DE102015222972A1 - Catalyst and process for the preparation - Google Patents

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Abstract

Katalysator (1), umfassend eine metallische Trägerstruktur (2, 2a–2z) sowie ein metallisches Katalysatormaterial (3, 3a, 3b), wobei das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) mit der Trägerstruktur (2, 2a–2z) verschweißt ist. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators (1), wobei die Trägerstruktur (2, 2a–2z) schichtweise durch 3D-Druck aufgebaut wird, und/oder das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) in Form von Partikeln (3c–3f) an der Trägerstruktur (2, 2a–2z) angelagert und anschließend mit der Trägerstruktur (2, 2a–2z) verschweißt wird, und/oder das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) der Trägerstruktur (2, 2a–2z) in Form aufgeschmolzener Tropfen (3g) zugeführt wird. Reformer (10) zur Herstellung eines Wasserstoff (12a) enthaltenden Brenngases (12) für eine Brennstoffzelle (13, 13a–13c) aus einem Kohlenwasserstoff (11a) enthaltenden Brenngas (11) mit einem Katalysator (1) gemäß der Erfindung.Catalyst (1) comprising a metallic support structure (2, 2a-2z) and a metallic catalyst material (3, 3a, 3b), wherein the catalyst material (3, 3a, 3b) with the support structure (2, 2a-2z) is welded , A process for producing a catalyst (1), wherein the support structure (2, 2a-2z) is built up in layers by 3D printing, and / or the catalyst material (3, 3a, 3b) in the form of particles (3c-3f) on the Supported structure (2, 2a-2z) and then welded to the support structure (2, 2a-2z), and / or the catalyst material (3, 3a, 3b) of the support structure (2, 2a-2z) in the form of molten drops ( 3g) is supplied. Reformer (10) for producing a fuel gas (12) containing hydrogen (12a) for a fuel cell (13, 13a-13c) from a fuel gas (11) containing a hydrocarbon (11a) with a catalyst (1) according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Katalysatoren, die insbesondere in Reformern für Hochtemperaturbrennstoffzellen einsetzbar sind.The present invention relates to catalysts which can be used in particular in reformers for high-temperature fuel cells.

Stand der Technik State of the art

Katalysatoren bestehen häufig aus einer Trägerstruktur aus einem preiswerten Grundwerkstoff, auf der ein edles Katalysatormaterial aufgebracht ist. Eine solche Trägerstruktur kann beispielsweise ein dreidimensionales Gitter sein. Derartige Katalysatoren sind beispielsweise aus der US 6 878 351 B1 , der US 8 226 817 B1 , der EP 2 875 859 A1 und der EP 0 699 474 A2 bekannt.Catalysts often consist of a carrier structure made of an inexpensive base material, on which a noble catalyst material is applied. Such a carrier structure may be, for example, a three-dimensional grid. Such catalysts are for example from the US Pat. No. 6,878,351 B1 , of the US Pat. No. 8,226,817 B1 , of the EP 2 875 859 A1 and the EP 0 699 474 A2 known.

Eine feste Verbindung zwischen dem Katalysatormaterial und dem Grundwerkstoff lässt sich gemäß der EP 1 663 481 B1 beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD) oder physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapout deposition, PVD) herstellen. Alternativ offenbart die DE 199 50 521 A1 , das Katalysatormaterial in den Grundwerkstoff einzubrennen.A firm connection between the catalyst material and the base material can be according to the EP 1 663 481 B1 for example by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD). Alternatively, the DE 199 50 521 A1 to burn the catalyst material into the base material.

Soll der Katalysator beispielsweise in einem Reformer eingesetzt werden, der ein Brenngas für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle aufbereitet, so muss er mindestens Temperaturen von 500–600 °C standhalten. Durch diese Temperaturen sowie durch die häufigen Temperaturwechsel beim An- und Abfahren der Brennstoffzelle wird die Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Katalysatormaterial stark belastet. Ist diese Verbindung nicht fest genug, kann das Katalysatormaterial abplatzen und in den Gaskreislauf der Brennstoffzelle gelangen.If the catalyst is to be used, for example, in a reformer, which processes a fuel gas for a high-temperature fuel cell, it must withstand at least temperatures of 500-600 ° C. These temperatures as well as the frequent temperature changes when starting and stopping the fuel cell, the connection between the base material and the catalyst material is heavily loaded. If this compound is not strong enough, the catalyst material can flake off and get into the gas cycle of the fuel cell.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Katalysator entwickelt. Dieser Katalysator umfasst eine metallische Trägerstruktur sowie ein metallisches Katalysatormaterial.In the context of the invention, a catalyst was developed. This catalyst comprises a metallic carrier structure as well as a metallic catalyst material.

Erfindungsgemäß ist das Katalysatormaterial mit der Trägerstruktur verschweißt. Das Katalysatormaterial kann insbesondere durch Auftragschweißen auf die Trägerstruktur aufgebracht sein.According to the invention, the catalyst material is welded to the carrier structure. The catalyst material may in particular be applied to the carrier structure by build-up welding.

Schweißen ist eine unlösbare metallische Verbindung unter Anwendung von Wärme. Die Erfinder haben erkannt, dass die zum Verschweißen nötige große Hitze eine besonders hohe Potentialbarriere darstellt, die zum Trennen des Katalysatormaterials von der Trägerstruktur zu überwinden ist. Die zum Verschweißen nötigen Temperaturen liegen höher als der Schmelzpunkt des metallischen Katalysatormaterials und/oder der metallischen Trägerstruktur, und somit deutlich höher als die Betriebstemperatur eines Reformers für eine Hochtemperaturbrennstoffzelle. In diesem Temperaturbereich ist somit nicht zu befürchten, dass das Katalysatormaterial von der metallischen Trägerstruktur abplatzt.Welding is a permanent metallic bond using heat. The inventors have recognized that the high heat required for welding constitutes a particularly high potential barrier which has to be overcome for separating the catalyst material from the carrier structure. The temperatures required for welding are higher than the melting point of the metallic catalyst material and / or the metallic support structure, and thus significantly higher than the operating temperature of a reformer for a high-temperature fuel cell. In this temperature range is therefore not to be feared that the catalyst material flakes off the metallic support structure.

Hingegen wird bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) nach dem bisherigen Stand der Technik lediglich ein durch eine chemische Reaktion aus einem Vorläufermaterial (Precursor) gebildetes Beschichtungsmaterial auf der Trägerstruktur adsorbiert. Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) wird ein verdampftes Beschichtungsmaterial auf der Trägerstruktur adsorbiert. Beiden Verfahren ist gemein, dass das Beschichtungsmaterial im Vergleich zum Schweißen unter Anwendung einer wesentlich geringeren Wärmemenge aufgebracht wird. Dementsprechend geringer ist die Potentialbarriere, die einer Desorption, bzw. einem Abplatzen, des Beschichtungsmaterials entgegensteht.On the other hand, in chemical vapor deposition (CVD) of the prior art, only a coating material formed by a chemical reaction from a precursor material is adsorbed on the support structure. In physical vapor deposition (PVD), a vaporized coating material is adsorbed on the support structure. Both methods have in common that the coating material is applied compared to welding using a much smaller amount of heat. Accordingly, the potential barrier is lower, which precludes desorption or spalling of the coating material.

Gleiches gilt für das Einbrennen, bei dem das Beschichtungsmaterial nach dem Aufbringen durch Wärmeanwendung entweder in sich oder mit der Trägerstruktur vernetzt und somit verfestigt wird.The same applies to the stoving, in which the coating material is crosslinked after application by application of heat either in itself or with the support structure and thus solidified.

Die Trägerstruktur kann beispielsweise als Gitter ausgebildet sein. Sie kann insbesondere aus Tantal, einer Chromoxid bildenden Eisenlegierung oder einer Aluminiumoxid bildenden Eisenlegierung bestehen. Diese Materialien sind hochwarmfest und somit für den Einsatz in Hochtemperaturbrennstoffzellen tauglich.The support structure may be formed, for example, as a grid. It may in particular consist of tantalum, a chromium oxide-forming iron alloy or an aluminum oxide-forming iron alloy. These materials are heat resistant and thus suitable for use in high temperature fuel cells.

Das Katalysatormaterial vermag vorteilhaft die Reformierung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs zu Wasserstoff und einem Kohlenoxid zu katalysieren. Das primär von einer Hochtemperaturbrennstoffzelle verwertbare Brennstoff ist Wasserstoff. Wasserstoff ist jedoch ein Sekundärenergieträger, der in der Natur nur in gebundener Form vorkommt, beispielsweise in langkettigen Kohlenwasserstoffmolekülen in Erdgas. Indem ein gasförmiger Kohlenwasserstoff in Erdgas oder einem anderen Brenngas zu Wasserstoff und mindestens einem Kohlenoxid reformiert wird, kann der Wasserstoff für den Betrieb der Brennstoffzelle nutzbar gemacht werden. Das Kohlenoxid kann beispielsweise Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid sein. Das Katalysatormaterial kann insbesondere beispielsweise Gold oder Platin sein.The catalyst material may advantageously catalyze the reforming of a gaseous hydrocarbon to hydrogen and a carbon monoxide. The fuel that can primarily be used by a high-temperature fuel cell is hydrogen. However, hydrogen is a secondary energy carrier that occurs only in bound form in nature, for example in long-chain hydrocarbon molecules in natural gas. By reforming a gaseous hydrocarbon in natural gas or other fuel gas to hydrogen and at least one carbon monoxide, the hydrogen can be harnessed for operation of the fuel cell. The carbon monoxide may be, for example, carbon monoxide or carbon dioxide. The catalyst material may in particular be, for example, gold or platinum.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Trägerstruktur aus dem Katalysatormaterial. Dann unterscheiden sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Trägerstruktur und Katalysatormaterial nicht, so dass bei Temperaturwechseln die Verbindung zwischen Trägerstruktur und Katalysatormaterial insoweit nicht belastet wird. Beispielsweise kann ein regelmäßiges Gitter aus dem Katalysatormaterial zusätzliche Anformungen aus dem Katalysatormaterial aufweisen, und/oder die aus dem Katalysatormaterial gebildeten Gitterstreben können Aussparungen aufweisen. Beide Maßnahmen vergrößern die spezifische Oberfläche des Katalysatormaterials pro Einheit Masse. Da insbesondere Edelmetalle sehr kostbar sind, wird hierdurch die Wirtschaftlichkeit des Katalysators verbessert.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the support structure consists of the catalyst material. Then the coefficients of thermal expansion of the support structure and the catalyst material do not differ, so that in the case of temperature changes, the connection between the support structure and the catalyst material is not burdened in this respect. For example, a regular Grid from the catalyst material have additional projections of the catalyst material, and / or the lattice struts formed from the catalyst material may have recesses. Both measures increase the specific surface area of the catalyst material per unit mass. Since, in particular, precious metals are very precious, this improves the efficiency of the catalyst.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Herstellungsverfahren für den Katalysator. Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass die Trägerstruktur schichtweise durch 3D-Druck aufgebaut wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Trägerstruktur aus dem Katalysatormaterial besteht und dessen spezifische Oberfläche vergrößert werden soll. Alle Anformungen, Aussparungen und sonstigen filigranen Strukturen des Katalysatormaterials können dann von vornherein in das zu druckende 3D-Modell einbezogen werden. Der Katalysator lässt sich dann mit all diesen Strukturen einstückig fertigen.The invention also relates to production processes for the catalyst. A first embodiment provides that the carrier structure is built up in layers by 3D printing. This is particularly advantageous if the support structure consists of the catalyst material and its specific surface area is to be increased. All formations, recesses and other filigree structures of the catalyst material can then be included in the 3D model to be printed from the outset. The catalyst can then be manufactured in one piece with all these structures.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Katalysatormaterial in Form von Partikeln an der Trägerstruktur angelagert und anschließend mit der Trägerstruktur verschweißt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um auch das Innere einer dreidimensionalen Trägerstruktur mit Katalysatormaterial zu belegen. Das Anlagern kann beispielsweise dadurch unterstützt werden, dass zwischen den Partikeln und der Trägerstruktur eine elektrostatische oder magnetische Kraft wirkt.In a further particularly advantageous embodiment of the method, the catalyst material is deposited in the form of particles on the support structure and then welded to the support structure. This is particularly advantageous in order to also cover the interior of a three-dimensional support structure with catalyst material. The attachment may be assisted, for example, by an electrostatic or magnetic force acting between the particles and the support structure.

Das Verschweißen kann mit einem seriell arbeitenden Verfahren erfolgen, beispielsweise indem die angelagerten Partikel durch einen Laserstrahl mit der Trägerstruktur verschweißt werden. Es kann jedoch beispielsweise auch die Trägerstruktur mitsamt den angelagerten Partikeln als Ganzes erwärmt werden, beispielsweise in einem Ofen oder durch einen Stromfluss, der durch die Trägerstruktur geleitet wird. Dies ist ein paralleles Verfahren, das deutlich schneller arbeitet.The welding can be carried out by a serial method, for example by the deposited particles are welded by a laser beam to the support structure. However, it is also possible, for example, to heat the support structure together with the deposited particles as a whole, for example in an oven or through a current flow which is conducted through the support structure. This is a parallel process that works much faster.

Die Partikel aus dem Katalysatormaterial können der Trägerstruktur in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise in einer Lösung und/oder in einer Suspension zugeführt werden. Dann kann die Trägerstruktur beispielsweise als Ganzes in die Lösung bzw. die Suspension eingetaucht werden, so dass sie überall gleichzeitig mit Partikeln aus dem Katalysatormaterial belegt wird. Die Lösung bzw. die Suspension erreicht vorteilhaft beispielsweise auch das Innere eines dreidimensionalen Gitters.The particles of the catalyst material can be supplied to the carrier structure in a further particularly advantageous embodiment of the invention, for example in a solution and / or in a suspension. Then, the carrier structure can be immersed, for example, as a whole in the solution or the suspension, so that it is everywhere occupied at the same time with particles of the catalyst material. The solution or suspension advantageously also reaches, for example, the interior of a three-dimensional grid.

Analoges gilt in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, in der die Partikel aus dem Katalysatormaterial der Trägerstruktur in einem Gasstrom zugeführt werden.The same applies in a further particularly advantageous embodiment of the invention, in which the particles are fed from the catalyst material of the support structure in a gas stream.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Katalysatormaterial der Trägerstruktur in Form aufgeschmolzener Tropfen zugeführt. In diesen Tropfen ist dann bereits mindestens ein Großteil der Wärme enthalten, die für das Verschweißen mit der Trägerstruktur nötig ist. Weiterhin können die Tropfen sich unmittelbar an die Formgebung der Trägerstruktur anpassen.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the catalyst material is supplied to the carrier structure in the form of molten drops. At least a large part of the heat which is necessary for welding to the carrier structure is then already contained in these drops. Furthermore, the drops can be adapted directly to the shape of the support structure.

Vorteilhaft wird die Trägerstruktur bei der Herstellung des Katalysators beheizt. Dann wird auf diesem Wege ein Teil der Wärme zugeführt, die für das Verschweißen des Katalysatormaterials mit der Trägerstruktur notwendig ist. Wird das Katalysatormaterial beispielsweise in Form aufgeschmolzener Tropfen zugeführt, brauchen diese dann nur noch eine geringere Temperatur zu haben.Advantageously, the support structure is heated in the preparation of the catalyst. Then, in this way, a part of the heat is supplied, which is necessary for the welding of the catalyst material with the support structure. If the catalyst material is supplied, for example, in the form of molten drops, then these need only have a lower temperature.

Nach dem zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung auch auf einen Reformer zur Herstellung eines Wasserstoff enthaltenden Brenngases für eine Brennstoffzelle aus einem Kohlenwasserstoff enthaltenden Brenngas. Dieser Reformer zeichnet sich dadurch aus, dass zur Katalyse des Kohlenwasserstoffs zu Wasserstoff und mindestens einem Kohlenoxid ein Katalysator gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Dadurch ist der Reformer zum Einen einfacher und preiswerter herstellbar und zum Anderen dauerhaltbarer, insbesondere wenn er häufig an- und abgefahren wird, was mit einer Aufheizung auf typischerweise 500–600 °C bzw. einer Abkühlung auf Umgebungstemperatur verbunden ist.From the above, the invention also relates to a reformer for producing a hydrogen-containing fuel gas for a fuel cell from a hydrocarbon-containing fuel gas. This reformer is characterized in that a catalyst according to the invention is provided for catalyzing the hydrocarbon to hydrogen and at least one carbon monoxide. As a result, the reformer on the one hand easier and cheaper to produce and on the other durable, especially if he is frequently on and off, which is associated with a heating to typically 500-600 ° C or a cooling to ambient temperature.

Die Trägerstruktur kann beispielsweise ein regelmäßiges dreidimensionales Gitter mit einer Periode von 0,1 mm sein, wobei die Dicke der Gitterstege geringer ist als diese Periode, um das Gitter für ein gasförmiges Medium durchgängig zu halten. Das Gitter kann beispielsweise die Form eines Kreiszylinders mit einem Durchmesser von 40 cm und einer Höhe von 5 cm ausfüllen.The support structure may be, for example, a regular three-dimensional grid with a period of 0.1 mm, the thickness of the grid bars being less than this period in order to keep the grid continuous for a gaseous medium. For example, the grid may be in the shape of a circular cylinder having a diameter of 40 cm and a height of 5 cm.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.

Ausführungsbeispieleembodiments

Es zeigt: It shows:

1 Ausführungsbeispiel eines Katalysators 1 gemäß der Erfindung; 1 Embodiment of a catalyst 1 according to the invention;

2 Zuführung von Partikeln 3c–3e aus dem Katalysatormaterial 3 zur Trägerstruktur 2 in einer Lösung 4 oder Suspension 5 (2a), bzw. in einem Gasstrom 6 (2b); 2 Feeding of particles 3c - 3e from the catalyst material 3 to the support structure 2 in a solution 4 or suspension 5 ( 2a ), or in a gas stream 6 ( 2 B );

3 Zuführung von Partikeln 3f aus dem Katalysatormaterial 3 zur Trägerstruktur 2 aus einer Düse 7 mit anschließendem Verschweißen durch einen Laserstrahl 7a; 3 Feeding of particles 3f from the catalyst material 3 to the support structure 2 from a nozzle 7 followed by welding by a laser beam 7a ;

4 Zuführung aufgeschmolzener Tropfen 3g aus dem Katalysatormaterial 3 zur Trägerstruktur 2, die durch 3D-Druck mit einem Druckkopf 8 schichtweise aus dem Katalysatormaterial 3 aufgebaut wird; 4 Feeding of molten drops 3g from the catalyst material 3 to the support structure 2 by 3D printing with a printhead 8th layer by layer from the catalyst material 3 is built;

5 Einbindung des Katalysators 1 in einen Reformer 10, der ein Kohlenwasserstoff 11a enthaltendes Brenngas 11 für den Betrieb einer Brennstoffzelle 13 aufbereitet. 5 Integration of the catalyst 1 into a reformer 10 that is a hydrocarbon 11a containing fuel gas 11 for the operation of a fuel cell 13 edited.

Nach 1 umfasst der Katalysator 1 eine Trägerstruktur 2, die ein regelmäßiges Gitter aus einer Vielzahl von Gitterstreben ist. Hiervon sind in 1 die Gitterstreben 2a–2z beispielhaft dargestellt. In der in 2 gewählten Perspektive sind die als durchgezogene Linien gezeichneten Gitterstreben 2a–2r uneingeschränkt sichtbar. Die Gitterstreben 2s–2v, die als Strichpunktlinien gezeichnet sind, verlaufen innerhalb der Trägerstruktur 2 und sind teilweise verdeckt. Zur besseren Orientierung sind die Gitterstreben 2x–2z, die ebenfalls teilweise verdeckt sind und Außenkanten der Trägerstruktur 2 bilden, gestrichelt eingezeichnet.To 1 includes the catalyst 1 a carrier structure 2 which is a regular grid of a variety of grid struts. Of these are in 1 the lattice struts 2a - 2z exemplified. In the in 2 selected perspective are drawn as solid lines grid struts 2a - 2r fully visible. The lattice struts 2s - 2v , which are drawn as dashed lines, run within the support structure 2 and are partially obscured. For better orientation, the lattice struts 2x - 2z , which are also partially hidden and outer edges of the support structure 2 form, dashed lines drawn.

An einer Vielzahl von Orten ist Katalysatormaterial 3 in Form von Portionen 3a und 3b angelagert. Zur besseren Orientierung sind die Portionen 3a, die auf einer vollständig sichtbaren Außenfläche der Trägerstruktur 2 angeordnet sind, als ausgefüllte Punkte eingezeichnet. Die Portionen 3b, die sich im Inneren der Trägerstruktur 2 befinden, sind als gestrichelte Kreise eingezeichnet. Alle Portionen 3a und 3b des Katalysatormaterials 3 sind jeweils mit der Trägerstruktur 2, 2a–2z verschweißt.At a variety of locations is catalyst material 3 in the form of portions 3a and 3b attached. For better orientation, the portions 3a resting on a completely visible outer surface of the support structure 2 arranged as filled in points. The portions 3b that are inside the support structure 2 are shown as dashed circles. All portions 3a and 3b of the catalyst material 3 are each with the support structure 2 . 2a - 2z welded.

2a verdeutlicht, wie sich Partikel 3c und 3d des Katalysatormaterials 3 aus einer flüssigen Phase durch Imprägnieren an der Trägerstruktur 2 anlagern lassen. Die flüssige Phase kann eine Lösung 4 in einem Lösungsmittel 4a oder eine Suspension 5 in einem Lösungsmittel 5a sein. In Lösung 4 gegangene Partikel des Katalysatormaterials 3 sind mit 3c bezeichnet. In der Suspension 5 dispergierte Partikel des Katalysatormaterials 3 sind mit 3d bezeichnet. Die Trägerstruktur 3 wird entlang der Pfeilrichtung im Ganzen in die Lösung 4, bzw. in die Suspension 5, eingetaucht. 2a clarifies how particles are 3c and 3d of the catalyst material 3 from a liquid phase by impregnation on the support structure 2 can be stored. The liquid phase can be a solution 4 in a solvent 4a or a suspension 5 in a solvent 5a be. In solution 4 gone particles of the catalyst material 3 are with 3c designated. In the suspension 5 dispersed particles of the catalyst material 3 are with 3d designated. The support structure 3 becomes along the direction of the arrow as a whole in the solution 4 , or in the suspension 5 , immersed.

2b verdeutlicht, wie sich Partikel 3e des Katalysatormaterials 3 aus einem Gasstrom durch Einblasen an der Trägerstruktur 2 anlagern lassen. Der Gasstrom 6 entspringt einer Gasversorgung 6a und trifft in Pfeilrichtung von links nach rechts auf die Trägerstruktur 2. Insbesondere in dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Partikel 3e von der Trägerstruktur 2 magnetisch und/oder elektrostatisch angezogen werden. 2 B clarifies how particles are 3e of the catalyst material 3 from a gas stream by blowing on the support structure 2 can be stored. The gas flow 6 springs from a gas supply 6a and hits in the direction of the arrow from left to right on the support structure 2 , In particular, in this embodiment, it is advantageous if the particles 3e from the support structure 2 be attracted magnetically and / or electrostatically.

3 verdeutlicht, wie mit Hilfe einer kombinierten Düse 7 Partikel 3f des Katalysatormaterials 3 lokal auf die Trägerstruktur 2 aufgebracht und durch einen aus der Düse 7 austretenden Laserstrahl 7a verschweißt werden können. Dieses serielle Aufbringen ist zwar langsamer als ein Imprägnieren oder Einblasen, dafür lässt sich jedoch genau kontrollieren, wo das Katalysatormaterial 3 aufgebracht wird. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, nicht alle Gitterstreben 2a–2z einer als Gitter ausgebildeten Trägerstruktur 2 mit Katalysatormaterial 3 zu belegen, wenn die katalysierte Reaktion exotherm ist und die Temperatur des Katalysators 1 unter einem kritischen Wert, beispielsweise unterhalb einer Zündtemperatur, gehalten werden muss. 3 illustrates how with the help of a combined nozzle 7 particle 3f of the catalyst material 3 locally on the support structure 2 applied and through one of the nozzle 7 emerging laser beam 7a can be welded. Although this serial application is slower than impregnation or injection, it can be precisely controlled where the catalyst material 3 is applied. For example, it may be useful not all lattice struts 2a - 2z a carrier structure formed as a grid 2 with catalyst material 3 to prove if the catalyzed reaction is exothermic and the temperature of the catalyst 1 must be kept below a critical value, for example below an ignition temperature.

4 verdeutlicht, wie eine Trägerstruktur 2 aus dem Katalysatormaterial 3 durch 3D-Druck mit einem 3D-Druckkopf 8 schichtweise aufgebaut werden kann. Das Katalysatormaterial 3 tritt in Form aufgeschmolzener Tropfen 3g aus dem 3D-Druckkopf 8 aus und lagert sich am schon vorhandenen Teil der Trägerstruktur 2 an. Die Trägerstruktur 2 ist in 4 teilgeschnitten dargestellt. 4 illustrates how a support structure 2 from the catalyst material 3 by 3D printing with a 3D printhead 8th can be built up in layers. The catalyst material 3 occurs in the form of molten drops 3g from the 3D printhead 8th and settles on the already existing part of the support structure 2 at. The support structure 2 is in 4 shown partially cut.

5 zeigt die Einbindung des Katalysators 1 in einen Reformer 10 und die Einbindung des Reformers 10 in die Brenngasversorgung einer Brennstoffzelle 13. Der Reformer 10 erhält eingangsseitig ein Kohlenwasserstoff 11a enthaltendes Brenngas 11. Der Katalysator 1 katalysiert die Reformierung des Kohlenwasserstoffs 11a zu Wasserstoff 12a und mindestens einem Kohlenoxid 14. Der Wasserstoff 12a wird in einem wasserstoffhaltigen Brenngas 12 der Anode 13a der Brennstoffzelle 13 zugeführt; das Kohlenoxid 14, das hier ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Kohlendioxid ist, wird aus dem Reformer abgeführt. Der Reformer 10 erhält von der Anode 13a der Brennstoffzelle 13 das dort gebildete Wasser 15 als Grundstoff für die Reformierung. Die Wärmequelle zur Erzeugung der Betriebstemperatur von 500–600 °C im Reformer 10 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 5 nicht eingezeichnet. 5 shows the involvement of the catalyst 1 into a reformer 10 and the involvement of the reformer 10 in the fuel gas supply of a fuel cell 13 , The reformer 10 receives on the input side a hydrocarbon 11a containing fuel gas 11 , The catalyst 1 catalyzes the reforming of the hydrocarbon 11a to hydrogen 12a and at least one carbon monoxide 14 , The hydrogen 12a is in a hydrogen-containing fuel gas 12 the anode 13a the fuel cell 13 supplied; the carbon monoxide 14 , which is a mixture of carbon monoxide and carbon dioxide here, is discharged from the reformer. The reformer 10 gets from the anode 13a the fuel cell 13 the water formed there 15 as a raw material for reforming. The heat source for generating the operating temperature of 500-600 ° C in the reformer 10 is in for clarity 5 not shown.

Die Brennstoffzelle 13 weist eine Kathode 13c auf, die mit Luft 16 versorgt wird. Die Anode 13a und die Kathode 13c der Brennstoffzelle 13 sind durch einen Elektrolyten 13b getrennt, der Sauerstoffionen von der Kathode 13c zur Anode 13a leitet, jedoch für einen Elektronenfluss von der Anode 13a zur Kathode 13c undurchlässig ist. Stattdessen lassen sich die Elektronen von der Anode 13a über einen, in 5 nicht eingezeichneten, externen Verbraucher zur Kathode 13c führen, wobei dieser externe Verbraucher angetrieben wird.The fuel cell 13 has a cathode 13c on that with air 16 is supplied. The anode 13a and the cathode 13c the fuel cell 13 are through an electrolyte 13b separated, the oxygen ions from the cathode 13c to the anode 13a conducts, however, for an electron flow from the anode 13a to the cathode 13c is impermeable. Instead, the electrons can be removed from the anode 13a over one, in 5 not marked, external Consumer to the cathode 13c lead, with this external consumer is driven.

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Claims (12)

Katalysator (1), umfassend eine metallische Trägerstruktur (2, 2a–2z) sowie ein metallisches Katalysatormaterial (3, 3a, 3b), dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) mit der Trägerstruktur (2, 2a–2z) verschweißt ist.Catalyst ( 1 ) comprising a metallic support structure ( 2 . 2a - 2z ) as well as a metallic catalyst material ( 3 . 3a . 3b ), characterized in that the catalyst material ( 3 . 3a . 3b ) with the support structure ( 2 . 2a - 2z ) is welded. Katalysator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2, 2a–2z) aus Tantal, einer Chromoxid bildenden Eisenlegierung oder einer Aluminiumoxid bildenden Eisenlegierung besteht.Catalyst ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the support structure ( 2 . 2a - 2z ) consists of tantalum, a chromium oxide-forming iron alloy or an aluminum oxide-forming iron alloy. Katalysator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) die Reformierung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs (11a) zu Wasserstoff (12a) und mindestens einem Kohlenoxid (14) zu katalysieren vermag.Catalyst ( 1 ) according to one of claims 1 to 2, characterized in that the catalyst material ( 3 . 3a . 3b ) the reforming of a gaseous hydrocarbon ( 11a ) to hydrogen ( 12a ) and at least one carbon monoxide ( 14 ) catalyze. Katalysator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) ein Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin, ist.Catalyst ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the catalyst material ( 3 . 3a . 3b ) is a precious metal, in particular gold or platinum. Katalysator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) als Gitter (2a–2z) ausgebildet ist.Catalyst ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the support structure ( 2 ) as a grid ( 2a - 2z ) is trained. Katalysator (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2, 2a–2z) aus dem Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) besteht.Catalyst ( 1 ) according to one of claims 1 or 3 to 5, characterized in that the support structure ( 2 . 2a - 2z ) from the catalyst material ( 3 . 3a . 3b ) consists. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2, 2a–2z) schichtweise durch 3D-Druck aufgebaut wird. Process for the preparation of a catalyst ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the support structure ( 2 . 2a - 2z ) is built up in layers by 3D printing. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) in Form von Partikeln (3c–3f) an der Trägerstruktur (2, 2a–2z) angelagert und anschließend mit der Trägerstruktur (2, 2a–2z) verschweißt wird.Process for the preparation of a catalyst ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the catalyst material ( 3 . 3a . 3b ) in the form of particles ( 3c - 3f ) on the support structure ( 2 . 2a - 2z ) and then with the support structure ( 2 . 2a - 2z ) is welded. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (3c–3e) des Katalysatormaterials (3, 3a, 3b) der Trägerstruktur (2, 2a–2z) in einer Lösung (4), in einer Suspension (5) und/oder in einem Gasstrom (6) zugeführt werden.Method according to claim 8, characterized in that the particles ( 3c - 3e ) of the catalyst material ( 3 . 3a . 3b ) of the support structure ( 2 . 2a - 2z ) in a solution ( 4 ), in suspension ( 5 ) and / or in a gas stream ( 6 ). Verfahren zur Herstellung eines Katalysators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (3, 3a, 3b) der Trägerstruktur (2, 2a–2z) in Form aufgeschmolzener Tropfen (3g) zugeführt wird.Process for the preparation of a catalyst ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the catalyst material ( 3 . 3a . 3b ) of the support structure ( 2 . 2a - 2z ) in the form of molten drops ( 3g ) is supplied. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2, 2a–2z) beheizt wird.Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the support structure ( 2 . 2a - 2z ) is heated. Reformer (10) zur Herstellung eines Wasserstoff (12a) enthaltenden Brenngases (12) für eine Brennstoffzelle (13, 13a–13c) aus einem Kohlenwasserstoff (11a) enthaltenden Brenngas (11), dadurch gekennzeichnet, dass zur Katalyse des Kohlenwasserstoffs (11a) zu Wasserstoff (12a) und mindestens einem Kohlenoxid (14) ein Katalysator (1) nach Anspruch 3 vorgesehen ist.Reformer ( 10 ) for producing a hydrogen ( 12a ) containing fuel gas ( 12 ) for a fuel cell ( 13 . 13a - 13c ) from a hydrocarbon ( 11a ) containing fuel gas ( 11 ), characterized in that for the catalysis of the hydrocarbon ( 11a ) to hydrogen ( 12a ) and at least one carbon monoxide ( 14 ) a catalyst ( 1 ) is provided according to claim 3.
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