DE4340153C1 - Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtemperatur-Brennstoffzellen - Google Patents
Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtemperatur-BrennstoffzellenInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Kontak
tieren von Elektroden von Hochtemperatur-Brennstoffzellen,
insbesondere zur Zwischenlage zwischen den Elektroden und
den Bipolarplatten oder Trennplatten.
Hochtemperatur-Brennstoffzellen gibt es in unterschiedli
chen Gestaltungen. Hier sei als Beispiel auf die
WO-A-92/16029 verwiesen, in der als Hochtemperaturzwischenlage feder
wirkende keramische, gasdurchlässige Zwischenlagen vorge
sehen sind.
Es hat sich gezeigt, daß die Oberflachen gerade von Anoden
und Kathoden selbst bei größter Sorgfalt nicht immer so
plangefertigt werden können, daß sie elektrisch optimal
kontaktiert werden können. Darüber hinaus ist eine sehr
sorgfältige Bearbeitung einer Oberfläche in der Regel ver
gleichsweise kostenaufwendig.
Weitere Konstruktionen elektrochemischer Zellen sind bei
spielsweise aus der DE-A-41 20 359 oder der EP-A-0 329 161
bekannt. Aus der EP-A-0 308 761 ist ein Bauteil für den
Stromanschluß einer Batterie aus elektro-chemischen Zellen
bekannt, bei der zur Erhöhung des Kontaktierungsdruckes ein
mit Fluid füllbares Druckkissen vorgesehen ist, welches
Kontaktbleche beaufschlagt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit
der zum einen ein optimaler elektrischer Kontakt der Elek
troden erreicht wird, wobei zum anderen gleichzeitig eine
weniger exakte Oberflächengüte, z. B. der Anoden und Katho
den, in Kauf genommen werden kann, ohne daß es zu Nachtei
len in der Kontaktierung kommt.
Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird
diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sie
als elektrisch leitendes, elastisches und gasdurchlässiges
Kontaktkissen mit einer verformbaren Oberflächenstruktur
ausgebildet ist.
Mit dieser Kontaktkissenform werden eine ganze Reihe von
Vorteilen erreicht, da sie Unebenheiten an den Elektroden
oberflächen oder anderen elektrischen Kontakten durch die
elektrisch leitende, elastische und gasdurchlässige Kissen
struktur auffangen können, die Kontaktkissen können sich
den nicht zu vermeidenden Unebenheiten der Oberflächen ein
fach anpassen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
So kann beispielsweise erfindungsgemäß vorgesehen sein, als
Kissenfüllung einen hochelastischen Metallfilz oder ein Metallge
webe und/oder als Kissenbezug ein Metallgewebe, -gestrick,
-gewirk, ein Streckmetall oder perforiertes Blech od. dgl.
vorzusehen.
Gerade das Zusammenwirken zwischen elektrisch leitender
"Kissenfüllung" und elektrisch leitendem elastischen "Kis
senbezug" führt zu sehr guten Ergebnissen, wobei hier an
gemerkt sei, daß die Kissenfüllung nicht zwingend elek
trisch leitend sein muß, da ein fließender Strom in der Re
gel den Weg über den Kissenbezug nimmt, d. h. über die Ober
fläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Wegen der zum Teil erheblichen Betriebstemperaturen kann
auch vorgesehen sein, daß der Kissenbezug aus einem elek
trisch leitenden, bei Temperaturen von bis zu 900°C keine
Oxidschicht bildenden Material oder aus einem bei Tempera
turen bis zu 900°C ein elektrisch leitendes Oxid bildenden
Material gebildet ist.
Vorteilhafte Materialien für den Kissenbezug sind erfin
dungsgemäß beispielsweise Silber oder Edelmetall-Legierun
gen, Kupfer/Nickel od. dgl., während sich als Kissenfüllun
gen erfindungsgemäß Heizleiterlegierungen, Keramikfasern,
Keramik- oder Metallpulver od. dgl. anbieten.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der oben be
schriebenen Vorrichtung in einer Hochtemperatur-Brennstoff
zelle mit Elektroden und Bipolar- oder Trennplatten in ei
ner mehrfachen, wechselnden Folge, wobei mit dieser Verwen
dung ein optimaler flächiger Kontakt aufgebracht werden
soll. Zweckmäßig können dabei unterschiedliche Kontaktkis
sen für Anoden und Kathoden eingesetzt werden, d. h. Kon
taktkissen die ihrer Art nach, insbesondere in ihrer Geome
trie, ihrem Material, ihrer Machart bzw. ihrer Porösität,
unterschiedlich sind.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei
spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung einen Teil einer
Brennstoffzelle mit erfindungsgemäßem Kontaktkissen
sowie in
Fig. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Kontakt
kissens in entspannter Positionierung sowie in
Fig. 3 in gleicher Darstellung das Kontaktkissen in der Ge
brauchslage.
Der in Fig. 1 dargestellte Hochtemperatur-Brennstoffzellen
ausschnitt betrifft etwa eine Bauart, wie sie in der schon
eingangs erwähnten WO-A-92/16029 näher beschrieben ist. Von
links nach rechts in Fig. 1 dargestellt ist ein erfindungs
gemäßes Kontaktkissen 1 für die Brennstoffseite einer
Trennplatte 2 mit mehreren Funktionen, nämlich der Strö
mungsführung für Luft und Brennstoff, z. B. CH₄, ein weite
res ebenfalls mit 1 bezeichnetes erfindungsgemäßes Kontakt
kissen auf der Luftseite sowie daran anschließend eine
schematisch dargestellte Kathode 3, ein Elektrolyt 4 sowie
eine Anode 5.
Wie sich dies auch aus Fig. 1 und insbesondere aus den Fig.
2 und 3 ergibt, weist jedes Kontaktkissen 1 eine innere
Kissenfüllung 6 auf und einen mit 7 bezeichneten Kissenbe
zug, der elektrisch leitend ist, nachgiebig bzw. elastisch
und selbstverständlich auch gasdurchlässig ist. Die Füllung 6
ist dabei insbesondere elastisch und gasdurchlässig, sie
kann je nach Material elektrisch leitend sein.
Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, ist das Kontaktkissen
1 in der Lage, freie Oberflächen, in Fig. 2 und 3 übertrie
ben dargestellt und mit 8 bezeichnet, auszugleichen,
derart, daß sich insbesondere der Kissenbezug 7 vollständig
allen Unebenheiten der Oberflächenart angleicht.
Erkennbar ist es damit nicht notwendig, starre Bipolarplat
ten vorzusehen mit den eingangs beschriebenen Nachteilen,
daß diese ebenso absolut eben ausgebildet sein müssen wie
die Elektroden 3 bzw. 5.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der
Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den
Grundgedanken zu verlassen.
So kann, statt wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt,
der Kissenbezug nicht nur an zwei gegenüberliegenden Rand
bereichen zusammengefalzt sein, er kann auch umlaufend ge
schlossen ausgebildet sein oder als gefaltetes Blech oder
nur an einer Seite zusammengefügt sein u. dgl. mehr.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Kontaktieren von Elektroden von Hochtem
peratur-Brennstoffzellen, insbesondere zur Zwischenlage
zwischen den Elektroden und den Bipolarplatten oder Trenn
platten,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als elektrisch leitendes, elastisches und gasdurch
lässiges Kontaktkissen (1) mit einer verformbaren Oberflä
chenstruktur (7) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Kissenfüllung (6) ein hochelastischer Metallfilz
oder Metallgewebe vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Kissenbezug (7) ein Metallgewebe, -gestrick,
-gewirk, ein Streckmetall oder perforiertes Blech vorgese
hen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kissenbezug (7) aus einem elektrisch leitenden, bei
Temperaturen von bis zu 900°C keine Oxidschicht bildenden
Material oder aus einem bei Temperaturen bis zu 900°C ein
elektrisch leitendes Oxid bildenden Material gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrisch leitende Kissenbezug (7) eine Stromlei
tung von einer Kissenoberfläche um die Kissenfüllung herum
zur anderen Kissenoberfläche ermöglicht.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kissenbezug (7) aus wenigstens an einer Randseite
miteinander verbundenen Metallgeweben oder Streckmetallfo
lien gebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kissenbezug (7) aus einem Edelmetall, wie bei
spielsweise Silber oder Edelmetall-Legierungen, oder aus
Kupfer/Nickel gebildet ist, während die Kissenfüllung (6) aus
einer preiswerten Legierung, wie beispielsweise Heizleiter
legierungen, Keramikfasern, Keramikpulvern oder Metallpulvern
für sich alleine oder in Kombination besteht.
8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche zur Aufbringung optimaler flächiger Kontakte in
einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit Elektroden und Bi
polar- oder Trennplatten in einer mehrfachen, wechselnden
Folge.
9. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß in ihrer Art, insbesondere Geometrie, Material, Mach
art, Porösität, unterschiedliche Kontaktkissen (1) für die
Anode und die Kathode eingesetzt werden.
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ID=6503402
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