專利名稱：用于在高溫燃料電池的正極和內(nèi)部連接器之間導(dǎo)電連接的接觸元件的制作方法
用于在高溫燃料電池的正極和內(nèi)部連接器之間導(dǎo)電連接的
接觸元件本發(fā)明涉及一種用于在高溫燃料電池的正極和內(nèi)部連接器之間導(dǎo)電連接的接觸元件。在高溫燃料電池的情況下，通常將單個的燃料電池結(jié)合成堆并且將它們導(dǎo)電地彼此連接。為此，在各燃料電池的電極之間設(shè)置內(nèi)部連接器，這些內(nèi)部連接器也稱為雙極板。于是，電流可以從燃料電池的一個電極流向下一個燃料電池的極性相反的電極。然而因為需要燃料或者氧化劑能夠到達電極，所以為此需要滲透性或者穿透性， 這影響導(dǎo)電能力。于是，目前在電極和關(guān)聯(lián)的相應(yīng)內(nèi)部連接器之間使用不同配置的集電器。對此的例子是借助纖維形成的網(wǎng)或者集電器(DE 102 32 093 Al)。在高溫燃料電池情況下的另一普遍要考慮的問題是由于燃料電池的高的工作溫度導(dǎo)致的熱膨脹。出于該原因，通常針對燃料電池的所有主要的各元件，即電極、內(nèi)部連接器以及部分地還有集電器的材料選擇為使得考慮固體電解質(zhì)的熱膨脹系數(shù)。在此，僅僅應(yīng)當(dāng)允許小的偏差。形成正極和與其關(guān)聯(lián)的內(nèi)部連接器之間的導(dǎo)電連接的集電器通常由鎳制造。然而，鎳具有明顯更大的熱膨脹系數(shù)。在將高溫燃料電池從工作溫度冷卻到室溫的情況下，在正極接觸情況下形成長度差。這導(dǎo)致負(fù)極的陶瓷接觸部被施加以拉應(yīng)力并且在那里會撕裂接觸部。由此，形成電損耗并且降低了可實現(xiàn)的功率。減小這種用鎳構(gòu)建的、在正極和內(nèi)部連接器之間的導(dǎo)電連接的厚度也并不能實現(xiàn)目的，因為還必須借助鎳的可延展性來平衡機械應(yīng)力和制造公差。在借助網(wǎng)或者纖維形成正極和內(nèi)部連接器之間的接觸部的情況下，在燃料電池的工作期間也出現(xiàn)局部差異的變形，這導(dǎo)致出現(xiàn)具有升高的導(dǎo)電性的點狀區(qū)域，它們稱為“熱點”。大部分的電流在那里流動。如果在這些位置出現(xiàn)接觸部損毀，則必然得到的是，降低導(dǎo)電性并且增大電阻。這在再次啟動以前被關(guān)斷的燃料電池情況下產(chǎn)生特別不利的效果，因為至少在該時間期間在這樣構(gòu)建的集電器上并不存在如下接觸部通過該接觸部，在正極和內(nèi)部連接器之間可以流動局部的受限的大電流。因此，本發(fā)明的任務(wù)是，在高溫燃料電池的正極和關(guān)聯(lián)的內(nèi)部連接器之間實現(xiàn)更可靠的、長期穩(wěn)定的導(dǎo)電連接。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)借助具有權(quán)利要求1所述的特征的接觸元件來解決。本發(fā)明的有利的擴展方案和改進方案可以借助從屬權(quán)利要求中表明的技術(shù)特征來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的接觸元件借助兩個平面導(dǎo)電的子元件來形成。在此，一個子元件與正極觸碰接觸并且另外的子元件與相應(yīng)的內(nèi)部連接器觸碰接觸。在子元件中構(gòu)建有穿通部，燃料可以通過所述穿通部穿過接觸元件，并且接觸元件為此是可穿透的。兩個子元件由分別具有彼此不同的熱膨脹系數(shù)的材料形成。子元件并且由此整個接觸元件也可以是多孔的。接觸元件也可以由多于兩個的子元件形成。在此，應(yīng)當(dāng)類似地考慮熱膨脹系數(shù)。
由于子元件的不同的熱膨脹系數(shù)，在溫度改變時出現(xiàn)變形。由此，可以借助在接觸元件中引起的壓應(yīng)力來穩(wěn)定導(dǎo)電接觸部。它們分布在接觸元件的面上。由此，電流可以相應(yīng)更多局部分布地流經(jīng)正極和內(nèi)部連接器之間的可用的面。在變形時，在接觸元件上會形成突起部和凹入部，它們分布地設(shè)置在面上。在此， 優(yōu)選在穿通部的位置上出現(xiàn)凹入部。于是，在高溫燃料電池從工作溫度冷卻的情況下，可以利用出現(xiàn)的接觸元件的變形，其方式是通過變形將區(qū)域朝向正極擠壓以及將區(qū)域朝向內(nèi)部連接器擠壓。由此，可以改善電接觸。在每個另外的溫度改變情況下，都可以利用該效應(yīng)。形成兩個子元件的材料的熱膨脹系數(shù)于是應(yīng)當(dāng)彼此差異，使得膨脹之差至少為 lppm/K。這應(yīng)當(dāng)至少在700°C到高溫燃料電池的工作溫度之間的溫度范圍中得到保持。在子元件中形成的穿通部應(yīng)當(dāng)設(shè)置為使得接觸元件對于燃料是可穿透的，并且在一個子元件上的相應(yīng)的穿通部與另外的子元件的穿通部分別彼此相通。在選擇子元件的材料時以及在其設(shè)計時，可以考慮的是，在至少比高溫燃料電池的工作溫度低100K的溫度情況下，兩個子元件大小相同或者可以大小相同。有利的是，子元件關(guān)于其面的形狀和大小方面可以設(shè)計為使得它們在至少比高溫燃料電池的工作溫度低100K的溫度情況下以其外邊緣靠置在環(huán)繞構(gòu)建的邊緣元件上。然而，在正常室溫的情況下也可以已經(jīng)如此。然而，接觸元件的子元件也可以單獨地或者附加于前面說明地以其外邊緣環(huán)繞地以邊緣元件固定和/或至少在其外邊緣上彼此連接。借助這些措施，可以在溫度變化情況下在接觸元件的面上有利地實現(xiàn)本發(fā)明可用的變形。根據(jù)本發(fā)明的接觸元件應(yīng)當(dāng)可柔性變形并且透氣，為此可以借助可柔性變形的、 穿孔的膜來形成子元件。在此，子元件可以分別由不同的金屬或者其合金形成，所述金屬選自Ni、Cu、Fe 和Co。接觸元件的總厚度應(yīng)當(dāng)最大為2mm。根據(jù)本發(fā)明的接觸元件的兩個子元件可以具有不同的厚度。在此，可以考慮相應(yīng)的熱膨脹系數(shù)、機械特性(例如延展性)以及相應(yīng)的導(dǎo)電性。子元件的穿通部應(yīng)當(dāng)總計為正極和/或內(nèi)部連接器面的面積的20%至90%，優(yōu)選為40%至60%，以便保證進行充分的燃料交換以及可以保持高的導(dǎo)電性。穿通部應(yīng)當(dāng)規(guī)則地、彼此等間距地設(shè)置，并且分別相同地設(shè)計和形成輪廓，其中至少在中央?yún)^(qū)域應(yīng)當(dāng)滿足這一點。外部的邊緣必要時可以與其偏差或者可以完全沒有穿通部。具有較大的熱膨脹系數(shù)的子元件應(yīng)當(dāng)設(shè)置在接觸元件的朝向正極的側(cè)上，而具有較小的熱膨脹系數(shù)的子元件應(yīng)當(dāng)設(shè)置在接觸元件的朝向內(nèi)部連接器的側(cè)上。下面要示例性地進一步闡述本發(fā)明。其中

圖1示出了帶有根據(jù)本發(fā)明的接觸元件的高溫燃料電池的剖面圖，并且圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的接觸元件的一個例子的子元件的視圖。在圖1中，在剖面中示出了高溫燃料電池。在此，接觸元件1設(shè)置在內(nèi)部連接器3上，在該內(nèi)部連接器與正極2之間。在正極2上存在固體電解質(zhì)4和負(fù)極5。
接觸元件1在此借助兩個膜形成，其作為兩個子元件1. 1和1. 2。在此，設(shè)置在內(nèi)部連接器側(cè)的子元件1.1由純銅(在20°c時α = 16.5^10- -1)形成，并且其具有290 μ m 的厚度。設(shè)置在正極側(cè)的第二子元件1.2借助純鎳(在20°C時α = 13. Ο^ΙΟ^Γ1)構(gòu)成的 120 μ m厚的膜形成。
權(quán)利要求
1.一種用于在高溫燃料電池的正極和內(nèi)部連接器之間導(dǎo)電連接的接觸元件，所述接觸元件設(shè)置在正極和內(nèi)部連接器之間，其特征在于，接觸元件(1)借助兩個平面的導(dǎo)電的子元件(1. 1,1.2)來形成，并且一個子元件(1. 1) 與正極(2)觸碰接觸，而另外的子元件(1. 2)與相應(yīng)的內(nèi)部連接器(3)觸碰接觸；在子元件(1. 1,1.2)中構(gòu)建有穿通部；并且子元件(1.1，1.2)由具有彼此不同的熱膨脹系數(shù)的材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸元件，其特征在于，在子元件(1.1,1.2)中形成的穿通部設(shè)置為使得接觸元件(1)對于燃料是能穿透的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接觸元件，其特征在于，在至少比高溫燃料電池的工作溫度低100K的溫度情況下，子元件(1. 1，1. 2)大小相同。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，在至少比高溫燃料電池的工作溫度低100K的溫度情況下，子元件(1.1，1.2)以其外邊緣靠置在環(huán)繞構(gòu)建的邊緣元件上。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，接觸元件(1)的子元件(1.1， 1. 2)以其外邊緣環(huán)繞地與邊緣元件固定和/或至少在其外邊緣上彼此連接。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，接觸元件(1)可柔性變形。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，所述子元件(1.1,1.2)是可柔性變形的、穿孔的膜。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，子元件(1.1,1.2)由選自Ni、 Cu, Fe和Co的金屬或者這些金屬之一的合金形成。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，子元件(1.1)和(1. 2)具有不同的厚度。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，子元件(1.1，1.2)的穿通部總計為正極和/或內(nèi)部連接器面的面積的20%至90%。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，穿通部規(guī)則地、彼此等間距地設(shè)置，并且分別相同地設(shè)計和形成輪廓。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接觸元件，其特征在于，設(shè)置在陽極側(cè)上的子元件 (1.2)具有比設(shè)置在朝向內(nèi)部連接器(3)的側(cè)上的子元件(1. 1)更大的熱膨脹系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在高溫燃料電池的正極和內(nèi)部連接器之間導(dǎo)電連接的接觸元件。本發(fā)明的任務(wù)是，在高溫燃料電池的正極和關(guān)聯(lián)的內(nèi)部連接器之間實現(xiàn)更可靠的、長期穩(wěn)定的導(dǎo)電連接。根據(jù)本發(fā)明的接觸元件設(shè)置在高溫燃料電池的正極和內(nèi)部連接器之間。接觸元件借助兩個平面導(dǎo)電的子元件來形成。在此，一個子元件與正極觸碰接觸并且另外的子元件與相應(yīng)的內(nèi)部連接器觸碰接觸。在子元件中構(gòu)建有穿通部，并且子元件由具有彼此不同的熱膨脹系數(shù)的材料形成。
文檔編號H01M8/02GK102365777SQ201080013337
公開日2012年2月29日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者烏爾夫·維施克, 米哈爾斯·庫斯內(nèi)佐夫 申請人:攀時股份有限公司