DE112007000434T5 - Poröser Träger zur Integration von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, Stapel aus elektrochemischen Zellen und elektrochemisches Reaktionssystem mit porösem Träger zur Integration von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte - Google Patents

Poröser Träger zur Integration von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, Stapel aus elektrochemischen Zellen und elektrochemisches Reaktionssystem mit porösem Träger zur Integration von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte Download PDF

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Abstract

Poröser Träger für elektrochemische Zellen mit (1) einem porösen Formprodukt, dessen Form durch eine dreidimensionale retikulierte Struktur, die durch ein Gelierungsmittel gebildet ist, aufrechterhalten wird, und (2) einem Durchgangsloch zum Aufbringen einer Elektrolytschicht und einer Elektrodenschicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, genauer gesagt einen porösen Träger mit einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Durchgangslöchern, einen Stapel aus elektrochemischen Zellen, der den porösen Träger umfasst, und ein elektrochemisches Reaktionssystem, das den Zellenstapel aufweist. Die vorliegende Erfindung sieht einen porösen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte vor, der ein poröses Formprodukt aufweist, dessen Form über eine dreidimensionale retikulierte Struktur, welche von einem Geliermittel gebildet wird, aufrechterhalten wird und das ein Durchgangsloch zur Ausbildung einer Elektrolytschicht und einer Elektrodenschicht durch Beschichten derselben umfasst. Ferner sieht die Erfindung einen Stapel aus elektrochemischen Zellen vor, der den porösen Träger aufweist, sowie ein elektrochemisches Reaktionssystem, das den Zellenstapel als konstituierendes Element umfasst.
  • Typische Beispiele von elektrochemischen Reaktionssystemen sind Festoxidbrennstoffzellen (hiernach als „SOFC" bezeichnet), die einen Festelektrolyt mit Sauerstoffionenleitfähigkeit benutzen. Die Basisstruktur einer derartigen SOFC besteht aus Zelleneinheiten, in denen drei Schichten einer Luftelektrode/Feststoffelektrolyt/Brennstoffelektrode miteinander verbunden sind.
  • Ein Brennstoffgas, wie Wasserstoff, ein Kohlenwasserstoff o. ä., wird der Brennstoffelektrode der SOFC-Zelleneinheit zugeführt, während ein oxidierendes Gas, wie Sauerstoff, Luft o. ä., der Luftelektrode zugeführt, woraufhin sich eine Differenz zwischen dem Sauerstoffpartialdruck auf der Brennstoffelektrodenseite und der Luftelektrodenseite ausbildet. Sauerstoff, der an der Luftelektrode ionisiert wird, wandert über den Festelektrolyten zur Brennstoffelektrode. Beim Erreichen der Brennstoffelektrode reagieren die Sauerstoffionen mit dem Brennstoffgas, wodurch Elektronen im Prozess freigesetzt werden. Wenn eine Last an die Brennstoffelektrode und die Luftelektrode angeschlossen ist, kann elektrische Energie direkt von der chemischen Reaktion an der Elektrode abgezogen werden.
  • Die geometrische Form von derartigen Zelleneinheiten kann als flachplattenförmig und rohrförmig eingestuft werden. Hiervon besitzen bekannte rohrförmige SOFC-Zelleneinheiten eine Struktur mit einer (inneren) Brennstoffelektrode/Festelektrolyt/(äußeren) Luftelektrode, wobei das Brennstoffgas innerhalb des Rohres strömt, und mit einer (inneren) Luftelektrode/Feststoffelektrolyt/(äußeren) Brennstoffelektrode, wobei das oxidierende Gas innerhalb des Rohres strömt.
  • Rohrförmige SOFC-Zelleneinheiten, die gegenwärtig in großem Umfang Verwendung finden, besitzen Rohrdurchmesser von etwa 20 mm und Längen von etwa 150 mm. SOFC-Stromquellen, bei denen eine Vielzahl von derartigen Zelleneinheiten Verwendung findet, die mit Hilfe von Interconnectoren oder Sammeldrähten integriert sind, sind aufgrund ihrer extremen Größe und geringen Leistungsdichte pro Volumeneinheit problematisch. Es sind ferner Grenzen in Bezug auf die Größenreduktion in derartigen Vorrichtungen vorhanden, da Integrationsoperationen aufgrund von beispielsweise Handlingschwierigkeiten hart und komplex sind (Nichtpatentdokument 1).
  • Andere elektrochemische Reaktionssysteme als SOFC, die vorgeschlagen worden sind, umfassen beispielsweise elektrochemische Reaktoren zur Abgasreinigung und Reaktoren zur Wasserstoffherstellung. Wie bei den vorstehend genannten SOFC sind jedoch auch bei derartigen Reaktoren die Größenreduktion und Integration mit höherer Dichte der elektrochemischen Zelleneinheiten schwierig, was den Bedarf nach der Entwicklung von neuen Integrationsstrukturen, die das Erzielen einer höheren Effizienz ermöglichen, unterstreicht.
  • Wenn der Durchmesser einer rohrförmigen elektrochemischen Zelle in einer vorgegebenen Volumeneinheit auf 1/N verringert wird, wird der Oberflächenbereich der Zelleneinheit zu 1/N. Die Anzahl der Zelleneinheiten, die pro Volumeneinheit integriert werden kann, steigt jedoch um einen Faktor von N2 an. Es wird daher geschätzt, dass ein Stapel von elektrochemischen Zellen mit einem N-fachen Gesamtoberflächenbereich erhalten werden kann. Wie vorstehend beschrieben, besitzen jedoch herkömmliche Stapel aus elektrochemischen Zellen Grenzen in Bezug auf die Größenreduzierung und die Integration mit höherer Dichte. Auf diesem technischen Ge biet stellt es daher eine dringende Notwendigkeit dar, neuartige Techniken und Produkte zu entwickeln, die sowohl eine Größenreduzierung als auch eine Integration mit höherer Dichte bei elektrochemischen Zelleneinheiten ermöglichen. (Nichtpatentdokument 1: N. M. Sammes, Y. Du und R. Bove, J. Power Source, 145, 428–434 (2005))
  • Angesichts des Vorstehenden führten die Erfinder gründliche Untersuchungen durch, um eine neuartige Technik zu ermitteln, die sowohl eine Größenreduzierung als auch eine Integration mit höherer Dichte bei elektrochemischen Zelleneinheiten ermöglicht. Als Ergebnis entwickelten die Erfinder auf erfolgreiche Weise einen porösen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte und konzipierten auf diese Weise die vorliegende Erfindung. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen porösen Träger zu schaffen, in dem elektrochemische Zellen in einfacher Weise integriert werden können, einen Stapel aus elektrochemischen Zellen zu schaffen, der den porösen Träger aufweist, und ein elektrochemisches Reaktionssystem zu schaffen, das den Zellenstapel als konstituierendes Element umfasst.
  • Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines Stapels aus elektrochemischen Zellen und eines elektrochemischen Reaktionssystems, das den Zellenstapel enthält, wobei der Stapel aus den elektrochemischen Zellen darin integriert elektrochemische Zellen enthält, wobei als Basisskelett ein poröser Träger Verwendung findet, der ein Formprodukt umfasst, das Porosität und eine Vielzahl von Durchgangslöchern kombiniert, wobei die Form des porösen Trägers über eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, die durch eine Gelierungsmittel gebildet ist, aufrechterhalten wird und wobei die Innenwände der Durchgangslöcher mit mehreren Schichten aus Elektrolyt- und Elektrodenmaterialien beschichtet sind.
  • Zur Lösung der obigen Probleme sieht die vorliegende Erfindung die nachfolgend beschriebenen technischen Einrichtungen vor.
    • (1) Einen porösen Träger für elektrochemische Zellen, der umfasst 1) ein poröses Formprodukt, dessen Form über eine dreidimensionale retikulierte Struktur, geformt durch ein Gelierungsmittel, aufrechterhalten wird, und 2) ein Durchgangsloch zum Beschichten mit einer Elektrolytschicht und einer Elektrodenschicht.
    • (2) Den porösen Träger gemäß (1), wobei der poröse Träger eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind.
    • (3) Den porösen Träger gemäß (1), wobei das Gelierungsmittel eine organische Verbindung ist, die mindestens eine Substanz ausgewählt aus Agar, Agarose, Carrageenan, Xanthangummi und Gelatine enthält.
    • (4) Den porösen Träger gemäß (1), wobei das Material des porösen Trägers ein Oxid für Luftelektroden ist, das mindestens ein Element aus La, Mg, Ca, Sr, Mn, Co und Fe enthält, oder ein Verbundstoff oder Cermet ist, der bzw. das mindestens ein Element aus Ni, Cu und AG enthält, und ein Festelektrolytmaterial für Brennstoffelektroden.
    • (5) Den porösen Träger gemäß (1), wobei das Material des porösen Trägers ein Isolationsoxid oder ein Kollektoroxid ist, das zwei oder mehr Elemente aus La, Cr, Ca, Sr, Ni und Mg enthält.
    • (6) Eine elektrochemische Zelle oder einen Stapel aus elektrochemischen Zellen mit einem integrierten Produkt der elektrochemischen Zelle, die bzw. der den gemäß (1) definierten porösen Träger umfasst, wobei ein Elektrodenmaterial und zwei Schichten aus einem Elektrolytmaterial sowie einem anderen Elektrodenmaterial auf der Innenwand eines Durchgangsloches im porösen Träger ausgebildet sind.
    • (7) Eine elektrochemische Zelle oder einen Stapel aus elektrochemischen Zellen, der ein integriertes Produkt aus der elektrochemischen Zelle umfasst, wobei die Zelle oder der Stapel den gemäß (1) definierten porösen Träger umfasst und wobei ein anderes Oxid als ein Elektrodenmaterial und drei Schichten einer Elektrode, eines Elektrolytmateriales und eines anderen Elektrodenmateriales auf der Innenwand eines Durchgangsloches im porösen Träger ausgebildet sind.
    • (8) Die elektrochemische Zelle oder den Stapel aus elektrochemischen Zellen gemäß (6) oder (7), wobei das Elektrolytmaterial ein Mischoxid ist, das zwei oder mehr Elemente enthält, die aus Zr, Ce, Mg, Sc, Ti, Al, Y, Ca, Gd, Sm, Ba, La, Sr, Ga, Bi, Nb und W ausgewählt sind.
    • (9) Die elektrochemische Zelle oder den Stapel aus elektrochemischen Zellen gemäß (6) oder (7), wobei das Elektrodenmaterial ein Oxid für Luftelektroden oder ein Verbundstoff oder Cermet für Brennstoffelektroden ist.
    • (10) Die elektrochemische Zelle oder den Stapel aus elektrochemischen Zellen gemäß (9), wobei das Elektrodenmaterial ein aktives Hilfsmaterial umfasst und das aktive Hilfsmaterial ein Metall ist, das mindestens ein Element aus Pt, Pd, Ag, Ba, Sr, Ca, Mg, K, Na, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Al, Ga, Nb, Ta, V und La oder ein Oxid enthält, das eines oder mehrere der vorstehenden Elemente enthält.
    • (11) Ein elektrochemisches Reaktionssystem, das den gemäß (6) oder (7) definierten Stapel aus elektrochemischen Zellen als konstituierendes Element enthält.
    • (12) Ein Verfahren zum Herstellen eines porösen Trägers für elektrochemische Zellen mit den folgenden Schritten: Gießen eines Keramikschlammes, der ein Elektrodenmaterial oder ein anderes Oxidpulver als ein Elektrodenmaterial und ein Gelierungsmittel enthält, in ein Formwerkzeug, Gelieren des Schlammes und danach Erhalten eines Formproduktes durch Trocknen des Schlammes.
    • (13) Das Verfahren zum Herstellen des porösen Trägers gemäß (12), wobei ein Formprodukt, das eine Vielzahl von darin parallel zueinander ausgebildeten Durchgangslöchern aufweist, mit Hilfe einer Form hergestellt wird, die eine Vielzahl von parallel angeordneten Kernen besitzt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen erläutert.
  • Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen porösen Träger für elektrochemische Zellen, der ein poröses Formprodukt aufweist, dessen Form mit Hilfe einer durch ein Gelierungsmittel gebildeten dreidimensionalen Netzwerkstruktur aufrechterhalten wird, und der ein Durchgangsloch zum Beschichten mit einer Elektrolytschicht und einer Elektrodenschicht aufweist. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Gelierungsmittel eine organische Verbindung, die mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Agar, Agarose, Carrageenan, Xanthangummi und Gelatine enthält. Ferner besitzt der poröse Träger eine Vielzahl von Durchgangslöchern, die parallel zueinander angeordnet sind.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist der poröse Träger ein Oxid für Luftelektroden, der ein oder mehrere Elemente aus La, Mg, Ca, Sr, Mn, Co und Fe oder einen Verbundstoff oder ein Cermet, der bzw. das mindestens ein Element aus Ni, Cu und Ag enthält, und ein Festelektrolytmaterial für Brennstoffelektroden umfasst. Alternativ dazu ist das Material des porösen Trägers ein Isolationsoxid oder ein Kollektoroxid, das zwei oder mehr Elemente aus La, Cr, Ca, Sr, Ni und Mg umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrochemische Zelle, die den porösen Träger als Skelett aufweist, wobei der poröse Träger ein Elektrodenmaterial und zwei Schichten aus einem Elektrolytmaterial und einem anderen Elektrodenmaterial umfasst, die auf der Innenwand der Durchgangslöcher im porösen Träger ausgebildet sind, oder, wenn der poröse Träger ein anderes Oxid als ein Elektrodenmaterial umfasst, drei Schichten eines Elektrodenmateriales, eines Elektrolytmateriales und eines anderen Elektrodenmateriales, die auf der Innenwand der Durchgangslöcher im porösen Träger ausgebildet sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Elektrolytmaterial ein Mischoxid, das zwei oder mehr Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus Zr, Ce, Mg, Sc, Ti, Al, Y, Ca, Gd, Sm, Ba, La, Sr, Ga, Bi, Nb und W, wobei das Elektrodenmaterial ein Oxid für Luftelektroden ist, oder ein Verbundstoff oder Cermet für Brennstoffelektroden, wobei das Elektrodenmaterial ein aktives Hilfsmaterial umfasst und das aktive Hilfsmaterial ein Metall ist, das mindestens ein Element aus Pt, Pd, Ag, Ba, Sr, Ca, Mg, K, Na, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Al, Ga, Nb, Ta, V und La oder ein Oxid umfasst, das ein oder mehrere der vorstehenden Elemente enthält.
  • Als kennzeichnende Merkmale betrifft die vorliegende Erfindung ferner einen Stapel aus elektrochemischen Zellen, wobei elektrochemische Zellen in einer Vielzahl von Durchgangslöchern im porösen Träger integriert sind, ein elektrochemisches Reaktionssystem, das diesen Stapel aus konstituierendes Element umfasst, sowie ein Verfahren zum Herstellen des porösen Trägers, das die Schritte des Gießens eines Keramikschlammes, der ein Elektrodenmaterial oder ein anderes Oxidpulver als ein Elektrodenmaterial enthält, und eines Gelierungsmittels in eine Form, des Gelierens des Schlammes und des Erhaltens eines Formproduktes durch Trocknen des Schlammes danach umfasst. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Vorprodukt mit einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Durchgangslöchern, die darin ausgebildet sind, mit Hilfe einer Form hergestellt, die eine Vielzahl von parallel angeordneten Kernen besitzt.
  • Rohrförmige elektrochemische Zelleneinheiten, die gegenwärtig in großem Umfang verwendet werden, besitzen Rohrdurchmesser von etwa 20 mm und Längen von etwa 150 mm. Elektrochemische Reaktionssysteme, in denen eine Vielzahl von derartigen Zelleneinheiten mit Hilfe von Interconnectoren oder Sammeldrähten integriert ist, sind insofern problematisch, als dass sie neben ihrer extremen Größe keine Möglichkeit bieten, eine höhere Effizienz pro Volumeneinheit zu erzielen. Es bestehen ferner Grenzen in Bezug auf die Größenre duzierung in solchen elektrochemischen Reaktionssystemen, da die Integrationsoperationen schwierig und komplex sind. Die vorliegende Erfindung benutzt jedoch einen porösen Träger, in dem eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen in einfacher Weise integriert werden kann, wie vorstehend beschrieben, so dass ein elektrochemisches Reaktionssystem erstellt werden kann, mit dem gleichzeitig eine Größenreduzierung sowie eine Integration mit höherer Dichte eines Stapels aus elektrochemischen Zellen als Integrationsprodukt von integrierten Zelleneinheiten realisiert werden kann.
  • Bei der vorliegenden Erfindung umfassen geeignete Beispiele des vorstehend erwähnten elektrochemischen Reaktionssystems beispielsweise Festoxidbrennstoffzellen (SOFC), elektrochemische Reaktoren zur Abgasreinigung und Reaktoren zur Wasserstoffherstellung. In den vorstehend genannten elektrochemischen Zellen können willkürliche Zellstrukturen ausgebildet werden, in denen die Materialien der Luftelektrode, des Elektrolyts und der Brennstoffelektrode in geeigneter Weise ausgewählt werden. Auf diese Weise können elektrochemische Reaktionssysteme mit hoher Effizienz für die vorstehend beschriebenen Anwendungsfälle hergestellt werden.
  • Als nächstes werden ein poröser Träger, der eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Stapel aus elektrochemischen Zellen sowie ein elektrochemisches Reaktionssystem, das den porösen Träger umfasst, erläutert. Der Stapel aus den elektrochemischen Zellen gemäß der vorliegenden Erfindung wird als erstes beschrieben. Das elektrochemische Re aktionssystem wird erstellt, indem eine Vielzahl von elektrochemischen Zellenstapeln angeordnet wird, in denen elektrochemische Zellen integriert sind, welche auf den Innenwänden von Durchgangslöchern in einem porösen Träger ausgebildet sind.
  • Der Stapel aus elektrochemischen Zellen, der die Basiseinheit des elektrochemischen Reaktionssystems bildet, benutzt bei der vorliegenden Erfindung eine integrierte Struktur von elektrochemischen Zellen, die als Zellenträger die Innenwände einer Vielzahl von Durchgangslöchern verwenden, welche parallel zueinander in einem porösen Träger angeordnet sind. Durch Beschränken der Größe der Zelleneinheit auf den Durchmesser der Durchgangslöcher, die durch den porösen Träger verlaufen, und durch Erstellen einer Vielzahl von Durchgangslöchern im porösen Träger kann erfindungsgemäß ein poröser Träger erhalten werden, in dem eine Vielzahl von Zelleneinheiten integriert sein kann. Obwohl die Form der elektrochemischen Zelleneinheiten hier durch die Form der Durchgangslöcher bestimmt wird, kann eine rohrförmige Form, eine winklige Form o. ä. in geeigneter Weise als Form der Zelleneinheiten in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungszweck ausgewählt werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung können grob gesagt zwei Arten von Strukturen der elektrochemischen Zellen, die Durchgangslöcher in einem porösen Träger benutzen, verwendet werden. Bei einem ersten Strukturtyp kann eine Vielzahl der elektrochemischen Zellen integriert werden, indem der poröse Träger selbst als Teil der elektrochemischen Zellstruktur verwendet wird. Bei einem zweiten Strukturtyp kann eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen integriert werden, indem die gesamte Struktur der elektrochemischen Zelle auf den Innenwänden der Durchgangslöcher erstellt wird. Diese beiden Typen werden als nächstes im Einzelnen erläutert.
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Stapels aus elektrochemischen Zellen. Wie in 1 gezeigt, ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 2 in einem porösen Träger 1 ausgebildet, der durch diesen hergestellt wurde, während eine kompakte Elektrolytschicht 3 auf der Innenwand eines jeden Durchgangsloches 2 im porösen Träger 1 ausgebildet ist, der ein Elektrodenmaterial umfasst. Durch die nachfolgende Ausbildung einer Elektrodenschicht 4 auf der Innenwand der Elektrolytschicht 3 wird eine elektrochemische Zelle 5 erhalten, die eine Schichtstruktur aus dem porösen Träger (Elektrodenschicht) 1/der Elektrolytschicht 3/der Elektrodenschicht 4 umfasst. Der gleiche Prozess wird auf den Innenwänden der Vielzahl der Durchgangslöcher 2 im porösen Träger 1 durchgeführt, um auf diese Weise den Stapel 6 aus den elektrochemischen Zellen zu erhalten, bei dem es sich um ein integriertes Produkt der elektrochemischen Zellen 5 handelt.
  • Beispiele von bevorzugten typischen Elektrodenmaterialien, die als poröser Träger (Elektrodenphase) 1 gemäß 1 verwendet werden können, umfassen Oxide für Luftelektroden, die ein oder mehrere Elemente aus La, Mg, Ca, Sr, Mn, Co und Fe enthalten, oder einen Verbundstoff oder ein Cermet, der bzw. das mindestens ein Element aus Ni, Cu und Ag enthält, sowie ein Festelektrolytmaterial für Brennstoffelektroden.
  • Wie in 2 gezeigt, ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 8 in einem porösen Träger 7 ausgebildet, der ein Isolationsoxid oder ein Kollektoroxid umfasst, das zwei oder mehr Elemente aus La, Cr, Ca, Sr, Ni und Mg enthält. Eine elektrochemische Zelle 12 wird dann erstellt, indem eine Elektrodenschicht 9, eine kompakte Elektrolytschicht 10 und eine Elektrodenschicht 11 auf der Innenwand eines jeden Durchgangsloches 8 im porösen Träger 7 ausgebildet werden.
  • Der gleiche Prozess wird auf den Innenwänden der Vielzahl der Durchgangslöcher im porösen Träger 7 durchgeführt, um auf diese Weise den Stapel 13 der elektrochemischen Zellen zu erstellen, bei dem es sich um ein integriertes Produkt der elektrochemischen Zellen 12 handelt. Bevorzugte repräsentative Beispiele von Oxiden, die als Isolationsoxidmaterial im porösen Träger 7 gemäß 2 verwendet werden, sind ohne Beschränkung Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid o. ä.
  • Als nächstes wird die im porösen Träger geforderte Porosität erläutert. Die elektrochemischen Zellen, die den porösen Träger als Basisskelett aufweisen, machen eine Diffusion des Brennstoffgases in den porösen Träger erforderlich, um kontinuierlich in die Grenzfläche zwischen den Elektrodenschichten und den kompakten Elektrolytschichten eingeführt zu werden. Der poröse Träger muss daher Gaspermeabilität besitzen. Wenn der poröse Träger 1 aus einem Luftelektrodenmaterial geformt ist, wie in 1 gezeigt, ist darüber hinaus die Porosität des porösen Trägers vorzugsweise nicht geringer als etwa 15%, so dass Gas nicht nur in die Poren, sondern auch durch das Material dringen kann.
  • Wenn der poröse Träger 1 ein Brennstoffelektrodenmaterial umfasst, findet gleichzeitig mit der Gasdiffusion eine Reduktionsreaktion statt, so dass daher die Porosität des porösen Trägers 1 nicht geringer als etwa 10% sein darf.
  • Im Gegensatz dazu ist im Fall des in 2 gezeigten porösen Trägers 7, bei dem ein anderes Material als ein Elektrodenmaterial Verwendung findet, der Gasdiffusionspfad auf Poren allein beschränkt, so dass daher die Porosität nicht niedriger als etwa 30% sein darf. In allen Fällen bildet der poröse Träger das Basisskelett des Stapels der elektrochemischen Zellen, so dass vorzugsweise die maximale Porosität des porösen Trägers nicht größer ist als etwa 60%, um die Festigkeit des porösen Trägers zu bewahren.
  • Als nächstes werden ein Verfahren zur Herstellung des porösen Trägers der vorliegenden Erfindung, der Stapel aus den elektrochemischen Zellen und das elektrochemische Reaktionssystem, die den porösen Träger umfassen, erläutert. Speziell umfasst das Verfahren zur Herstellung des Zellenstapels etc. der vorliegenden Erfindung die Schritte der Herstellung eines porösen Trägers mit Durchgangslöchern, der Aufbringung eines Mehrschichtüberzuges auf die Innenwände der Durchgangslöcher, um die elektrochemischen Zellen auszubilden, und des Brennens.
  • Als erstes wird das Verfahren zur Herstellung des porösen Trägers, bei dem es sich um das charakteristischste Merkmal der vorliegenden Erfindung handelt, erläutert. Ein Keramikschlamm zum Formen des porösen Trägers wird hergestellt, indem ein organisches Polymer, beispielsweise Agar, Agaro se, Carrageenan, Xanthangummi, Gelatine o. ä., als Geliermittel in Wasser gelöst wird und dann in der erhaltenen wässrigen Lösung ein Keramikpulver zum Formen des porösen Trägers dispergiert wird. Trotz Restriktionen während des Formens, beispielsweise der Notwendigkeit einer Atmosphärensteuerung u. ä., kann auch ein organisches Monomerharz, wie ein wasserlösliches Epoxidharz, als Geliermittel verwendet werden.
  • Obwohl derartige organische Polymere rasch in der Atmosphäre gelieren, so dass ein dreidimensionales Netzwerk gebildet wird, sind sie bisher mit Problemen versehen gewesen, wie niedrigen Festigkeiten und Rissbildung während des Entfettens und Brennens ( offengelegte japanische Patentanmeldung 2003-201188 ). Bei der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch gezeigt, dass ein poröses Formprodukt mit ausreichender Festigkeit erhalten werden kann, indem man ein organisches Polymer, Wasser und ein Keramikpulver unter geeigneten Mischungsverhältnissen zum Formen des Trägers vermischt.
  • Speziell ist die Zugabemenge des Gelierungsmittels durch dessen Löslichkeit in Wasser begrenzt. Beispielsweise wird im Fall von Agar dieses Material daher vorzugsweise in einer Menge von 1 g bis 10 g, idealerweise von 3 g bis 7 g, in 100 g Wasser verwendet. Um ein homogenes Dispersionsvermögen in wässriger Lösung zu erreichen, beträgt die Zugabemenge des Keramikpulvers vorzugsweise 50 g bis 200 g, idealerweise 100 g bis 160 g, in 100 g Wasser. Bei anderen organischen Polymeren als vorstehend beschrieben werden bevorzugte Mischungsverhältnisse zwischen Wasser, organischem Polymer und Keramikpulver unter Berücksichtigung der Löslichkeit des organischen Polymers in Wasser und der Notwendigkeit zum Bewahren des Dispersionsvermögens des Pulvers festgelegt. Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Porenbildungsmittel, wie ein Kohlenstoffpulver o. ä., dem Keramikschlamm zugesetzt werden, falls erforderlich.
  • Der erhaltene Keramikschlamm zum Formen des porösen Trägers wird dann in eine Gießform gegossen und geliert, getrocknet und entformt, um ein poröses Formprodukt zu erhalten. Ein poröses Formprodukt mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Durchgangslöchern wird geformt, wenn die Form eine Vielzahl von parallel angeordneten Kernen besitzt. Die Kerne können irgendeine Form besitzen, beispielsweise eine massive zylindrische Form, eine prismatische Form o. ä. Das erhaltene poröse Formprodukt kann vorgesintert werden, falls erforderlich, und zwar bis zu einer Temperatur von 1.100°C. Als Ergebnis kann ein poröses Formprodukt oder ein poröses Formprodukt mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern erhalten werden.
  • Als nächstes werden ein Elektrodenmaterial und ein Elektrolytmaterial auf die Innenwände der Durchgangslöcher im porösen Formprodukt aufgebracht, um die Struktur einer elektrochemischen Zelle zu formen, wonach getrocknet und gebrannt wird. Als Ergebnis kann ein Stapel aus elektrochemischen Zellen erhalten werden, in den elektrochemische Zellen und Zelleneinheiten, wie in den 1 und 2 gezeigt, integriert sind. Die obigen Schritte können ein wiederholtes Beschichten und Brennen für jede Schicht oder das Aufbringen einer Vielzahl von Schichten mit nachfolgendem gleichzeitigen Brennen o. ä. umfassen, sind jedoch hierauf nicht beschränkt. Wie erwähnt, sind die durchgeführten Operationen nicht auf die angegebenen Schritte beschränkt und können irgendwelche geeigneten Verfahren und Prozesse umfassen.
  • Das verwendete Elektrolytmaterial muss ein Material mit hoher Ionenleitfähigkeit sein. Beispiele von bevorzugten Materialien, die verwendet werden können, sind ein Mischoxid, das zwei oder mehr Elemente aufweist, die aus Zr, Ce, Mg, Sc, Ti, Al, Y, Ca, Gd, Sm, Ba, La, Sr, Ga, Bi, Nb und W ausgewählt sind.
  • Beispiele des Materiales, das in der Elektrodenschicht 4 und der Elektrodenschicht 11 gemäß den 1 und 2 verwendet wird, sind das obige Oxid für Luftelektroden, der obige Verbundstoff oder das obige Cermet für Brennstoffelektroden sowie ein aktives Hilfsmaterial. Mit aktiven Hilfsmaterialien sind hier Materialien gemeint, die die Aktivität des Elektrodenverhaltens so unterstützen, dass das elektrochemische Reaktionssystem mit höher Effizienz arbeitet.
  • Beispiele von bevorzugten Materialien sind Metalle, die mindestens ein Element aus Pt, Pd, Ag, Ba, Sr, Ca, Mg, K, Na, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Al, Ga, Nb, Ta, V und La umfassen, oder ein Oxid, das ein oder mehrere der vorstehend genannten Elemente enthält.
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden feine zylindrische Löcher mit einem Durchmesser unter einem Millimeter, der nicht größer ist als 1,0 mm, gleichzeitig durch Gießformen im porösen Träger ausgebildet. Ferner werden die Elektrolytschichten und die Elektrodenschichten auf der Oberfläche der Lochwände im porösen Träger durch Solbeschichten ausgebildet. Mit anderen Worten, ein Schlamm aus dem Elektrolytmaterial und ein Schlamm aus dem Elektrodenmaterial werden auf die Oberfläche der Lochwand aufgebracht, wonach gebrannt wird, um einen kompakten Elektrolytfilm mit einer Dicke von nicht mehr als 50 μm und einen Elektrodenfilm mit angemessen Hohlräumen auszubilden. Die Kompaktheit und/oder Dicke des abgeschiedenen Filmes kann beispielsweise auf der Basis der Solbeschichtungsbedingungen und der Brenntemperatur unter Berücksichtigung des Schrumpfens beim Sintern des porösen Trägers gesteuert werden. Die Kompaktheit und die Dicke des abgeschiedenen Filmes üben einen großen Einfluss auf die Gasseparation, die Isolation zwischen Elektroden und die zwischen dem Elektrolyt/Träger erzeugten Restspannungen aus und werden daher so eingestellt, dass sie innerhalb von geeigneten Bereichen unter Berücksichtigung des vorstehenden liegen.
  • Das Beschichtungsverfahren zum Aufbringen einer Mehrfachschicht, die eine Elektrolytschicht und eine Elektrodenschicht umfasst, auf die Oberfläche der Innenwände der Durchgangslöcher im porösen Träger kann beispielsweise eine Solbeschichtung sein. Das Beschichtungsverfahren ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann jedes geeignete Beschichtungsverfahren Verwendung finden. Auch die Porosität des porösen Trägers, der Durchmesser der im porösen Träger ausgebildeten Durchgangslöcher und die Dicke und Kompaktheit der entsprechenden abgeschiedenen Filme der Schicht struktur können willkürlich festgelegt werden. Geeignete numerische Werte des vorstehenden umfassen beispielsweise eine Porosität von 15 bis 40 für den Träger, einen Durchmesser von 0,4 bis 0,8 mm für die Durchgangslöcher und einen kompakten Elektrolyt mit einer Dicke von 10 bis 15 μm.
  • Die vorliegende Erfindung bringt die folgenden Effekte mit sich:
    • (1) Der poröse Träger der vorliegenden Erfindung ist insofern vorteilhaft, als dass eine poröse Struktur und eine Vielzahl von Durchgangslöchern infolge der durch ein Gelierungsmittel gebildeten dreidimensionalen Netzwerkstruktur gleichzeitig erhalten werden. Dies ermöglicht eine einfache Integration von elektrochemischen. Zellen mit einer Schichtstruktur aus Elektrolyt- und Elektrodenmaterialien.
    • (2) Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaffung eines porösen Trägers, in den eine Vielzahl von elektrochemischer. Zellen in einfacher Weise integriert werden können.
    • (3) Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaffung eines elektrochemischen Reaktionssystems, mit dem gleichzeitig eine Größenreduktion und eine Integration höherer Dichte eines Stapels aus elektrochemischen Zellen als Integrationsprodukt von integrierten Zelleneinheiten realisiert werden können.
    • (4) Bei der vorliegenden Erfindung werden elektrochemische Zellen mit einer rohrförmigen Struktur im Submillimeterbereich mit Durchmessern von nicht mehr als 1,0 mm auf den Innenwänden der Durchgangslöcher des porösen Trägers gebildet. Infolgedessen ermöglicht die vorliegende Erfindung in einfacher Weise die Erzielung von hohen Porositäten jenseits der Grenzen, die durch das Problem der Zellenfestigkeit bei herkömmlichen rohrförmigen Zellen festgelegt werden.
    • (5) Das Basisskelett des Stapels aus elektrochemischen Zellen mit hoher Porosität kann selbst dann geformt werden, wenn der poröse Träger ein Luftelektrodenmaterial oder ein Brennstoffelektrodenmaterial aufweist. Infolgedessen kann ein kleiner Stapel aus elektrochemischen Zellen mit hoher Leistung in einfacher Weise erstellt werden.
    • (6) Ein elektrochemisches Reaktionssystem, wie beispielsweise eine Stromquelle o. ä., kann durch Kombination einer Vielzahl von Stapeln aus elektrochemischen Zellen, in denen elektrochemische Zellen integriert sind, hergestellt werden.
  • Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung von elektrochemischen Zellen, die in einem porösen Träger, der ein Elektrodenmaterial umfasst, ausgebildet sind, und von einem Stapel aus elektrochemischen Zellen als integriertes Produkt der elektrochemischen Zellen;
  • 2 eine schematische Darstellung von elektrochemischen Zellen, die in einem porösen Träger ausgebildet sind, der ein anderes Oxid als ein Elektrodenmaterial aufweist, und eines Stapels aus elektrochemischen Zellen als integriertes Produkt der elektrochemischen Zellen;
  • 3 das Aussehen eines porösen Trägers, der eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, hergestellt gemäß Beispiel 1;
  • 4 eine Querschnitts-SEM-Mikroaufnahme des porösen Trägers mit eine Vielzahl von Durchgangslöchern, hergestellt gemäß Beispiel 1;
  • 5 eine Querschnitts-SEM-Mikroaufnahme und ein vergrößertes Bild hiervon der auf den Innenwänden der Durchgangslöcher im porösen Träger von Beispiel 3 ausgebildeten Zellstruktur; und
  • 6 die Ergebnisse einer Messung der Leerlaufspannung in auf den Innenwänden der Durchgangslöcher im porösen Träger von Beispiel 3 ausgebildeten Zellen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend auf konkrete Weise anhand von Beispielen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf diese Beispiele beschränkt.
  • Beispiel 1
  • Durch Vermischen unter Erhitzen von 30 Gewichtsteilen Zirkoniumoxidpulver, 1 Gewichtsteil Agar und 30 Gewichtsteilen destilliertem Wasser wurde ein Schlamm hergestellt. Der Schlamm wurde in eine 15 mm × 15 mm × 15 mm Form gegossen, in der 10 × 10 (insgesamt 100) lange massive Zylinder mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einer Länge von 1 mm angeordnet waren, und wurde durch Gelieren bei Raumtemperatur geformt. Die Form wurde entfernt, und es wurde durch Trocknen in einem Kühlschrank ein poröses Formprodukt erhalten, das 100 Durchgangslöcher aufwies. Der Anteil des Gelierungsmittels im Formprodukt betrug 3 Gew.%.
  • Das Formprodukt wurde bei 1.300°C in Luft gebrannt, wodurch ein poröser Träger mit einer Porosität von 40 erhalten wurde. 3 zeigt das Aussehen des erhaltenen porösen Trägers. Wie 3 zeigt, besaß der Träger einen Außendurchmesser von 7,5 mm × 7,5 mm × 7,5 mm und einen Lochdurchmesser von 0,4 mm. Was die Durchgangslöcher betrifft, so zeigt 4 ein Querschnitts-SEM-Bild des porösen Trägers.
  • Beispiel 2
  • Durch Vermischen unter Erhitzen von 30 Gewichtsteilen Lanthanmanganatpulver, 1 Gewichtsteil Agar und 20 Gewichtsteilen destilliertem Wasser wurde ein Schlamm hergestellt. Der Schlamm wurde in eine 15 mm × 15 mm x 15 mm Form gegossen, in der 5 × 5 (insgesamt 25) massive Zylinder mit einem Durchmesser von 0,9 mm und einer Länge von 1 mm regelmäßig angeordnet waren, und wurde durch Gelieren bei Raumtemperatur geformt. Die Form wurde entfernt, und es wurde ein poröses Formprodukt mit 25 Durchgangslöchern durch Trocknen in einem Kühlschrank erhalten. Der Anteil des Gelierungsmittels im Formprodukt betrug 3 Gew.%. Das Formprodukt wurde in Luft bei 1.300°C gebrannt, wodurch ein poröser Träger mit einer Porosität von 47% erhalten wurde. Der Träger besaß einen Außendurchmesser von 10 mm × 10 mm × 10 mm und einen Lochdurchmesser von 0,6 mm.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ein Formprodukt mit Durchgangslöchern wurde erhalten, indem 9 Gewichtsteile Wasser 20 Gewichtsteilen Lanthanmanganatpulver und 3 Gewichtsteilen eines Zellulosepolymers zugesetzt wurden, wonach geknetet und stranggepresst wurde. Der Anteil des Zellulosepolymers im Formprodukt nach dem Trocknen in einer Kühlbox betrug 13 Gew.%. Das Formprodukt wurde bei 1.300°C in Luft gebrannt, so dass eine Lanthanmanganatkeramik mit einer Porosität von 16% erhalten wurde.
  • Die obigen Ergebnisse zeigen, dass die vorliegende Erfindung den Erhalt eines porösen Materiales mit hoher Porosität einer komplexen Form unter Verwendung von nur einer sehr geringen Menge an organischem Polymer im Vergleich zu dem Fall ermöglicht, bei dem ein Formprodukt durch Strangpressen hergestellt wird.
  • Beispiel 3
  • Die Innenwände der Durchgangslöcher des in Beispiel 2 beschriebenen porösen Lanthanmanganatträgers wurden mit einer Elektrolytschicht auf Ceriumoxidbasis versehen, die wiederum mit einer Ceriumoxid-Nickeloxid-Schicht für Brennstoffelektroden versehen wurde, wonach bei 1.300°C in Luft gebrannt wurde, um einen Stapel aus elektrochemischen Zellen zu erhalten. 5 zeigt eine Querschnitts-SEM-Mikroaufnahme sowie ein vergrößertes Bild hiervon der auf den Innenwänden der Durchgangslöcher ausgebildeten Zellenstruktur. Bei dem erhaltenen Stapel aus elektrochemischen Zellen begann die Reduktion in den Brennstoffelektroden auf der innersten Wand der Durchgangslöcher etwa 5 min nach der Infusion von Wasserstoffgas in die Durchgangslöcher, wobei eine Leerlauf- bzw. Ruhespannung von 0,8 V oder mehr nach etwa 15 min nach der Infusion von Wasserstoffgas in die Durchgangslöcher erhalten wurde, wie in 6 gezeigt, und zwar unter Bedingungen, die eine operative Temperatur von 450°C, mit Stickstoff verdünntes 30%iges Wasserstoffgas als Brennstoffgas und einen Brennstoffgasdurchsatz von 10 cm3/min umfassten.
  • Wie vorstehend beschrieben, betrifft die vorliegende Erfindung einen porösen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, einen Stapel aus elektrochemischen Zellen und ein elektrochemisches Reaktionssystem, das den porösen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte aufweist. Die Erfindung ermöglicht das Vorsehen und Herstellen eines porösen Trägers zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, wobei Durchgangslöcher in einem porösen Formprodukt ausgebildet sind, einer elektrochemischen Zelle, in der eine Elektrolytschicht und eine Elektrodenschicht auf die Innenwände der im porösen Träger ausgebildeten Durchgangslöcher aufgebracht sind, einen Stapel aus elektrochemischen Zellen, in den diese Zellen integriert sind, und ein elektrochemisches Reaktionssystem, das solche Zellenstapel umfasst. Die vorliegende Erfindung besitzt eine hohe technische Signifikanz, da sie eine neuartige elektrochemische Zelle oder einen neuartigen Stapel aus elektrochemischen Zellen vorsieht, die sowohl eine Größenreduktion als auch eine Integration mit höherer Dichte in der elektrochemischen Zelle oder dem Stapel aus elektrochemischen Zellen ermöglichen.
  • Zusammenfassung
  • Die Erfindung betrifft einen porösen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, der eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, einen Stapel aus elektrochemischen Zellen und ein elektrochemisches Reaktionssystem, die den porösen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner einen Träger zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, wobei eine Vielzahl von Durchgangslöchern, die in einem porösen Träger vorgesehen sind, als strukturelle Träger für elektrochemische Zellen wirkt, einen Stapel aus elektrochemischen Zellen, in dem elektrochemische Zelleneinheiten mit hoher Dichte unter Verwendung des porösen Trägers integriert sind, ein elektrochemisches Reaktionssystem, das den Stapel aus elektrochemischen Zellen aufweist, und ein Herstellverfahren hiervon. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaffung eines porösen Trägers zum Integrieren von elektrochemischen Zellen mit hoher Dichte, eines Stapels aus elektrochemischen Zellen und eines elektrochemischen Reaktionssystems, wobei gleichzeitig eine Größenreduzierung und eine Integration mit höherer Dichte des Stapels der elektrochemischen Zellen als Integrationsprodukt von Zelleneinheiten realisiert werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-201188 [0031]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - N. M. Sammes, Y. Du und R. Bove, J. Power Source, 145, 428–434 (2005) [0007]

Claims (13)

  1. Poröser Träger für elektrochemische Zellen mit (1) einem porösen Formprodukt, dessen Form durch eine dreidimensionale retikulierte Struktur, die durch ein Gelierungsmittel gebildet ist, aufrechterhalten wird, und (2) einem Durchgangsloch zum Aufbringen einer Elektrolytschicht und einer Elektrodenschicht.
  2. Poröser Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Durchgangslöchern aufweist.
  3. Poröser Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelierungsmittel eine organische Verbindung ist, die mindestens eine aus Agar, Agarose, Carrageenan, Xanthangummi und Gelatine ausgewählte Verbindung enthält.
  4. Poröser Träger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des porösen Trägers ein Oxid für Luftelektroden, das mindestens ein Element aus La, Mg, Ca, Sr, Mn, Co und Fe enthält, oder ein Verbundstoff oder Cermet, das mindestens ein Element aus Ni, Cu und Ag enthält, und ein Festelektrolytmaterial für Brennstoffelektroden ist.
  5. Poröser Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des porösen Trägers ein Isolationsoxid oder ein Kollektoroxid ist, das zwei oder mehr Elemente aus La, Cr, Ca, Sr, Ni und Mg enthält.
  6. Elektrochemische Zelle oder Stapel aus elektrochemischen Zellen, der ein integriertes Produkt der elektrochemischen Zelle aufweist, umfassend den porösen Träger gemäß Anspruch 1, wobei ein Elektrodenmaterial und zwei Schichten aus einem Elektrolytmaterial und einem Elektrodenmaterial auf der Innenwand eines Durchgangsloches im porösen Träger ausgebildet sind.
  7. Elektrochemische Zelle oder Stapel aus elektrochemischen Zellen, der ein integriertes Produkt der elektrochemischen Zelle aufweist, umfassend den porösen Träger nach Anspruch 1, wobei ein anderes Oxid als ein Elektrodenmaterial und drei Schichten eines Elektrodenmateriales, eines Elektrolytmateriales und eines anderen Elektrodenmateriales auf der Innenwand eines Durchgangsloches im porösen Träger ausgebildet sind.
  8. Elektrochemische Zelle oder Stapel aus elektrochemischen Zellen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Elektrolytmaterial um ein Mischoxid (Compoundoxid) handelt, das zwei oder mehr Elemente enthält, die ausgewählt sind aus Zr, Ce, Mg, Sc, Ti, Al, Y, Ca, Gd, Sm, Ba, La, Sr, Ga, Bi, Nb und W.
  9. Elektrochemische Zelle oder Stapel aus elektrochemischen Zellen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial ein Oxid für Luftelektroden oder ein Verbundstoff oder Cermet für Brennstoffelektroden ist.
  10. Elektrochemische Zelle oder Stapel aus elektrochemischen Zellen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial ein aktives Hilfsmaterial umfasst und dass das aktive Hilfsmaterial ein Metall ist, das mindestens ein Element aus Pt, Pd, Ag, Ba, Sr, Ca, Mg, K, Na, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Al, Ga, Nb, Ta, V und La enthält, oder ein Oxid ist, das ein oder mehrere der vorstehend genannten Elemente enthält.
  11. Elektrochemisches Reaktionssystem, das den gemäß den Ansprüchen 6 bis 10 definierten Stapel aus elektrochemischen Zellen als konstituierendes Element enthält.
  12. Verfahren zum Herstellen eines porösen Trägers für elektrochemische Zellen mit den folgenden Schritten: Gießen eines Keramikschlammes, der ein Elektrodenmaterial oder ein anderes Oxidpulver als ein Elektrodenmaterial und ein Geliermittel enthält, in ein Formwerkzeug, Gelieren des Schlammes und Erhalten danach eines Formproduktes durch Trocknen des Schlammes.
  13. Verfahren zum Herstellen des porösen Trägers nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formprodukt, das eine Vielzahl von darin parallel zueinander ausgebildeten Durchgangslöchern aufweist, mit Hilfe einer Form hergestellt wird, die eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Kernen aufweist.
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