DE10163013A1 - Anode used in solid electrolyte fuel cell has a base material made from a cermet with palladium or palladium alloys as the catalytic component - Google Patents

Abstract

Anode has a base material made from a cermet with palladium or palladium alloys as the catalytic component. An Independent claim is also included for a solid electrolyte fuel cell, comprising an oxidic electrolyte, a cathode and an anode made from the above base material. Preferred Features: The alloying element of the palladium alloy is silver in an amount of not more than 70%, or gold and/or platinum, preferably titanium and zirconium.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anode für eine SOFC- Brennstoffzelle mit bei hohen Temperaturen hinreichender elektronischer und ionischer Leitfähigkeit und mit einer für eine interne Reformierung von Brenngasen ausreichenden katalytischen Aktivität, wobei Basiswerkstoff ein Cermet ist. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige festelektrolytische Brennstoffzelle mit einem oxidischen Elektrolyten, einer Kathode und einer Anode. The invention relates to an anode for a SOFC Fuel cell with sufficient at high temperatures electronic and ionic conductivity and with one for internal reforming of fuel gases is sufficient catalytic activity, the base material being a cermet. In addition, the invention also relates to the associated one solid electrolytic fuel cell with an oxidic Electrolytes, a cathode and an anode.

Die festelektrolytische Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC ≈⁣ = Solid Oxide Fuel Cell) besitzt das höchste Wirkungsgradpotential für die direkte Verstromung von Kohlenwasserstoffen und zwar insbesondere auch für Erdgas in dezentralen Stromerzeugungsanlagen. Die SOFC-Technik lässt einen ca. 10% höheren elektrischen Wirkungsgrad als vergleichbare Niedertemperatur-Brennstoffzellen erwarten, da die Zellen Abwärme hoher Temperatur liefern, die erforderlich ist, um den Brennstoff "Erdgas" möglichst verlustfrei in Strom zu wandeln. The solid electrolytic high temperature fuel cell (SOFC ≈⁣ = Solid Oxide Fuel Cell) has the highest Efficiency potential for direct electricity generation from hydrocarbons especially for natural gas in decentralized Power generation facilities. The SOFC technology leaves you approx. 10% higher electrical efficiency than comparable Low temperature fuel cells are expected because the cells waste more heat Deliver temperature that is required to run the fuel Converting "natural gas" into electricity with as little loss as possible.

Der Vorteil des Einsatzes von Erdgas in SOFC's ist, dass die chemische Energie dieses Gases direkt in elektrischen Strom und leicht nutzbarer Abwärme umgewandelt werden kann, d. h. ohne Umweg über die Wasserstoffgewinnung in einem externen, zusätzlich Energie verbrauchenden Reformer. Rechnerisch werden elektrische Systemwirkungsgrade von 45% - bezogen auf den unteren Heizwert des Erdgases - und Gesamtenergie- Nutzungsgrade von über 80% ermittelt. Daher zielt die SOFC- Technologie insbesondere auf den Einsatz von Erdgas als Brenngas. The advantage of using natural gas in SOFC's is that chemical energy of this gas directly into electrical current and easily usable waste heat can be converted, d. H. without going through the hydrogen production in an external, additionally energy-consuming reformer. arithmetical electrical system efficiencies of 45% - based on the lower calorific value of natural gas - and total energy - Degrees of utilization of over 80% determined. Therefore, the SOFC Technology particularly on the use of natural gas as Fuel gas.

In der SOFC wird das Brenngas anodenseitig zugeführt, wobei materialmäßig eine Reihe von Randbedingungen erfüllt sein müssen. Stand der Technik für Anodenmaterialien für SOFC's sind derzeit Keramik-Metall-Verbundstrukturen, sog. Cermets, die sog. YSZ (Y₂O₃-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ)) und metallisches Nickel als Katalysator und als Stromkontakt enthalten. In the SOFC, the fuel gas is supplied on the anode side, whereby a number of boundary conditions have to be met. State of the art for anode materials for SOFC's currently include ceramic-metal composite structures, so-called cermets, the so-called YSZ (Y ₂ O ₃ -stabilized zirconium dioxide (YSZ)) and metallic nickel as a catalyst and as a current contact.

SOFC-Generatoren basierend auf dem vom Stand der Technik hinreichend bekannten Röhrenkonzept nutzen gegenwärtig das Brenngas zu ca. 85% und die als Oxidationsmittel dienende Luft zu ca. 17%. Das die Zellen verlassende abgereicherte Brenngas und die Abluft werden anschließend in einer in den Generator integrierten Kammer zusammengeführt und verbrannt. Dies hat zur Folge, dass einerseits die im Brenngas noch enthaltene prinzipiell direkt in der SOFC elektrisch nutzbare Energie in Wärme verwandelt wird und andererseits das bei der Nachverbrennung entstehende Gasgemisch neben Wasserdampf und Kohlendioxid auch noch große Mengen Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft enthält. SOFC generators based on that of the prior art well-known tube concept currently use this Approx. 85% fuel gas and the one used as an oxidizing agent Air to about 17%. The depleted one leaving the cells Fuel gas and the exhaust air are then in one in the Generator integrated chamber merged and burned. This has the consequence that, on the one hand, those in the fuel gas still principally contained directly usable in the SOFC Energy is converted into heat and on the other hand that at Afterburning resulting gas mixture in addition to water vapor and Carbon dioxide also contains large amounts of oxygen and nitrogen contains from the air.

Für manche Anwendungen, speziell für die CO₂-Abtrennung ist es notwendig, die Brenngasausnutzung auf möglichst hohe Werte bis zu theoretisch 100% zu steigern, so dass sich keine schwer verflüssigbaren Gase im Abgas befinden. Dafür muss die Anode oxidationsstabil sein. For some applications, especially for CO ₂ separation, it is necessary to increase the fuel gas utilization to values as high as possible up to theoretically 100%, so that there are no gases that are difficult to liquefy in the exhaust gas. For this, the anode must be stable against oxidation.

Die Tatsache, dass eine hundertprozentige Nutzung des Brenngases in einer SOFC bis heute noch nicht verwirklicht ist, liegt daran, dass die Anoden der Zellen als elektronisch leitende und katalytisch wirksame Komponente metallisches Nickel enthalten (sog. Ni-YSZ-Cermet). Nickel ist stark oxidationsanfällig und wandelt sich durch Fluktuationen im Brenngasnutzungsgehalt bei hohen Brenngasnutzungsgraden in Nickeloxid (NiO) um. Die NiO-Bildung ist mit einer Volumenänderung verbunden, die zu mechanischen Spannungen und schließlich zum Abplatzen der Anodenschichten führen kann. Dies führt zu Zerstörung der Zelle. Weiterhin ist NiO sehr schlecht elektrisch leitend und katalytisch kaum aktiv. The fact that 100 percent use of the Fuel gas has not yet been realized in an SOFC, is because the anodes of the cells are considered electronic conductive and catalytically active component metallic nickel contain (so-called Ni-YSZ cermet). Nickel is strong susceptible to oxidation and changes due to fluctuations in Fuel gas usage content with high fuel gas utilization rates in nickel oxide (NiO) around. The NiO formation is associated with a change in volume connected to mechanical stresses and finally to The anode layers can flake off. this leads to Cell destruction. Furthermore, NiO is very poorly electrical barely active and catalytically active.

Die Oxidationsstabilität von Ni-YSZ-Cermet Anoden ist im technischen Betrieb besonders auf Grund der über den Generator hinweg veränderlichen lokalen Betriebsbedingungen (Strömungsgeschwindigkeit, Stromdichte) unmöglich sicherzustellen, so dass bei einer am Brenngasausgang realisierten Gasnutzung von weit weniger als 98%, z. B. bereits 90%, bereits gewisse Raumgebiete von vollständig genutztem Brenngas durchströmt werden. Dort würde die konventionelle Ni-YSZ-Cermet Anode zerstört werden. The oxidation stability of Ni-YSZ cermet anodes is in the technical operation especially due to the over Generator changing local operating conditions (Flow velocity, current density) impossible to ensure so that when gas is used at the fuel gas outlet of far less than 98%, e.g. B. already 90%, already certain Flows through completely used fuel gas become. There would be the conventional Ni-YSZ cermet anode be destroyed.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektronisch und ionisch leitende Anode zu schaffen, die eine für die interne Reformierung ausreichende katalytische Aktivität aufweist, Oxidationsstabilität bei potentiellem Gasausfall zeigt und eine hohe Brenngasausnutzung ermöglicht. Die Herstellung der Anode soll über keramische Prozess- und Beschichtungstechnik möglich sein. Gleichermaßen soll eine zugehörige festelektrolytische Brennstoffzelle angegeben werden. Based on this, it is an object of the invention to to create electronically and ionically conductive anode which is a for internal reforming sufficient catalytic activity exhibits oxidation stability in the event of potential gas failure shows and enables high fuel gas utilization. The Manufacturing of the anode is said to be via ceramic process and Coating technology may be possible. Similarly, one should associated solid electrolytic fuel cell specified become.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige festelektrolytische Brennstoffzelle ist im Patentanspruch 11 angegeben. Weiterbildungen der Anode bzw. der SOFC-Brennstoffzelle sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The object of the invention is through the features of Claim 1 solved. An associated solid electrolytic Fuel cell is specified in claim 11. Further developments of the anode and the SOFC fuel cell are Subject of the dependent claims.

Bei der Erfindung ist die Anode durch die Verwendung eines für die bestimmungsgemäße Anwendung neuartigen Cermets unter Verwendung von Palladium (Pd) und/oder Palladium-Legierungen als Katalysatoren gekennzeichnet. Die Legierungselemente dienen zur Kosteneinsparung. Als Legierungselement hat sich insbesondere Silber (Ag) bewährt. In the invention, the anode is through the use of a for the intended use of new types of cermets Use of palladium (Pd) and / or palladium alloys labeled as catalysts. The alloy elements serve to save costs. Has as an alloying element especially silver (Ag) proven.

Die erfindungsgemäße Anode besteht aus einem als Cermet bezeichneten Verbundwerkstoff aus einer keramischen (Y₂O₃- stabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ)) und einer metallischen Komponente auf der Basis von Palladium (Pd), d. h. Pd bzw. AgPd, um die geforderte elektronische und ionische Leitfähigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig eine höhere Brenngasausnutzung (< 5% H₂), als sie bei herkömmlichen Ni-YSZ- Cermet-Anoden gegeben ist, möglich zu machen. Die Struktur solcher Anoden muss neben einer ausreichenden Gasdurchlässigkeit auch eine gute elektrische Leitfähigkeit zeigen. The anode according to the invention consists of a composite material called a cermet made of a ceramic (Y ₂ O ₃ - stabilized zirconium dioxide (YSZ)) and a metallic component based on palladium (Pd), ie Pd or AgPd, in order to meet the required electronic and ionic requirements To ensure conductivity and at the same time to enable a higher fuel gas utilization (<5% H ₂ ) than is the case with conventional Ni-YSZ cermet anodes. In addition to sufficient gas permeability, the structure of such anodes must also show good electrical conductivity.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung eines Beispiels in Verbindung mit den Patentansprüchen und der Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt Ergebnisse experimenteller Untersuchungen an verschiedenen SOFC-Brennstoffzellen. Further details and advantages of the invention emerge from the following individual description of an example in Link to the claims and the Description of the figures using the drawing. The only figure shows results experimental investigations on different SOFCs.

Eine festelektrolytische Brennstoffzelle wird in der Fachterminologie als SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) bezeichnet. Sie besteht aus einem oxidischen Elektrolyten, einer Kathode und einer Anode. Beim Stand der Technik besteht der Elektrolyt bekanntermaßen aus stabilisiertem Zirkonoxid (ZrO₂). Zur Stabilisierung des Zirkonoxids wird bisher Yttriumoxid (Y₂O₃) verwendet. A solid electrolytic fuel cell is referred to in technical terminology as SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). It consists of an oxidic electrolyte, a cathode and an anode. As is known in the prior art, the electrolyte consists of stabilized zirconium oxide (ZrO ₂ ). Yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) has hitherto been used to stabilize the zirconium oxide.

Als Kathode wird üblicherweise eine sogenannte LS(Ca)M- Perowskit-Schicht verwendet, während die Anode eine Cermet- Schicht ist. A so-called LS (Ca) M- is usually used as the cathode. Perovskite layer, while the anode uses a cermet Layer is.

Soweit ist die SOFC-Brennstoffzelle vom Stand der Technik bekannt: Elektrolyt, Kathode und Anode können alternativ einen planaren Aufbau oder aber einen tubularen Aufbau realisieren. Zumindest einer der Bestandteile bildet dabei ein tragendes Gerüst. So far, the SOFC fuel cell is state of the art known: Electrolyte, cathode and anode can alternatively be one planar structure or a tubular structure. At least one of the components forms a load-bearing one Framework.

Speziell beim tubularen Aufbau ist das tragende Element eine einseitig geschlossene Röhre, die gleichzeitig als Kathode fungiert. Darauf werden der Interkonnektor, der Elektrolyt und die Anode abgeschieden. In die Röhre wird als Oxidans die Umgebungsluft an die Kathode geleitet, während von außen die Anode mit Brenngas beaufschlagt wird. Durch die elektrochemische Reaktion wird thermodynamisch Bindungsenergie in elekrische Leistung umgesetzt. Especially in the tubular structure, the load-bearing element is one tube closed on one side, which also serves as a cathode acts. Then the interconnector, the electrolyte and deposited the anode. In the tube is the oxidant Ambient air passed to the cathode, while the outside Fuel gas is applied to the anode. Through the electrochemical reaction is thermodynamically binding energy in electrical power implemented.

Das Prinzip des tubularen Aufbaus wird im Einzelnen beispielsweise in VIK-Berichte Nr. 214 November 1999, S. 49 bis 54 beschrieben. In Weiterentwicklung des tubularen Aufbaus hat sich ein monolithischer Block mit integrierten Röhren als Kathode als geeignet erwiesen, wobei auf den Block in einfacher Weise die Anode aufgebracht werden kann. The principle of the tubular structure is detailed for example in VIK reports No. 214 November 1999, pp. 49 to 54 described. In further development of the tubular structure has become a monolithic block with integrated tubes as Cathode proved to be suitable, with the block in the anode can be applied in a simple manner.

Wie bereits erwähnt ist die Anode üblicherweise aus einem Cermet, d. h. einem Material mit keramischen und metallischen Bestandteilen, gebildet. Ein solches Cermet benötigt ein Metall mit katalytischer Wirkung. As already mentioned, the anode is usually made of one Cermet, i.e. H. a material with ceramic and metallic Constituents. Such a cermet needs one Metal with a catalytic effect.

Vorgeschlagen wird eine Anodenstruktur und deren Herstellung aus einer PdM-Legierung (M = metallische Komponente; z. B. Ag, Pt, Au . . .) bzw. aus der reinen Komponente Palladium Pd und Y₂O₃-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ). Eine solche Anode erfüllt die oben genannten Anforderungen, wobei zur Stabilisierung des Zirkonoxids (ZrO₂) beispielsweise Yttriumoxid (Y₂O₃) oder eines anderen Oxids aus der Gruppe der Seltenen Erden verwendet wird. Neben den Oxiden von Selten-Erden- Metallen kommen auch Oxide von Elementen der dritten Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente in Frage. Ein Oxid aus dieser Gruppe ist beispielsweise Scandiumoxid (Sc₂O₃). An anode structure and its production from a PdM alloy (M = metallic component; e.g. Ag, Pt, Au...) Or from the pure component palladium Pd and Y ₂ O ₃ stabilized zirconium dioxide (YSZ) are proposed , Such an anode fulfills the requirements mentioned above, for example yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) or another oxide from the group of rare earths being used to stabilize the zirconium oxide (ZrO ₂ ). In addition to the oxides of rare earth metals, oxides of elements of the third subgroup of the periodic table of the chemical elements can also be used. An oxide from this group is, for example, scandium oxide (Sc ₂ O ₃ ).

Die katalytische Aktivität von Palladium (Pd) und spezieller Pd-Legierungen bei Raumtemperatur ist bereits bekannt. Vorteilhafterweise ist die katalytische Aktivität für die Methanreformierung von Palladium geringer als die Aktivität von Nickel, so dass sich der lokale Wärmeverbrauch durch die Reformierungsreaktion über der Anode und die lokale Wärmefreisetzung durch die Oxidationsreaktion abzüglich der unvermeidlichen Wärmeverluste die Waage halten. Es kommt zu keiner lokalen Abkühlung der Zelle. The catalytic activity of palladium (Pd) and more specifically Pd alloys at room temperature are already known. The catalytic activity is advantageous for the Methane reforming of palladium less than the activity of Nickel, so the local heat consumption by the Reforming reaction over the anode and the local one Heat release by the oxidation reaction minus the balance inevitable heat losses. No one comes local cooling of the cell.

Weiterhin ist eine Oxidationsstabilität im Sinne der Betriebssicherheit bei Gasausfall zu prüfen. Eine höhere Brenngasnutzung, z. B. < 10% H₂-Gehalt im Brenngas, ist wünschenswert, was bei Ni-YSZ-Cermet-Anoden aufgrund des Ni/NiO- Potentials bei 633 mV nicht möglich ist. Furthermore, oxidation stability in the sense of operational safety in the event of gas failure must be checked. A higher use of fuel gas, e.g. B. <10% H ₂ content in the fuel gas is desirable, which is not possible with Ni-YSZ cermet anodes due to the Ni / NiO potential at 633 mV.

Die elektronische Leitfähigkeit in der neuen Anode wird ebenfalls durch das Palladium bzw. eine AgPd-Legierung gewährleistet (Pd = 9,24 × 10⁶ S/m bzw. Ag = 62,89 × 10⁶ S/m; vgl. auch Ni = 14,60 × 10⁶ S/m), sofern in der Anode in ein zusammenhängendes, metallisches und elektronisch leitendes Netzwerk ausgebildet ist. Palladium weist als Edelmetall eine hohe Oxidationsstabilität auf. Mittels TGA(Thermogravimetrische Analyse)-Untersuchungen konnte bestätigt werden, dass oberhalb von 830°C in AgPd-Legierungen (AgPd 70 : 30 und steigender Pd-Anteil) keine stabilen Pd-Oxide sowie z. B. Ag-Oxide existieren. Weiterhin konnte in elektrochemischen Zelltests durch umfangreiche Messreihen mit den neuen Pd-haltigen Anoden gezeigt werden, dass diese bei 850°C und 950°C betreibbar sind und im Strom-/Spannungs-Verhalten den herkömmlichen Ni-YSZ- Anoden entsprechen. The electronic conductivity in the new anode is also ensured by the palladium or an AgPd alloy (Pd = 9.24 × 10 ⁶ S / m or Ag = 62.89 × 10 ⁶ S / m; see also Ni = 14.60 × 10 ⁶ S / m), provided that a coherent, metallic and electronically conductive network is formed in the anode. As a noble metal, palladium has high oxidation stability. By means of TGA (thermogravimetric analysis) investigations it was possible to confirm that above 830 ° C. in AgPd alloys (AgPd 70:30 and increasing Pd content) no stable Pd oxides and e.g. B. Ag oxides exist. In addition, extensive series of measurements with the new Pd-containing anodes showed in electrochemical cell tests that they can be operated at 850 ° C and 950 ° C and that their current / voltage behavior corresponds to the conventional Ni-YSZ anodes.

Die vorstehend im Einzelnen beschriebene festelektrolytische Brennstoffzelle gewährleistet eine hohe Brenngasausnutzung auch bei Einsatz von Erdgas als Brenngas. Die SOFC-Brennstoffzelle und insbesondere die dafür geeignete Anode wird mittels keramischer Prozesstechnik hergestellt, wie es im Wesentlichen vom Stand der Technik bekannt ist. The solid electrolytic described above in detail Fuel cells ensure high fuel gas utilization even when using natural gas as fuel gas. The SOFC fuel cell and in particular the suitable anode manufactured using ceramic process technology, as in Is essentially known from the prior art.

Zur Herstellung der beschriebenen Anode wird folgendermaßen vorgegangen: Als anorganische Ausgangsmaterialien werden Pulver aus Y₂O₃-stabilisiertem Zirkoniumdioxid und ein PdAg-Pulver mit vorgegebenem Pd-Anteil verwendet. Beide Pulver werden z. B. in einem Massenverhältnis 1 : 1 eingesetzt. Die anorganische Pulvermischung wird in einem Volumenverhältnis 1 : 4 mit einer sogenannten Binderpaste, d. h. einem in Lösemittel gelösten Binderpolymer (z. B. Cellulose), vermischt und auf einem Walzenstuhl zu einer homogenen Paste verarbeitet. The procedure for producing the anode described is as follows: Powder made of Y ₂ O ₃ -stabilized zirconium dioxide and a PdAg powder with a predetermined Pd content are used as the inorganic starting materials. Both powders are e.g. B. used in a mass ratio of 1: 1. The inorganic powder mixture is mixed in a volume ratio of 1: 4 with a so-called binder paste, ie a binder polymer dissolved in solvent (e.g. cellulose), and processed on a roller mill to form a homogeneous paste.

Die Paste wird über Siebdruck auf eine Elektrolytsubstrat aus beispielsweise Y₂O₃-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ) aufgebracht. Die Dicke des Elektrolytsubstrates beträgt 200 µm und die Dicke der siebgedruckten Schicht 60 µm. Anschließend wird die Schicht bei 60°C in einem Trocknungsofen für 24 Stunden getrocknet. Ebenfalls durch Siebdruck wird auch die entgegengesetzte Seite des Elektrolytsubstrates eine entsprechende Kathodenschicht aus gängigem LSM-Perowskit aufgebracht und im Trocknungsofen getrocknet. Anschließend werden beide Schichten bei 1200°C und 3 h Haltezeit eingesintert. The paste is applied to an electrolyte substrate made of, for example, Y ₂ O ₃ stabilized zirconium dioxide (YSZ) by screen printing. The thickness of the electrolyte substrate is 200 µm and the thickness of the screen-printed layer is 60 µm. The layer is then dried at 60 ° C. in a drying oven for 24 hours. A corresponding cathode layer made of conventional LSM perovskite is also applied to the opposite side of the electrolyte substrate by screen printing and dried in the drying oven. Then both layers are sintered in at 1200 ° C and a holding time of 3 hours.

In experimentellen Untersuchungen konnten die Vorteile der beschriebenen Anode und einer damit aufgebauten SOFC-Brennstoffzelle für die Praxis belegt werden, wozu auf das Diagramm gemäß der Figur verwiesen wird. Experimental studies have shown the benefits of described anode and a built with it SOFC fuel cells are proven in practice, for which purpose Diagram referred to the figure.

Im Diagramm ist als Abszisse die Stromdichte I in A/cm² und als Ordinate die Spannung U in V aufgetragen. Es ergeben sich die funktionalen Abhängigkeiten U = f(I) für unterschiedliche Brennstoffzellen-Anoden, wobei die Randbedingungen in der Brennstoffzelle mit T = 850°C und 60 Nl/n Gasströmung jeweils gleich sind. Mit 1 sind die Messwerte einer Zelle mit Ni-YSZ- Anode bezeichnet, die als maßgeblicher Stand der Technik angesehen werden. Bezugszeichen 2 gibt die Messergebnisse einer Zelle mit seiner AgPd-Anode wieder, Bezugszeichen 3 die Messergebnisse einer Zelle mit AgPd70:30-YSZ-Anode und Bezugszeichen 4 die Messergebnisse einer Zelle mit AgPd44:56-YSZ- Anode. In the diagram, the current density I in A / cm ² is plotted as the abscissa and the voltage U in V as the ordinate. The functional dependencies U = f (I) result for different fuel cell anodes, the boundary conditions in the fuel cell with T = 850 ° C. and 60 Nl / n gas flow being the same in each case. 1 denotes the measured values of a cell with a Ni-YSZ anode, which are considered to be the relevant prior art. Reference number 2 represents the measurement results of a cell with its AgPd anode, reference number 3 the measurement results of a cell with AgPd70: 30-YSZ anode and reference number 4 the measurement results of a cell with AgPd44: 56-YSZ anode.

Die Messergebnisse bestätigen zunächst, dass AgPd ohne YSZ entsprechend Kurve 2 einerseits und AgPd mit YSZ und Silber als Majoritätsanteil entsprechend Kurve 3 andererseits nicht die geforderten Eigenschaften erfüllen. Dagegen ergibt sich überraschenderweise, dass entsprechend Kurve 4 eine Palladium-Silber-Legierung bzw. reines Palladium in Verbindung mit YSZ ein weitgehend gleiches Spannungsverhalten wie die bekannte Ni-YSZ-Anode entsprechend Kurve 1 hat. Wesentlicher Vorteil des Palladiums gegenüber Nickel ist aber die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Durch einen möglichen Austausch des Yttriumoxids (Y₂O₃) durch Scandiumoxid (Sc₂O₃) im YSZ ist eine Erniedrigung der Polarisationsspannung entsprechend der Charakteristik eines Ni-ScSZ-Cermets zu erwarten. The measurement results initially confirm that AgPd without YSZ according to curve 2 on the one hand and AgPd with YSZ and silver as the majority share according to curve 3 on the other hand do not meet the required properties. In contrast, it surprisingly results that, according to curve 4, a palladium-silver alloy or pure palladium in connection with YSZ has a voltage behavior that is largely the same as the known Ni-YSZ anode according to curve 1. The main advantage of palladium over nickel is its resistance to oxidation at high temperatures. A possible replacement of the yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) by scandium oxide (Sc ₂ O ₃ ) in the YSZ is expected to lower the polarization voltage in accordance with the characteristics of a Ni-ScSZ cermet.

Claims (14)

1. Anode für eine SOFC-Brennstoffzelle mit bei hohen Temperaturen hinreichender elektronischer und ionischer Leitfähigkeit und mit einer für eine interne Reformierung von Brenngasen ausreichenden katalytischen Aktivität, wobei Basiswerkstoff ein Cermet ist, gekennzeichnet durch Palladium (Pd) oder Palladium-Legierungen als katalytischer Bestandteil des Cermets. 1. Anode for a SOFC fuel cell with sufficient electronic and ionic conductivity at high temperatures and with a catalytic activity sufficient for internal reforming of fuel gases, the base material being a cermet, characterized by palladium (Pd) or palladium alloys as the catalytic component of the cermet. 2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungselement der Palladium- Legierung Silber (Ag) ist. 2. Anode according to claim 1, characterized characterized in that the alloying element of the palladium Alloy is silver (Ag). 3. Anode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ag-Gehalt nicht höher als 70% ist. 3. Anode according to claim 2, characterized in that the Ag content is not higher than 70%. 4. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Herstellung eine keramische Prozesstechnik mit Ausgangspulvern angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der Pulver "Stabilisiertes Zirkonoxid" und "AgPd" im Bereich zwischen 10 : 90 und 90 : 10, beispielsweise bei 1 : 1, liegt. 4. Anode according to one of claims 1 to 3, wherein for Manufacture of a ceramic process technology with starting powders is applied by characterized that the volume ratio of the powder "Stabilized zirconia" and "AgPd" in the range between 10:90 and 90:10, for example 1: 1. 5. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungselement der Palladium- Legierung ein Edelmetall wie Gold (Au), Platin (Pt) od. dgl. ist. 5. Anode according to claim 1, characterized characterized in that the alloying element of the palladium Alloy a precious metal such as gold (Au), platinum (Pt) or the like. is. 6. Anode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungselement ein Metall wie Titan (Ti), Zirkonium (Zr) od. dgl. ist, das zusammen mit Palladium (Pd) und/oder den anderen Hauptlegierungselementen ein sogenanntes Aktivlot bildet. 6. Anode according to claim 5, characterized characterized that the alloying element Is metal such as titanium (Ti), zirconium (Zr) or the like, that along with palladium (Pd) and / or the others Main alloy elements forms a so-called active solder. 7. Anode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Cermet aus einem stabilisierten Zirkoniumoxid besteht. 7. Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the cermet consists of a stabilized zirconium oxide. 8. Anode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Zirkoniumoxides ein Metalloxid eines Elementes der dritten Nebengruppe des Periodensystems und/oder ein Metalloxid eines Elementes aus der Gruppe der seltenen Erden verwendet wird. 8. Anode according to claim 7, characterized characterized that to stabilize the Zirconium oxide is a metal oxide of an element of the third sub-group of the periodic table and / or a metal oxide of an element from the rare earth group. 9. Anode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Zirkoniumoxid Scandiumoxid (Sc₂O₃) verwendet wird. 9. Anode according to claim 8, characterized in that scandium oxide (Sc ₂ O ₃ ) is used to stabilize the zirconium oxide. 10. Anode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Zirkoniumoxides Yttriumoxid (Y₂O₃) verwendet wird. 10. Anode according to claim 8, characterized in that yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) is used to stabilize the zirconium oxide. 11. Festelektrolytische Brennstoffzelle (SOFC = Solid Oxide Fuel Cell) mit einem oxidischen Elektrolyten, einer Kathode und einer Anode, wobei der Elektrolyt aus stabilisiertem Zirkoniumoxid besteht, dem auf der einen Seite als Kathode eine LS(Ca)M-Perowskit-Schicht und auf der anderen Seite als Anode eine Cermet-Schicht auf der Basis des Anspruches 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9 aufgebracht ist. 11. Solid electrolytic fuel cell (SOFC = Solid Oxide Fuel Cell) with an oxidic electrolyte, a cathode and an anode, the electrolyte being stabilized Zirconium oxide exists, which on the one hand as a cathode LS (Ca) M perovskite layer and on the other side as an anode a cermet layer on the basis of claim 1 or one of claims 2 to 9 is applied. 12. Brennstoffzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Elektrolyt, Kathode und Anode einen planaren Aufbau realisieren, bei dem mindestens einer der drei wesentlichen Bestandteile ein tragendes Gerüst bilden. 12. Fuel cell according to claim 11, characterized characterized that electrolyte, cathode and Anode realize a planar structure in which at least one of the three essential components is a supporting framework form. 13. Brennstoffzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Elektrolyt, Kathode und Anode einen tubularen Aufbau realisieren. 13. Fuel cell according to claim 11, characterized characterized that electrolyte, cathode and Realize a tubular structure of the anode. 14. Brennstoffzelle nach Anspruch 6 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau mit integrierten Röhren, die einen monolithischen Block bilden, erfolgt. 14. The fuel cell according to claim 6 and claim 8, characterized in that the construction with integrated tubes that form a monolithic block form, takes place.