WO2009043818A1 - Hilfsmittel zur elektrischen kontaktierung von hochtemperatur-brennstoffzellen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Hilfsmittel zur elektrischen kontaktierung von hochtemperatur-brennstoffzellen und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2009043818A1
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adhesive tape
aid
cell
nickel
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PCT/EP2008/062925
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Ines Becker
Cora Schillig
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to an aid for electrical contacting of high-temperature fuel cells, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an associated method for producing such an aid for electrical contacting, in particular of SOFC fuel cells.
  • the power of the generator should equal the sum of the power of each cell.
  • a typical SOFC generator is made up of several subunits, stacks or stacks.
  • the stacks are composed of bundles with individual SOFC cells.
  • EP 1 786 056 A1 already discloses methods and materials for electrically contacting electrodes to interconnector layers in solid electrolyte fuel cells, in which the materials are dissolved in epoxy resins and applied to the contact points. In this case, tapes or transfer films can be used.
  • US Pat. No. 6,379,831 discloses a high-temperature fuel cell in the form of an SOFC, which has tubular fuel cells which are contacted with each other via metal braids. After all, it's all about tubular fuel cells.
  • HPD High Power .Density
  • the fuel cell consists of adjacent ⁇ or triangular forms. By stacking such fuel cells a sufficient electrical contact is realized with the interposition of metallic mesh mesh or knitted fabric.
  • the invention relates to a double-sided adhesive metal strip, with which compared to the use of liquid adhesives, a significant simplification is achieved. It is particularly advantageous that a cost-effective production of the tape can be done without special tools and that can be done with the so-created contacting aid a simple application in the fuel cell stack.
  • the metal-base adhesive tape provided by the invention serves to improve the stack-up handling of a fuel cell system and to drastically reduce the cost of the connection between cell connectors and cells.
  • the material costs for the nickel adhesive used in the prior art can be lowered significantly.
  • the new nickel-based metal-based adhesive tape provides 60 to 80% cost reduction compared to the nickel epoxy.
  • the contacting agent according to the invention is therefore designed in particular as a nickel adhesive tape, which is double-sided adhesive.
  • a nickel adhesive tape which is double-sided adhesive.
  • the main advantages of the nickel adhesive tape compared to the conventional contacting methods are a better control of the layer thickness and a cleaner and more accurate application without curing time and the possibility of automation in a mass production of fuel cells.
  • HPD High Power .Density
  • ⁇ Delta
  • FIG. 1 shows a detail of a stack (stack) with a plurality of SOFC fuel cells of the ⁇ design and hollow cords for contacting
  • FIG. 2 shows the structure of a bundle with ⁇ 8 fuel cells and nickel rails for current discharge
  • FIG. 3 shows an enlargement from FIG. 1 with further details of the fuel cell and clarification of the tools for contacting
  • Figure 4 is an exploded view of the stages for the preparation of the contacting agent according to the invention.
  • FIG. 5 shows a nickel-ribbon hollow-cord connection for the intended use on the flank of an ⁇ 8 fuel cell with an enlarged metallographic micrograph of the metallic connection of the hollow cord to the nickel band.
  • FIGS. 1 to 3 will be described together.
  • FIGS. 1 and 2 eight ⁇ -channels 1 to 8 each form a ⁇ -cell 10.
  • Electrolyte and anode which are applied as functional layers on a ceramic body effective as a cathode, is referred to the relevant prior art.
  • the sequence of functional layers is illustrated in the enlarged view of FIG. There, reference numeral 15 denotes an interconnector, reference numeral 16 the electrolyte on the cathode support and reference numeral 17 the anode on the electrolyte 16. Otherwise, the functional layers are not shown separately in the figures, but are defined by the respective cell.
  • Nickel bars 31, 31 ' are arranged on both sides of the outer ⁇ cells. Between the lower and upper nickel rail 31, 31 'and the first or last cell is a nickel mats 25, 25' for mechanical damping while maintaining the electrical properties.
  • the individual delta cells 10, 10 ', 10 ", ... must be electrically contacted with one another, for which purpose suitable contact arrangements between the anode and the SOFC fuel cells usually present Interconnector must be provided. Secondary condition is that the electrical connection is such that mechanical forces can be absorbed during a long-term operation of the fuel cell system at changing temperature.
  • hollow cord is meant in particular a tubular knit, wherein the fabric has a free inner lumen for gas guidance and a predetermined wall thickness.
  • Such a knitted fabric can be manufactured automatically from metallic wires of predetermined diameter. Also wire spirals made of wires of predetermined diameter fall under the term "hollow cord”.
  • the wireforms 12, 12 ',... are arranged over the entire axial length of the HPD cells in the valleys of the ⁇ cells 1, 2,.
  • nickel or copper-based contact-making elements can be used for attachment of the hollow cords 12, 12 ', ... to the associated interconnector 15 on the one hand and the cell anodes 17 on the other hand.
  • a single turn is simplified as a single wire shown, which in this case forms the hollow cord, or consists of the tubular wire mesh.
  • the hollow cord and the surface of the delta cell are contacted with one another as a cell connector, for which purpose nickel epoxide, for example, is used in the prior art.
  • the primary requirement of the nickel adhesive is to produce a uniform electrical contact between the cell connectors and the cell anode 17 on the one hand and the interconnector 15 on the other hand and to minimize the voltage loss between cell connector and cell.
  • the bands run over the entire length of the HPD cells, ie for example 750 to 1000 mm or for example 750 to 1000 m.
  • the thin metal strips which have a thickness of at least 50 microns and have suitable electrical properties must be tacky on both sides before the temperature treatment in order to allow a tailor-made application.
  • the metal bands are manufactured as double-sided adhesive tape for this purpose.
  • An essential advantage of the double-sided adhesive tape is its easy handling, a homogeneous layer thickness and the resulting simple fixation of the cell connectors with the adhesive tape, which gives the cell structure a certain stability, without curing times would be necessary.
  • Commercially available nickel adhesive tapes in most cases have alloying agents and only a one-sided adhesive effect, which does not offer any progress to the nickel-epoxy for cell assembly.
  • Custom-made (rolled) nickel tapes with double-sided adhesive effect are considerably more expensive in comparison to nickel epoxy and too thick for their intended use.
  • the metal strip used here is designed as a double-sided adhesive tape, which is formed in the required layer thicknesses and in the desired tackiness. These properties can be achieved by various transfer and dispersion adhesives.
  • FIG. 4 shows the production of the double-sided nickel adhesive tape on the basis of partial figures a, b and c.
  • step a) nickel powder is slurried in distilled water with the aid of a dispersant and homogenized. After homogeneous mixing in the tumble mixer, is a dispersion adhesive (acrylate) was added, mixed again and the resulting slip on a transfer tape preciselyräkelt.
  • a dispersion adhesive acrylate
  • a dispersion adhesive 23 or a second transfer adhesive tape is once again scratched or glued onto the upper side, if required, in order to increase the adhesive capacity on this side.
  • a higher nickel content normally leads to a reduction in the adhesiveness, which leads to the necessity of applying an additional adhesive layer in a further step.
  • Part 4c) shows the finished adhesive tape, which after firing a porous body with a porosity between 40 and 80%, for example 50% realized.
  • double-sided nickel adhesive tapes in various lengths and widths can be produced in a simple manner.
  • Such adhesive tapes are particularly suitable for application in particular in ⁇ cells.
  • the necessary sintering process can take place "in situ", after which the required electrical and mechanical properties are achieved.
  • nickel adhesive tapes 20 produced by the method described can be advantageously used to construct SOFC fuel cells which are designed as HPD cells according to the ⁇ design. It is important to establish a permanent electrical connection between the formed as a hollow cord cell connector 13 and the fuel cell anode 17, to which the metal-adhesive tape 20 serves as an aid.
  • the micrograph shows in proper magnification that after sintering at about 1000 0 C, a material connection between at least one wire of the hollow cord 12 and the porous nickel region 20 and that therewith an electrical contact is achieved. Equally, however, the elastic properties of the cell compound are maintained to the required extent.
  • a confirmation of the required properties is carried out by electrical measurements.
  • electrical resistance measurement knitted hollow cords made of nickel wire were glued between two nickel components in delta geometry with the aid of the nickel adhesive tape and heated to 1000 ° C. The resistance measurement was carried out in a four-point measurement. The results confirm the achievement of the target value of 1 m ⁇ .

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein doppelseitig klebfähiges Metallbasisband zur Verwendung als Kontaktierungshilf smittel bei SOFC-Brennstoff zellen. Das neue Klebeband bedeutet eine signifikante Vereinfachung gegenüber der aktuellen Verwendung eines flüssigen Klebers. Die leichte und kostengünstige Herstellung ohne spezielles Werkzeug und die einfache Applikation in einem Brennstoff zellenstack, bieten eine gute Möglichkeit die Kosten beim Aufbau zu minimieren und eine großtechnische Produktion zu ermöglichen. Das doppelseitig klebfähige Metallbasis-Klebeband ist geeignet, den Aufbau von Zellbündeln zu vereinfachen. Die Vorteile des Metallbasisklebebandes gegenüber der herkömmlichen Kontaktierungen sind eine bessere Kontrolle der Schichtdicke, ein sauberer und genauerer Auftrag ohne Aushärtezeit und die Möglichkeit der Automatisie-rung bei einer großtechnischen Produktion.

Description

Beschreibung
Hilfsmittel zur elektrischen Kontaktierung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hilfsmittel zur elektrischen Kontaktierung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines solchen Hilfsmittels zur elektrischen Kontaktierung insbesondere von SOFC-Brennstoffzellen .
Für die Energieerzeugung mittels SOFC-Technologie müssen in einem Generator mehrere einzelne Zellen elektrisch leitend in Serie geschaltet werden. Die Anzahl der verwendeten Zellen bestimmt dann das elektrische Potential und damit die Leistung des Generators. Idealerweise soll die Leistung des Generators der Summe der Leistung der einzelnen Zellen entsprechen .
Ein typischer SOFC-Generator ist aus mehreren Untereinheiten, den Stapeln oder Stacks, aufgebaut. Die Stacks sind aus Bündeln mit einzelnen SOFC-Zellen zusammengestellt.
Beim Stand der Technik werden die einzelnen SOFC-Zellen mit Nickel-Kontaktierungen mit Hilfe eines Nickel-Epoxidharzes verklebt, was arbeitsaufwändig ist. Für SOFC-Generatoren in der MegaWatt (MW) -Klasse sind die Gesamtkosten für das Nickel- Epoxid und dessen Verarbeitung beträchtlich.
Problematisch ist bei diesem Klebesystem weiterhin die Kontrolle der Schichtdicke, ein schwieriger und unhandlicher Auftrag des Harzes und eine notwenige Aushärtezeit. Die bisherige manuelle Applikation ist nicht in einem großtechni- sehen Maßstab möglich. Eine für die Massenherstellung angestrebte Kostenreduzierung ist mit dieser Art der Kontaktierung kaum erreichbar. Aus der EP 1 786 056 Al sind bereits Methoden und Materialien zum elektrischen Kontaktieren von Elektroden zu Interkonnek- torschichten bei Festelektrolytbrennstoffzellen bekannt, bei denen die Materialien in Epoxidharzen gelöst und auf die Kon- taktstellen aufgebracht werden. Dabei können Bänder bzw. Transferfilme zum Einsatz kommen.
Des Weiteren ist aus der US 6 379 831 eine Hochtemperaturbrennstoffzelle in Form einer SOFC bekannt, die röhrenförmige Brennstoffzellen hat, welche über Metallgeflechte miteinander kontaktiert sind. Schließlich geht es dabei ausschließlich um tubuläre Brennstoffzellen. Aus der WO 2005/117192 Al ist die Konzeption von HPD (High Power .Density) -Brennstoffzellen und damit aufgebauten Brennstoffzellenanlagen bekannt, bei denen die Brennstoffzelle aus nebeneinander liegenden Δ- oder Triangelformen besteht. Durch Stapeln solcher Brennstoffzellen wird unter Dazwischenfügen von metallischen Mattengeflechten bzw. -gestricken eine hinreichende elektrische Kontaktierung realisiert. Kontaktierungen in Mattenform sind beispielsweise aus der DE 10 2004 047 761 Al bekannt, wobei es dort im Einzelnen darum geht, zunächst maschinell so genannte Gestricke herzustellen, die dann in entsprechende Kissenformen gefaltet werden, zwecks Verwendung der Kissen als als elastische Kontaktierungen zwischen einzelnen Brennstoffzellen .
Wie erwähnt sind für SOFC-Generatoren in der MW-Klasse die Gesamtkosten für das Nickel-Epoxid und dessen Verarbeitung nicht unbeachtlich. Es wird daher nach neuen Ansätzen bzw. nach Alternativen zur bisherigen Problemlösung gesucht, um kosteneffektive SOFC-Generatorsysteme produzieren zu können.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, geeignete Hilfsmittel zur Kontaktierung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen zu schaffen. Daneben sollen zugehörige Verfahren zur Herstellung dieser Kontaktierungsmittel bereitgestellt werden . Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ein zugehöriges Herstellungsverfahren ist im Anspruch 12 angegeben. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hilfsmittels und des zugehörigen Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche .
Gegenstand der Erfindung ist ein doppelseitig klebefähiges Metallband, mit dem gegenüber der Verwendung von flüssigen Klebern eine signifikante Vereinfachung erreicht wird. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass eine kostengünstige Herstellung des Bandes ohne spezielles Werkzeug erfolgen kann und dass mit dem so geschaffenen Kontaktierungs-Hilfsmittel eine einfache Applikation im Brennstoffzellenstack erfolgen kann.
Das Metallbasis-Klebeband, das mit der Erfindung geschaffen ist, dient insbesondere dazu, die Handhabung beim Stackaufbau einer Brennstoffzellenanlage zu verbessern und die Kosten für die Verbindung zwischen Zellverbindern und Zellen drastisch zu senken. Mit der Erfindung können die Materialkosten für den beim Stand der Technik verwendeten Nickel-Kleber nachdrücklich gesenkt werden. Vorteilhafterweise ergibt das neue mit Nickel realisierte Metallbasis-Klebeband im Vergleich zum Nickel-Epoxid eine 60 bis 80 %ige Kostenreduktion.
Das erfindungsgemäße Kontaktierungsmittel ist also insbesondere als Nickel-Klebeband ausgebildet, das doppelseitig klebefähig ist. Damit kann der Aufbau von Zellbündeln deutlich vereinfacht werden. Wesentliche Vorteile des Nickel-Klebe- bandes gegenüber den herkömmlichen Kontaktierungsmethoden sind eine bessere Kontrolle der Schichtdicke sowie ein sauberer und genauerer Auftrag ohne Aushärtezeit und die Möglichkeit der Automatisierung bei einer massentechnischen Produktion von Brennstoffzellen. Dies gilt insbesondere bei HPD- (High Power .Density) -Brennstoffzellen, beispielsweise im so genannten Delta (Δ) -Design . Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen .
Es zeigen in schematischer Darstellung
Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Stapel („Stack") mit mehreren SOFC-Brennstoffzellen vom Δ-Design und Hohl- schnüren zur Kontaktierung,
Figur 2 den Aufbau eines Bündels mit Δ8-Brennstoffzellen und Nickelschienen zur Stromableitung,
Figur 3 eine Vergrößerung aus Fig. 1/2 mit weiteren Einzelheiten der Brennstoffzelle und Verdeutlichung der Hilfsmittel zur Kontaktierung,
Figur 4 in einer Explosionsdarstellung die Stadien zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kontaktierungsmittels und
Figur 5 eine Nickelband-Hohlschnur-Verbindung für den bestim- mungsgemäßen Einsatz an der Flanke einer Δ8-Brenn- stoffzelle mit vergrößertem metallographischen Schliffbild der metallischen Anbindung der Hohlschnur an das Nickel-Band.
In den Figuren haben gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen. Insbesondere die Figuren 1 bis 3 werden gemeinsam beschrieben .
In einer parallelen deutschen Patentanmeldung der Anmelderin mit gleicher Priorität und der Bezeichnung „Brennstoffzellen- Anlage" wird eine Brennstoffzellenanlage beschrieben, die nach dem Δ-Prinzip aufgebaut ist und bei der so genannte Hohlschnüre in unterschiedlichster Ausbildung als Kontaktie- rungsmittel dienen. Eine solche Brennstoffzellenanordnung ist beispielhaft in Figur 1 dargestellt.
In den Figuren 1 und 2 bilden acht Δ-Kanäle 1 bis 8 jeweils eine Δ-Zelle 10. Zum Aufbau solcher Zellen aus Kathode, Elektrolyt und Anode, die als Funktionsschichten auf einem als Kathode wirksamen Keramikkörper aufgebracht sind, wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Die Abfolge der Funktionsschichten ist in der vergrößerten Darstellung der Figur 3 verdeutlicht. Dort bedeuten Bezugszeichen 15 einen Interkonnektor, Bezugszeichen 16 den Elektrolyten auf dem Kathodenträger und Bezugszeichen 17 die Anode auf dem Elektrolyten 16. Ansonsten sind die Funktionsschichten in den Figuren nicht separat dargestellt, sondern werden durch die je- weilige Zelle definiert.
Mehrere vom Stand der Technik bekannte HPD-Zellen im Δ-Design sind zu einem Bündel (englisch „bündle") verbunden und kontaktiert. Auf der Unterseite jeder HPD-Brennstoffzelle befin- det sich der Interkonnektor 15.
Beidseitig auf den äußeren Δ-Zellen sind Nickelschienen 31, 31' angeordnet. Zwischen unterer und oberer Nickelschiene 31, 31' und der ersten bzw. letzten Zelle befindet sich eine Ni- ckelmatte 25, 25' zur mechanischen Dämpfung bei Aufrechterhaltung der elektrischen Eigenschaften.
Zur bestimmungsgemäßen Funktion im kompletten Bündel müssen die einzelnen Delta-Zellen 10, 10', 10' ', ... elektrisch mit- einander kontaktiert werden, wozu jeweils geeignete Kontakt- Anordnungen zwischen der Anode und dem bei SOFC-Brennstoff- zellen üblicherweise vorhandenen Interkonnektor bereitgestellt werden müssen. Nebenbedingung ist dabei, dass die elektrische Verbindung dergestalt erfolgt, dass während eines Langzeitbetriebes der Brennstoffzellen-Anlage bei wechselnder Temperatur mechanische Kräfte aufgenommen werden können.
In der Figur 1 sind dafür jeweils in die Δ-Kanäle einzelne Drahtspiralen oder gefältelte Nickelgestricke, die Federwir- kung haben, als Hohlschnüre 12, 12', 12'', ... eingefügt, welche den elektrischen Kontakt zwischen den Zellen herstellen und gasdurchlässig sind. Unter dem Terminus „Hohlschnur" wird dabei insbesondere ein schlauchförmiges Gestrick verstanden, wobei das Gestrick ein freies Innenlumen zur Gasführung und eine vorgegebene Wandstärke aufweist. Ein solches Gestrick kann aus metallischen Drähten vorgegebenen Durchmessers automatisiert gefertigt werden. Auch Drahtspiralen aus Drähten vorgegebenen Durchmessers fallen unter den Terminus „Hohlschnur" .
Wesentlich ist also bei einer solchen Hohlschnur, dass einerseits hinreichende mechanische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Elastizität, realisiert sind und andererseits gute elektrische Kontaktierungseigenschaften gewährleistet werden. Weiterhin muss das innere Lumen zur Brenngasförderung geeignet sein, weshalb dazu insbesondere die gasdurchlässige Wandung der Hohlschnur von Vorteil ist.
In den Figuren 1 bis 3 sind die Drahtgebilde 12, 12', ... über die gesamte axiale Länge der HPD-Zellen in den Tälern der Δ- Zellen 1, 2, ... angeordnet. Zur Befestigung der Hohlschnüre 12, 12', ... an dem zugehörigen Interkonnektor 15 einerseits und den Zellanoden 17 andererseits, können kontaktherstellende Elemente auf Nickel- oder Kupferbasis verwendet werden.
In den Schnittdarstellungen der Figuren 1 bis 3 ist eine einzelne Windung vereinfacht als Einzeldraht dargestellt, welche in diesem Fall die Hohlschnur bildet, oder die aus dem schlauchartigen Drahtgestrick besteht. Dabei sind als Zellverbinder die Hohlschnur und die Oberfläche der Deltazelle miteinander kontaktiert, wozu beim Stand der Technik beispielsweise Nickelepoxid eingesetzt werden.
Primäre Anforderung an den Nickelkleber ist es, einen gleichmäßigen elektrischen Kontakt zwischen den Zellverbindern und der Zellanode 17 einerseits und dem Interkonnektor 15 andererseits herzustellen und den Spannungsverlust zwischen ZeIl- verbinder und Zelle zu minimieren.
Für den Aufbau eines Δ8-Zellbündels werden nunmehr die Ni- ckel-Hohlschnüre in den Tälern der ersten Δ-Zelle sowie dem Interkonnektor der zweiten Δ-Zelle mit einem dünnen, doppelseitig klebenden Nickelband fixiert, wie es in Figur 3 angedeutet ist. Für die beiden Flanken der Δ-Zelle werden Bänder von etwa 5 mm Breite, für den Interkonnektor der nächsten Zelle Bänder von etwa 150 mm Breite benötigt. Die Bänder verlaufen jeweils über die gesamte Länge der HPD-Zellen, d.h. beispielsweise 750 bis 1000 mm oder beispielsweise 750 bis 1000 m.
Zur bestimmungsgemäßen Verwendung müssen also die dünnen Metallbänder, die eine Stärke von wenigstens 50 μm haben und geeignete elektrische Eigenschaften aufweisen, vor der Temperatur-Behandlung beidseitig klebfähig sein, um eine passgenaue Applikation zu ermöglichen. Dafür werden die Metallbän- der als doppelseitiges Klebeband gefertigt.
Wesentlicher Vorteil des doppelseitigen Klebebandes ist dessen einfache Handhabung, eine homogene Schichtdicke sowie die dadurch einfache Fixierung der Zellverbinder mit dem Klebe- band, was dem Zellaufbau eine gewisse Stabilität verleiht, ohne dass etwa Aushärtzeiten notwendig wären. Kommerziell erhältliche Klebebänder aus Nickel haben in den meisten Fällen Legierungsstoffe und nur eine einseitige Klebewirkung, was für den Zellzusammenbau keinen Fortschritt dem Nickel-Epoxid gegenüber bietet. Individuell angefertigte (gewalzte) Nickel- Bänder mit doppelseitiger Klebewirkung sind im Vergleich zum Nickel-Epoxid erheblich teurer und für die bestimmungsgemäße Anwendung zu dick. Das hier verwendete Metallband ist als doppelseitig klebendes Band konzipiert, welches in den gefor- derten Schichtdicken und in gewünschter Klebrigkeit ausgebildet ist. Diese Eigenschaften können durch verschiedene Transfer- und Dispersionsklebstoffe erreicht werden kann.
In der Figur 4 ist die Herstellung des doppelseitigen Nickel- klebebandes anhand der Teilfiguren a, b und c dargestellt.
Hierzu wird im Schritt a) Nickel-Pulver in destilliertem Wasser mit Hilfe eines Dispergiermittels aufgeschlämmt und homogenisiert. Nach homogener Vermischung im Taumelmischer, wird ein Dispersionsklebstoff (Acrylat) zugegeben, nochmals gemischt und der so entstandene Schlicker auf ein Transferklebeband aufgeräkelt.
Nach Trocknen des Nickel-Acrylat-Films 21 wird im Schritt b) nach Bedarf nochmals ein Dispersionsklebstoff 23 oder ein zweites Transferklebeband auf die Oberseite aufgerakelt bzw. aufgeklebt, um die Klebefähigkeit auf dieser Seite zu erhöhen. Ein höherer Nickel-Anteil führt im Normalfall zur Sen- kung der Klebefähigkeit, was die Notwendigkeit des Aufbrin- gens einer zusätzlichen Klebschicht in einem weiteren Schritt nach sich zieht.
Nach dem Trocknen kann das Tape 20 in die benötigten Geomet- rien geschnitten werden und auf Delta-Zellen aufgeklebt werden. Teilfigur 4c) zeigt das fertige Klebeband, das nach dem Ausbrennen einen porösen Körper mit einer Porosität zwischen 40 und 80 %, beispielsweise 50%, realisiert.
Mit dem beschriebenen Verfahren können in einfacher Weise doppelseitige Nickel-Klebebänder in verschiedenen Längen und Breiten hergestellt werden. Solche Klebebänder eignen sich in besonderer Weise zur Applikation insbesondere bei Δ-Zellen. Dabei kann hier beim Aufbau der Brennstoffzelle der notwendi- ge Sintervorgang „in situ" erfolgen, wonach die geforderten elektrischen und mechanischen Eigenschaften erreicht sind.
Anhand Figur 5 wird aufgezeigt, dass mit dem beschriebenen Verfahren hergestellte Nickel-Klebebänder 20 vorteilhaft zum Aufbau von SOFC-Brennstoffzellen eingesetzt werden können, die als HPD-Zellen nach dem Δ-Design konzipiert sind. Dabei kommt es darauf an, eine dauerhafte elektrische Verbindung zwischen dem als Hohlschnur ausgebildeten Zellverbinder 13 und der Brennstoffzellenanode 17 herzustellen, wozu das Me- tallklebeband 20 als Hilfsmittel dient.
Das Schliffbild zeigt in sachgerechter Vergrößerung, dass nach einem Sintern bei ca. 10000C eine Materialverbindung zwischen wenigstens einem Draht der Hohlschnur 12 und dem porösen Nickelbereich 20 besteht und dass damit eine elektrische Kontaktierung erreicht ist. Gleichermaßen bleiben aber die elastischen Eigenschaften der Zellverbindung im geforder- ten Maße erhalten.
Eine Bestätigung der geforderten Eigenschaften erfolgt durch elektrische Messungen. Für die elektrische Widerstandsmessung wurden gestrickte Hohlschnüre aus Nickeldraht mit Hilfe des Nickel-Klebebandes zwischen zwei Nickel-Bauteile in Delta- Geometrie geklebt und auf 10000C aufgeheizt. Die Widerstandsmessung erfolgte in einer Vierpunkt-Messung. Die Ergebnisse bestätigen das Erreichen des Zielwertes von 1 mΩ.

Claims

Patentansprüche
1. Hilfsmittel zur elektrischen Kontaktierung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, bei denen die Anode einer ersten Brennstoffzelle mit dem Interkonnektor einer zweiten Brennstoffzelle über ein Kontaktierungselement verbunden wird, wobei ein Zellverbinder als Kontaktierungselement verwendet wird, gekennzeichnet durch ein doppelseitig klebendes Band (20) auf Metallbasis, das zur elektrischen Kontaktierung des Zellverbinders (12, 12', ...) mit der Anode (17) einerseits und dem Interkonnektor (15) der Brennstoffzelle (10, 10', 10'', ...) andererseits dient.
2. Hilfsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbasis-Klebeband (20) eine Dicke zwischen 50 und
250 μm hat.
3. Hilfsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbasis-Klebeband (20) eine Breite zwischen 2 und 200 mm, vorzugsweise 3 bis 150 mm, hat.
4. Hilfsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbasis-Klebeband (20) für die Flanke der Deltazelle
(1 - 8) ausgebildet ist und eine Breite von ca. 5 mm hat.
5. Hilfsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbasis-Klebeband (20) für die Grundfläche der Deltazelle (10, 10', 10'', ...) ausgebildet ist und eine Breite von ca. 150 mm hat.
6. Hilfsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbasis des Klebebandes
(20) Nickel (Ni), Kupfer (Cu) , Titan (Ti), Aluminium (Al) oder eine Legierung auf der Basis dieser Metalle ist.
7. Hilfsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbasis eine Nickel (Ni) -Chrom (Cr) -Legierung ist.
8. Hilfsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbasis eine Nickel (Ni) -Titan (Ti) -Legierung ist.
9. Hilfsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbasis eine Nickel (Ni) -Aluminium (Al) -Legierung ist.
10. Hilfsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder eine metallische Hohlschnur (12, 12', ...) ist .
11. Hilfsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder ein metallisches Mattengeflecht (25) ist.
12. Verfahren zur Herstellung des Hilfsmittels nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Metall-Pulver vorgegebener Körnung wird in destilliertem Wasser mit Hilfe eines Dispergiermittels zu einem Metall- schlicker homogenisiert, - es wird ein Dispersionsklebstoff zugegeben und mit dem Me- tallschlicker vermischt, die homogene Mischung wird als dünner Film (21) auf einem Transferklebeband (22) aufgebracht, nach dem Trocknen des Films wird eine zusätzliche Klebe- schicht (23) auf der Oberseite des Films aufgebracht, so dass ein doppelseitig klebendes Band oder eine doppelseitig klebende Folie (20) auf Metallbasis entsteht.
13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass als zusätzliche Klebeschicht Dispersionsklebstoff verwendet wird.
14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Klebeschicht eine zweite Transferklebstoffläge verwendet wird.
15. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösemittel Wasser, organische Lösemittel, z. B. Alkohole oder deren wässrige Mischungen, verwendet werden .
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Schichten durch Rakeln erfolgt.
17. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Schichten durch Foliengießen erfolgt.
18. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Schichten durch Siebdrucken erfolgt .
19. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallpulver Nickel- oder Kupfer-Pulver oder Legierungspulver auf der Basis dieser Metalle verwendet werden.
20. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet dass eine flexible, selbstklebende Metallfolie entsteht.
21. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet dass ein zwischen 10 und 75 μm dickes Transferklebeband verwendet wird.
22. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass der Feststoffgehalt der Dispersion zwischen 30 und 80 Gew.-% beträgt.
23. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet das ein Metallpulver mit einer mittleren Korngröße < 30 μm verwendet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der elektrischen Leitfähigkeit durch Temperaturbehandlung erfolgt.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sintern an Dual-Atmosphäre (erklären was Dual Atmosphäre ist!) bis 550°C an Luft zum Ausbrennen der organischen Be- standteile erfolgt.
26. Herstellungsverfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Temperaturbehandlung das metallische Klebeband als poröse Schicht zwischen der Anode der ersten Zelle und dem Interkonnektor der zweiten Zelle ansintert.
27. Herstellungsverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Sintern eine poröse Metallschicht mit 40 bis 80 % Porosität entsteht.
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