zugeordneten Abstandshalterring 190 zu einem Brenngasraum 174 hin öffnet, der zwischen der Oberseite des Gehäuseunterteils 112 einerseits und der Unterseite des Substrats 109 der KEA-Einheit 108 andererseits ausgebildet ist.

Die jeweils miteinander fluchtenden Brenngasabführöffnungen 126 und 144 der Gehäuseoberteile 106 und der Gehäuseunterteile 112 bilden jeweils einen Brenngasabführkanal 176, welcher auf der den Brenngaszuführkanälen 172 gegenüberliegenden Seite jeder Brennstoffzelleneinheit 102 im Bereich zwischen der Oberseite des Gehäuseunterteils 112 und der Unterseite des Gehäuseoberteils 106 durch den jeweils zugeordneten Abstandshalterring 190 zu dem Brenngasraum 174 hin geöffnet ist.

Die jeweils miteinander fluchtenden Oxidationsmittelzuführöffnungen 124 und 142 der Gehäuseoberteile 106 und der Gehäuseunterteile 112 bilden zusammen jeweils einen Oxidationsmittelzuführkanal 178, der im Bereich jeder Brennstoffzelleneinheit 102 zwischen der Oberseite des Gehäuseoberteils 106 und der Unterseite des Gehäuseunterteils 112 der in der Stapelrichtung 104 darüberliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 zu dem Oxidationsmittelraum 130 der Brennstoffzelleneinheit 102 hin geöffnet ist.

Ebenso bilden die jeweils miteinander fluchtenden Oxidationsmittelabführöffnungen 128 und 146 der Gehäuseoberteile 106 bzw. der Gehäuseunterteile 112 jeweils einen Oxidationsmittelabführkanal 180, welcher auf der den Oxidationsmittelzuführkanälen 178 entgegengesetzten Seite der Brennstoffzelleneinheiten 102 angeordnet ist und sich ebenfalls im Bereich jeder Brennstoffzelleneinheit 102 zwischen der Oberseite des Gehäuseoberteils 106 und der Unterseite des Gehäuseunterteils 112 der in der Stapelrichtung 104 darüberliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 zu dem Oxidationsmittelraum 130 der Brennstoffzelleneinheit 102 hin öffnet.

Im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 100 wird ein Brenngas dem Brenngasraum 174 jeder Brennstoffzelleneinheit 102 über die Brenngaszuführkanäle 172 zugeführt und durch Oxidation an der Anode der KEA-Einheit 108 entstandenes Abgas sowie nicht verbrauchtes Brenngas durch die Brenngasabführkanäle 176 aus dem Brenngasraum 174 abgeführt.

Ebenso wird ein Oxidationsmittel, beispielsweise Luft, durch die Oxidationsmittelzuführkanäle 178 dem Oxidationsmittelraum 130 jeder Brennstoffzelleneinheit 102 zugeführt und nicht verbrauchtes Oxidationsmittel durch die Oxidationsmittelabführkanäle 180 aus dem Oxidationsmittelraum 130 abgeführt.

Im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 100 weisen die KEA-Einheiten 108 eine Temperatur von beispielsweise 850 °C auf, bei welcher der Elektrolyt jeder KEA-Einheit 108 für Sauerstoffionen leitfähig ist. Das Oxidationsmittel aus dem Oxidationsmittelraum 130 nimmt an der Kathode Elektronen auf und gibt zweifach negativ geladene Sauerstoffionen an den Elektrolyten ab, welche durch den Elektrolyten zur Anode wandern. An der Anode wird das Brenngas aus dem Brenngasraum 174 durch die Sauerstoffionen aus dem Elektrolyten oxidiert und gibt dabei Elektronen an die Anode ab.

Die bei der Reaktion an der Anode frei werdenden Elektronen werden von der Anode über das Substrat 109, das anodenseitige Kontaktelement 110, das Gehäuseunterteil 112 und das kathodenseitige Kontaktelement 113 der an der Unterseite des kathodenseitigen Kontaktelements 113 anliegenden Kathode einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit 102 zugeführt und ermöglichen so die Kathodenreaktion.

Das Gehäuseunterteil 112 und Gehäuseoberteil 106 jeder Brennstoffzelleneinheit 102 sind durch die vorstehend beschriebenen Schweißnähte elektrisch leitend miteinander verbunden.

Die durch jeweils ein Gehäuseoberteil 106 und ein Gehäuseunterteil 112 gebildeten Gehäuse 182 von in der Stapelrichtung 104 aufeinanderfolgenden Brennstoffzelleneinheiten 102 sind jedoch durch die Dichtungsanordnungen 118 zwischen der Oberseite der Gehäuseoberteile 106 und der Unterseite der Gehäuseunterteile 112 elektrisch voneinander isoliert.

Dabei ist durch die Dichtungsanordnungen 118 zugleich eine gasdichte Verbindung zwischen diesen Bauelementen gewährleistet, so daß die Oxidationsmittelräume 130 und die Brenngasräume 174 der Brennstoffzelleneinheiten 102 voneinander und von der Umgebung des Brennstoffzelienstapels 100 gasdicht getrennt sind.

Eine in 15 dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit 102 unterscheidet sich von der in den 1 bis 14 dargestellten ersten Ausführungsform lediglich dadurch, dass die Berandungen 133 der Durchbrüche 131 im anodenseitigen Kontaktelement 110 und im kathodenseitigen Kontaktelement 113 nicht alle zu derselben Seite des jeweiligen Kontaktelements 110 bzw. 113 hin vorstehen, sondern zu einander entgegengesetzten Seiten des jeweiligen Kontaktelements 110 bzw. 113, so dass die Platten 134 der Kontaktelemente 110 bzw. 113 beidseitig mit gezackten Kronen 137 versehen sind.

Dabei bilden die Durchbrüche 131a, deren Berandungen 133a jeweils zur KEA-Einheit 108 hin vorstehen, ein erstes Gitter von Durchbrüchen 131a, und die Durchbrüche 131b, deren Berandungen 131b jeweils zu dem Gehäuseunterteil 112 hin vorstehen, bilden ein zweites Gitter von Durchbrüchen 131b, wobei die Durchbrüche 131b des zweiten Gitter jeweils im wesentlichen mittig zwischen den jeweils benachbarten Durchbrüchen 131a des ersten Gitters angeordnet sind.

Die beidseitig gezackten Zackenbleche der Kontaktelemente 110, 113 dieser zweiten Ausführungsform werden dadurch hergestellt, dass in Ausgangsmaterial mit einem Nadelwerkzeug, das angeschliffene Nadeln umfasst, nacheinander von zwei verschiedenen Seiten des Ausgangsmaterials aus durchstochen wird.

Das anodenseitige Kontaktelement 110 wird zwischen das Substrat 109 und das Gehäuseunterteil 112 eingelegt, und das kathodenseitege Kontaktelement 113 wird zwischen das Gehäuseunterteil 112 und die KEA-Einheit 108 der in der Stapelrichtung 104 darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit 102 eingelegt.

Auf diese Weise ermöglicht das anodenseitige Kontaktelement 110 einen Stromabgriff auf der Anodenseite der KEA-Einheit 108, und das kathodenseitige Kontaktelement 113 ermöglicht einen Stromabgriff auf der Kathodenseite der KEA-Einheit 108 der in der Stapelrichtung 104 darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit 102.

Im übrigen stimmt die in 15 dargestellte zweite Ausführungsform einer Brennstoffzelleneinheit hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 14 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.


Anspruch[de]
  1. Brennstoffzelleneinheit, umfassend eine Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit (108) und mindestens ein Kontaktelement (110, 113) zum elektrisch leitenden Kontaktieren der Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit (108), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktelement (110, 113) eine mit einer Vielzahl von Durchbrüchen (131) versehene Platte (134) umfasst.
  2. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Durchbrüche (131) eine von einer Hauptfläche (135) des Kontaktelements (110, 113) aus zu einer Seite des Kontaktelements (110, 113) hin vorstehende Berandung (133) aufweisen.
  3. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungen (133) jeweils die Form einer gezackten Krone (137) aufweisen.
  4. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gezackten Kronen (137) jeweils drei bis sechs Zacken, vorzugsweise jeweils vier Zacken, aufweisen.
  5. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungen (133) alle zu derselben Seite des Kontaktelements (110, 113) hin vorstehen.
  6. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungen (133) zu zwei einander entgegengesetzten Seiten des Kontaktelements (110, 113) hin vorstehen.
  7. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (131a) mit Berandungen (133a), die zu einer ersten Seite des Kontaktelements (110, 113) hin überstehen, in einem ersten Gitter angeordnet sind und dass die Durchbrüche (131b) mit Berandungen (133b), die zu der der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite des Kontaktelements (110, 113) hin vorstehen, in einem zweiten Gitter angeordnet sind.
  8. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (131b) des zweiten Gitters in Zwischenräumen zwischen den Durchbrüchen (131a) des ersten Gitters angeordnet sind.
  9. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (131b) des zweiten Gitters im wesentlichen mittig zwischen den jeweils benachbarten Durchbrüchen (131a) des ersten Gitters angeordnet sind.
  10. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Überstandes der Berandungen (133) über die Platte (134) von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 2 mm beträgt.
  11. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Überstandes der Berandungen (133) über die Platte (134) von ungefähr der einfachen Dicke der Platte (134) bis ungefähr zum Fünffachen der Dicke der Platte (134) beträgt.
  12. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Überstandes der Berandungen (133) über die Platte (134) auf eine im wesentlichen einheitliche Höhe kalibriert ist.
  13. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (110, 113) als ein Backenblech ausgebildet ist.
  14. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächendichte der Durchbrüche (131) an dem Kontaktelement (110, 113) von ungefähr einem Durchbruch pro cm2 bis zu ungefähr 50 Durchbrüchen pro cm2 beträgt.
  15. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Mittelpunktsabstand einander benachbarter Durchbrüche (131) ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 mm beträgt.
  16. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (131) in einem Gittermuster angeordnet sind.
  17. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (131) in einem Quadratgitter oder in einem Rautengitter angeordnet sind.
  18. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (134) eine Materialstärke von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,5 mm aufweist.
  19. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (134) aus einem metallischen Material gebildet ist.
  20. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (134) aus einem Stahlmaterial gebildet ist.
  21. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (134) aus einem hochtemperaturkorrosisionsbeständigen Stahlmaterial gebildet ist.
  22. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (110, 113) lose zwischen die Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit (108) und ein Gehäuseteil (106, 112) eines Gehäuses (182) der Brennstoffzelleneinheit (102) eingelegt ist.
  23. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (110, 113) an einem Gehäuseteil (106, 112) eines Gehäuses (182) der Brennstoffzelleneinheit (102) festgelegt ist.
  24. Brennstoffzelleneinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (110, 113) mit einem Gehäuseteil (106, 113) eines Gehäuses (182) der Brennstoffzelleneinheit (102) verlötet und/oder verschweißt ist.
  25. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktelement (110) auf der Anodenseite der Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit (108) angeordnet ist.
  26. Brennstoffzelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktelement (113) auf der Kathodenseite der Kathoden-Elektrolyt-Anoden-Einheit (108) angeordnet ist.
  27. Brennstoffzellenstapel, umfassend mehrere längs einer Stapelrichtung (104) aufeinanderfolgende Brennstoffzelleneinheiten (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 26.
Es folgen 15 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com