DE102012219141A1

DE102012219141A1 - Chromium-resistant fuel cell system and method of operating the same

Info

Publication number: DE102012219141A1
Application number: DE201210219141
Authority: DE
Inventors: Andreas Schulze; Birgit Thoben
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-04-24
Also published as: EP2909884A1; KR102153881B1; KR20150073988A; WO2014060211A1

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem beschrieben mit einer Brennstoffzelleneinheit (12), umfassend mindestens eine Anode (46) und eine Kathode (42), die über einen Elektrolyten (16a–16d, 40, 52a–52c) miteinander in elektrischem Kontakt stehen, wobei die Anode (46) mit einem Brenngas beaufschlagt wird und die Kathode (42) mit einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere Luft, über luftführende Komponenten (18, 22) des Brennstoffzellensystems (10) beaufschlagt wird. Dabei ist zumindest im Bereich der luftführenden Komponenten (18, 22) ein Chromverbindungen absorbierendes oder adsorbierendes Material (24) vorgesehen, das in Kontakt mit dem der Kathode (42) zugeführten sauerstoffhaltigen Gasgemisch steht.A fuel cell system is described with a fuel cell unit (12) comprising at least one anode (46) and one cathode (42) which are in electrical contact with one another via an electrolyte (16a-16d, 40, 52a-52c), the anode (46) with a fuel gas and the cathode (42) with an oxygen-containing gas, in particular air, through air-carrying components (18, 22) of the fuel cell system (10). At least in the area of the air-carrying components (18, 22), a chromium compound absorbing or adsorbing material (24) is provided which is in contact with the oxygen-containing gas mixture supplied to the cathode (42).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betrieb desselben nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. The present invention relates to a fuel cell system and a method of operating the same according to the preamble of the independent claims.

Stand der Technik State of the art

Hochtemperaturbrennstoffzellen, wie beispielsweise Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) weisen in einer bevorzugten Ausführungsform tubulare, oxidkeramische Brennstoffzelleneinheiten auf, die beispielsweise beidseitig offen ausgeführt sein können, sodass Brenngas durch die rohrförmige Brennstoffzelleneinheit hindurchgeleitet werden kann. Alternativ können derartige Brennstoffzelleneinheiten auch an einer Endseite geschlossen ausgeführt werden, wobei dann das Brenngas vorzugsweise über eine Lanze in das Innere des Brennstoffzellentubus eingeleitet wird. Die Außenseite des jeweiligen Brennstoffzellentubus wird mit Luft umspült. Vorzugsweise fungiert der oxidkeramische Tubus als Festelektrolyt und ist auf seiner Innenseite mit einer schichtförmigen Anode und auf seiner Außenseite mit einer schichtförmigen Kathode belegt. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise der DE 10 2010 001 988 zu entnehmen. High-temperature fuel cells, such as solid oxide fuel cells (SOFC) have in a preferred embodiment, tubular, oxide ceramic fuel cell units, which may be open, for example open on both sides, so that fuel gas can be passed through the tubular fuel cell unit. Alternatively, such fuel cell units can also be designed to be closed on one end side, in which case the fuel gas is preferably introduced into the interior of the fuel cell tube via a lance. The outside of each fuel cell tube is lapped with air. Preferably, the oxide-ceramic tube acts as a solid electrolyte and is coated on its inside with a layered anode and on its outside with a layered cathode. Such an embodiment is for example the DE 10 2010 001 988 refer to.

Aufgrund der hohen Betriebstemperatur von SOFC-Brennstoffzellensystemen befindet sich der SOFC-Brennstoffzellenstack vorzugsweise in einem eigenen Gehäuse, der sogenannten „hot box“. Der SOFC-Brennstoffzellenstack wird vorzugsweise mit vorgewärmter Luft beaufschlagt, die eine Temperatur > 620 °C aufweist. Um die Aufwärmung der Luft zu gewährleisten, wird diese beispielsweise durch chromhaltige Stahlrohrleitungen bzw. chromhaltige Wärmetauscher geleitet und dann dem SOFC-Brennstoffzellenstack zugeführt. Beim Passieren chromhaltiger Stahlrohrleitungen bzw. chromhaltiger Wärmetauscher nimmt die zu erwärmende Luft in Abhängigkeit von Temperatur und Luftfeuchte Chromverbindungen auf, welche sie beispielsweise innerhalb des SOFC-Brennstoffzellenstacks an das Material der dort platzierten Kathoden wieder abgibt. Dabei resultiert eine Vergiftung der Kathoden des SOFC-Brennstoffzellenstacks. In der Folge kommt es zu einer Degradation des SOFC-Brennstoffzellenstacks und damit verbunden zu einer Leistungseinbuße desselben. Due to the high operating temperature of SOFC fuel cell systems, the SOFC fuel cell stack is preferably in its own housing, the so-called "hot box". The SOFC fuel cell stack is preferably charged with preheated air having a temperature> 620 ° C. To ensure the warming of the air, this is passed, for example, through chromium-containing steel pipes or chromium-containing heat exchangers and then fed to the SOFC fuel cell stack. When passing chromium-containing steel pipes or chromium-containing heat exchanger takes the air to be heated depending on temperature and humidity on chromium compounds, which it emits, for example, within the SOFC fuel cell stack to the material of the cathode placed there again. This results in poisoning of the cathodes of the SOFC fuel cell stack. As a result, there is a degradation of the SOFC fuel cell stack and thus associated with a performance penalty.

Zur Behebung dieses Problems ist es beispielsweise aus der JP 2008-147086 A bekannt, zur Vermeidung einer Chromvergiftung eines Brennstoffzellenstacks entsprechende Chromdämpfe negativ aufzuladen und dann in einer an einem Stackeingang angeordneten Chromfalle mit Hilfe entsprechender elektrischer Felder abzufangen. Diese Lösung ist jedoch mit einem gewissen technischen Aufwand verbunden. To remedy this problem, it is for example from the JP 2008-147086 A known to charge negative chromium vapors to prevent chromium poisoning of a fuel cell stack and then intercept in a arranged at a stack input chrome trap using appropriate electrical fields. However, this solution is associated with a certain technical effort.

Weiterhin ist der US 2005/0142398 A1 zu entnehmen, eine chrominduzierte Kathodenvergiftung bei Brennstoffzellen dadurch zu vermeiden, dass Beschickungsgase für den Kathodenbereich der Brennstoffzelle kontinuierlich auf einem extrem niedrigen Feuchtigkeitsniveau gehalten werden. Dies wird sowohl auf physikalischem als auch auf chemischem Weg erreicht. Auch diese Lösung ist technisch aufwändig. Furthermore, the US 2005/0142398 A1 to avoid chromium-induced cathode poisoning in fuel cells in that feed gases for the cathode region of the fuel cell are kept continuously at an extremely low level of moisture. This is achieved both physically and chemically. This solution is technically complex.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Brennstoffzellensystem bzw. ein Verfahren zum Betrieb desselben zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Chromvergiftung von Kathoden eines Brennstoffzellenstacks erfolgreich vermieden werden kann und somit eine Degradation des Brennstoffzellenstacks verhindert wird. It is therefore an object of the present invention to provide a fuel cell system or a method for operating the same in which chromium poisoning of cathodes of a fuel cell stack can be successfully avoided and thus degradation of the fuel cell stack is prevented.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb desselben mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche in vorteilhafter Weise gelöst. The problem underlying the invention is achieved by a fuel cell system or by a method for operating the same with the characterizing features of the independent claims in an advantageous manner.

Dies beruht insbesondere darauf, dass zumindest in einem Bereich des Brennstoffzellensystems, in dem einer Kathode des Brennstoffzellensystems ein sauerstoffhaltiges Gas wie beispielsweise Luft zugeführt wird, ein Material vorgesehen ist, das im sauerstoffhaltigen Gasstrom mitgeführte Chromverbindungen absorbiert bzw. adsorbiert. Auf diese Weise werden Chromverbindungen aus dem der Kathode zuzuführenden sauerstoffhaltigen Gasgemisch entfernt, bevor dieses in Kontakt mit der Kathode des Brennstoffzellensystems kommen kann. Dies ermöglicht eine Verhinderung einer Chromvergiftung der Kathode des Brennstoffzellensystems auf technisch einfachem und dennoch wirkungsvollem Wege. This is based in particular on the fact that at least in a region of the fuel cell system in which a cathode of the fuel cell system is supplied with an oxygen-containing gas such as air, a material is provided which absorbs or adsorbs chromium compounds entrained in the oxygen-containing gas stream. In this way, chromium compounds are removed from the cathode to be supplied oxygen-containing gas mixture before it can come into contact with the cathode of the fuel cell system. This allows prevention of chromium poisoning of the cathode of the fuel cell system in a technically simple yet effective way.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

So ist von Vorteil, wenn das chromabsorbierende Material Bestandteil einer Opferkathode ist, die im Lufteinlassbereich der Brennstoffzelle positioniert und mit einer Anode derart verbunden ist, dass an der Opferkathode ein entsprechend negatives Potenzial von beispielsweise 750 mV anliegt. It is advantageous if the chromium-absorbing material is part of a sacrificial cathode which is positioned in the air inlet region of the fuel cell and connected to an anode in such a way that a corresponding negative potential of, for example, 750 mV is applied to the sacrificial cathode.

Dabei wird die Opferkathode bzw. die elektrische Zelle, deren Bestandteil die Opferkathode ist, vorzugsweise nicht für die Bereitstellung elektrischer Leistung durch das Brennstoffzellensystem herangezogen, da sonst bei Degradation der Opferkathode eine Leistungseinschränkung des Brennstoffzellensystems die Folge wäre. Auf diese Weise dient die Opferkathode der Entfernung chromhaltiger Verbindungen aus einem sauerstoffhaltigen, der Brennstoffzelle zuzuführenden Gasgemisch, ohne dass deren Degradation zu einem Leistungsabfall der Brennstoffzelle führt. In this case, the sacrificial cathode or the electrical cell, whose component is the sacrificial cathode, preferably not used for the provision of electrical power by the fuel cell system, otherwise in degradation of the sacrificial cathode a performance limitation of the fuel cell system would be the result. In this way, the sacrificial cathode serves to remove chromium-containing compounds from an oxygen-containing gas mixture to be supplied to the fuel cell, without their degradation leading to a power loss of the fuel cell.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn das chromabsorbierende Material einem Material entspricht, das auch Bestandteil der Kathoden des Brennstoffzellensystems ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um (La, Sr)MnO₃ (LSM) oder um (La, Sr)(Co, Fe)O₃ (LSCF) handeln. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass chromhaltige Verbindungen, die mit einem sauerstoffhaltigen Gasstrom der Brennstoffzelle zugeführt werden, in dem Umfang im Bereich des chromabsorbierenden Materials gebunden werden, wie sie auch auf Oberflächen der Kathoden der Brennstoffzelleneinheit gebunden werden würden. Furthermore, it is advantageous if the chromium-absorbing material corresponds to a material which is also part of the cathodes of the fuel cell system. These may be, for example, (La, Sr) MnO ₃ (LSM) or (La, Sr) (Co, Fe) O ₃ (LSCF). In this way, it is ensured that chromium-containing compounds which are supplied with an oxygen-containing gas stream of the fuel cell are bound to the extent in the region of the chromium-absorbing material, as they would be bonded to surfaces of the cathode of the fuel cell unit.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bei einer in tubularer Form ausgeführten Brennstoffzelleneinheit mindestens ein Tubus anstatt mit einer Brennstoffzellenkathode insbesondere auf dessen Außenseite mit dem chromabsorbierenden Material belegt. Dies bietet den Vorteil, dass bei nahezu unveränderter Ausführung der Brennstoffzelle eine Eliminierung chromhaltiger Verbindungen in einem der Brennstoffzelleneinheit zugeführten sauerstoffhaltigen Gasgemisch bewirkt werden kann. According to a particularly advantageous embodiment of the present invention, in the case of a fuel cell unit designed in tubular form, at least one tube is occupied by the chromium-absorbing material, in particular on the outside thereof, instead of with a fuel cell cathode. This offers the advantage that, with an almost unchanged design of the fuel cell, elimination of compounds containing chromium in an oxygen-containing gas mixture supplied to the fuel cell unit can be effected.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das chromabsorbierende Material in Form einer austauschbaren Einheit innerhalb des Brennstoffzellensystems bzw. insbesondere innerhalb einer Brennstoffzelleneinheit des Brennstoffzellensystems positioniert. Dies ermöglicht einen Austausch des als sogenannter Getter fungierenden chromabsorbierenden Materials, ohne dass die Brennstoffzelleneinheit an sich ausgetauscht werden muss. According to a further particularly advantageous embodiment, the chromium-absorbing material is positioned in the form of an exchangeable unit within the fuel cell system or in particular within a fuel cell unit of the fuel cell system. This makes it possible to exchange the chromium-absorbing material, which acts as a so-called getter, without having to replace the fuel cell unit per se.

Zur Überwachung der Absorptionsfähigkeit bzw. -kapazität des chromabsorbierenden Materials wird dieses beispielsweise in geeigneter Weise vorzugsweise kontinuierlich auf dessen weitere Absorptionsfähigkeit für chromhaltige Verbindungen überprüft. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem das chromabsorbierende Material als Kathode geschaltet und dessen kathodisches Potenzial überwacht wird. Weicht dies über einen vorgegebenen Schwellenwert hinaus von einem ursprünglichen Wert ab, so wird auf eine zumindest weitgehende Belegung des chromabsorbierenden Materials mit chromhaltigen Verbindungen geschlossen und beispielsweise ein Austausch des chromabsorbierenden Materials veranlasst. Diese Ausführungsform trägt in technisch einfacher Weise zu einer hohen Betriebssicherheit der Brennstoffzelleneinheit bei. In order to monitor the absorption capacity of the chromium-absorbing material, it is checked, for example in a suitable manner, preferably continuously for its further absorption capacity for chromium-containing compounds. This can be done, for example, by switching the chromium-absorbing material as a cathode and monitoring its cathodic potential. If this deviates from an original value beyond a predetermined threshold value, it is concluded that chromium-containing compounds are at least largely occupied by the chromium-absorbing material and, for example, an exchange of the chromium-absorbing material is initiated. This embodiment contributes in a technically simple manner to a high reliability of the fuel cell unit.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden darauf bezugnehmenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. It shows:

1 einen schematischen Querschnitt einer Brennstoffzelleneinheit eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1 1 is a schematic cross section of a fuel cell unit of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention;

2 einen schematischen Querschnitt einer Brennstoffzelleneinheit eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 12 is a schematic cross section of a fuel cell unit of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention;

3 einen schematischen Längsschnitt einer Brennstoffzelleneinheit eines Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 3 a schematic longitudinal section of a fuel cell unit of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention

4 einen schematischen Längsschnitt einer Brennstoffzelleneinheit eines Brennstoffzellensystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 4 a schematic longitudinal section of a fuel cell unit of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention and

5 einen schematischen Querschnitt einer Brennstoffzelleneinheit eines Brennstoffzellensystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 a schematic cross section of a fuel cell unit of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Die in den 1 bis 4 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen, soweit nicht anders angegeben, stets funktionsgleiche Bau- bzw. Systemkomponenten. The in the 1 to 4 Unless stated otherwise, reference symbols used always refer to functionally identical structural or system components.

In 1 ist ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieses umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 12, die ihrerseits eine Vielzahl einzelner Brennstoffzellen umfasst, von denen exemplarisch die Brennstoffzellen 14a–14d mit Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Brennstoffzellen 14a–14d sind beispielsweise in Form von Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC) ausgeführt, die einen zylinderförmigen, einseitig geschlossenen keramischen Tubus 16a–16d umfassen. Der Tubus 16a–16d fungiert als Festelektrolyt, auf dessen Oberfläche entsprechende nicht dargestellte Anoden bzw. Kathoden der einzelnen Brennstoffzellen 14a–14d aufgebracht sind. In 1 is a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention. This includes a fuel cell unit 12 , which in turn comprises a plurality of individual fuel cells, of which, by way of example, the fuel cells 14a - 14d marked with reference numerals. The fuel cells 14a - 14d For example, they are designed in the form of high-temperature fuel cells (SOFC), which have a cylindrical, one-sided closed ceramic tube 16a - 16d include. The tube 16a - 16d acts as a solid electrolyte, on the surface thereof, not shown anodes or cathodes of the individual fuel cells 14a - 14d are applied.

Darüber hinaus umfasst die Brennstoffzelleneinheit 12 einen Lufteinlass 18 sowie einen Luftauslass 20. Über den Lufteinlass 18 wird die Brennstoffzelleneinheit 12 mit Luft versorgt, welche vorzugsweise die Außenflächen der als Tubus 16a–16d ausgeführten keramischen Elektrolyte umstreicht. Diese sind ihrerseits mit nicht dargestellten Kathoden der einzelnen Brennstoffzellen 14a–14d belegt. Die Luft wird abschließend über den Luftauslass 20 aus der Brennstoffzelleneinheit 12 abgeführt. In addition, the fuel cell unit includes 12 an air inlet 18 as well as an air outlet 20 , About the air intake 18 will the fuel cell unit 12 supplied with air, which preferably the outer surfaces of the tube 16a - 16d exported executed ceramic electrolytes. These are in turn with cathode, not shown, of the individual fuel cells 14a - 14d busy. The air is finally over the air outlet 20 from the fuel cell unit 12 dissipated.

Um zu verhindern, dass chromhaltige Verbindungen, die mit der über den Lufteinlass 18 zugeführten Luft in das Innere der Brennstoffzelleneinheit 12 und somit in Kontakt mit den Kathoden der einzelnen Brennstoffzellen 14a–14d gelangen können, ist vorzugsweise in Strömungsrichtung der Luft den Brennstoffzellen 14a–14d vorgelagert beispielsweise in einem Lufteingangsbereich 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 ein Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen vorgesehen. To prevent chromium containing compounds from entering via the air inlet 18 supplied air into the interior of the fuel cell unit 12 and thus in contact with the cathodes of the individual fuel cells 14a - 14d can reach, is preferably in the direction of flow of air to the fuel cell 14a - 14d upstream, for example, in an air intake area 22 the fuel cell unit 12 a means 24 intended to absorb chromium-containing compounds.

Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen beispielsweise als Beschichtung auf einer Wandung des Lufteingangsbereiches 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 ausgeführt. Diese Beschichtung enthält eine Substanz, die in der Lage ist, chromhaltige Verbindungen zu absorbieren. Bei dieser Substanz kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes Gettermaterial handeln, welches gegenüber in der der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführten Luft enthaltenen Chromverbindungen chemisch reaktiv ist und diese bindet. Dabei kann es sich zum Beispiel um (La, Sr)(Co, Fe)O₃ (LSCF), (La, Sr)CoO₃ (LSC), ein Lanthan-Strontium-Ferrit (LSF) oder um (La, Sr)MnO₃ (LSM) handeln. According to the in 1 illustrated embodiment is the means 24 for absorption of chromium-containing compounds, for example as a coating on a wall of the air inlet area 22 the fuel cell unit 12 executed. This coating contains a substance capable of absorbing chromium-containing compounds. This substance may, for example, be a so-called getter material which is opposite in the fuel cell unit 12 supplied chromium compounds is chemically reactive and binds them. These may be, for example, (La, Sr) (Co, Fe) O ₃ (LSCF), (La, Sr) CoO ₃ (LSC), a lanthanum strontium ferrite (LSF) or (La, Sr) MnO ₃ (LSM) act.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen als Kathode einer elektrochemischen Zelle geschaltet und wirkt insbesondere dann, wenn das Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen darüber hinaus zumindest ein Material enthält, wie es auch für die Kathoden der entsprechenden Brennstoffzellen 14a–14d verwendet wird, als Opferkathode. According to an alternative embodiment, the means 24 connected to the absorption of chromium-containing compounds as the cathode of an electrochemical cell and acts in particular when the agent 24 In addition, for the absorption of chromium-containing compounds contains at least one material, as well as for the cathodes of the corresponding fuel cells 14a - 14d is used as a sacrificial cathode.

Diese Wirkung beruht darauf, dass das als Opferkathode ausgeführte Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen noch vor den Kathoden der Brennstoffzellen 14a–14d der zugeführten Luft, die gegebenenfalls chromhaltige Verbindungen enthält, ausgesetzt ist und somit eine Vergiftung der Opferkathode eintritt, womit eine Vergiftung der Kathoden der Brennstoffzellen 14a–14d zumindest weitgehend vermieden wird. This effect is based on the fact that the means implemented as a sacrificial cathode 24 for absorption of chromium-containing compounds even before the cathodes of the fuel cells 14a - 14d the air supplied, which optionally contains chromium-containing compounds, is exposed and thus poisoning of the sacrificial cathode occurs, causing poisoning of the cathode of the fuel cell 14a - 14d at least largely avoided.

Weitere alternative Ausführungsformen dieses Ausführungsbeispiels sehen vor, dass das Mittel 24 chromhaltiger Verbindungen nicht als Schicht im Lufteingangsbereich 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 ausgeführt ist, sondern dass beispielsweise der Lufteingangsbereich 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 zumindest teilweise oder insgesamt aus einem Material zur Absorption chromhaltiger Verbindungen ausgeführt ist und somit als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen wirkt. Further alternative embodiments of this embodiment provide that the means 24 Chromium-containing compounds not as a layer in the air inlet area 22 the fuel cell unit 12 is executed, but that, for example, the air inlet area 22 the fuel cell unit 12 at least partially or wholly made of a material for absorption of chromium-containing compounds and thus as an agent 24 acts to absorb chromium-containing compounds.

Alternativ oder zusätzlich können auch luftführende Komponenten des Brennstoffzellensystems 10, die der Zuführung von Luft zu der Brennstoffzelleneinheit 12 dienen, ganz oder teilweise aus einem Chromverbindungen absorbieren Material ausgeführt sein oder mit einem solchen Material beschichtet sein und somit als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen herangezogen werden. Alternatively or additionally, air-carrying components of the fuel cell system can also be used 10 , the supply of air to the fuel cell unit 12 serve, be wholly or partly of a chromium compounds absorb material or be coated with such a material and thus as an agent 24 be used for the absorption of chromium-containing compounds.

Ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt. Dabei umfasst der Lufteingangsbereich 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen beispielsweise weitere Brennstoffzellen 14e–14h, die als elektrochemische Zellen betrieben werden und deren Kathoden aufgrund der Positionierung der weiteren Brennstoffzellen 14e–14h im Lufteingangsbereich 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 als Opferkathoden wirken. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die weiteren Brennstoffzellen 14e–14h auch statistisch verteilt innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 12 anzuordnen. A fuel cell system 10 according to a second embodiment of the present invention is in 2 shown. In this case, the air inlet area includes 22 the fuel cell unit 12 as a means 24 For absorption of chromium-containing compounds, for example, more fuel cells 14e - 14h , which are operated as electrochemical cells and their cathodes due to the positioning of the other fuel cells 14e - 14h in the air intake area 22 the fuel cell unit 12 act as sacrificial cathodes. Alternatively, it is also possible, the other fuel cells 14e - 14h also statistically distributed within the fuel cell unit 12 to arrange.

Dabei werden vorteilhafterweise als Chromverbindungen absorbierende Substanz des Mittels 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen Substanzen bzw. Materialien eingesetzt, wie sie auch üblicherweise für Kathoden entsprechender Brennstoffzellen bzw. Hochtemperaturbrennstoffzellen eingesetzt werden. Im Falle von Hochtemperaturbrennstoffzellen SOFC sind dies beispielsweise (La, Sr)MnO₃ (LSM) oder (La, Sr)(Co, Fe)O₃ (LSCF). Here are advantageously as the chromium compounds absorbing substance of the agent 24 For the absorption of chromium-containing compounds substances or materials used, as they are also commonly used for cathode of corresponding fuel cells or high-temperature fuel cells. In the case of high-temperature fuel cells SOFC, these are, for example, (La, Sr) MnO ₃ (LSM) or (La, Sr) (Co, Fe) O ₃ (LSCF).

Eine weitere Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist 3 zu entnehmen. Another embodiment of a fuel cell system according to the present invention is 3 refer to.

Dabei weist die Brennstoffzelleneinheit 12 weitere Brennstoffzelleneinheiten 14i, 14j auf. Die weiteren Brennstoffzellen 14i, 14j beinhalten je einen Elektrolytkörper 40, der hinsichtlich seiner geometrischen Ausgestaltung die mechanische Struktur der Brennstoffzellen 14i, 14j vorgibt. Der Elektrolytkörper 40 weist eine Wandstärke auf, die eine hinreichende Steifigkeit der Brennstoffzelle 14i, 14j bewirkt. Er ist bspw. aus einem entsprechenden keramischen Material ausgeführt, das, wie beispielsweise teil- oder vollstabilisiertes Zirkondioxid, für die Verwendung in Hochtemperaturbrennstoffzellen geeignet ist. In this case, the fuel cell unit 12 further fuel cell units 14i . 14j on. The other fuel cells 14i . 14j each contain an electrolyte body 40 in terms of its geometric configuration, the mechanical structure of the fuel cell 14i . 14j pretends. The electrolyte body 40 has a wall thickness that provides sufficient rigidity of the fuel cell 14i . 14j causes. It is embodied, for example, from a corresponding ceramic material which, for example, partially or fully stabilized zirconium dioxide, is suitable for use in high-temperature fuel cells.

Auf dem Elektrolytkörper 40 sind innenseitig und außenseitig Elektroden aufgebracht. So ist innenseitig ein erstes Elektrodenmaterial 46 vorgesehen, welches eine Anode bildet, und außenseitig ein zweites Elektrodenmaterial 42, das eine Kathode repräsentiert.On the electrolyte body 40 are applied inside and outside electrodes. So inside is a first electrode material 46 provided, which forms an anode, and on the outside a second electrode material 42 which represents a cathode.

Die gezeigte Brennstoffzelleneinheit 12 stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Merkmale der vorliegenden Erfindung auch auf Brennstoffzellen Anwendung finden, die als anoden- bzw. kathodengestützte SOFC – Brennstoffzellen ausgeführt sind. Dabei wird das Anoden- bzw. Kathodenmaterial selbst als ausgesteifter Körper ausgebildet, der die mechanische Gesamtstruktur der Brennstoffzelle bewirkt. Eine weitere Alternative besteht darin, dass die SOFC – Brennstoffzellen inert geträgert ausgeführt werden. The fuel cell unit shown 12 FIG. 12 illustrates only one embodiment of the present invention, the features of the present invention also being applied to fuel cells configured as anode and cathode based SOFC fuel cells, respectively. In this case, the anode or cathode material itself is formed as a stiffened body, which causes the mechanical structure of the fuel cell. Another alternative is that the SOFC fuel cells are carried inert supported.

Der Elektrolytkörper 40 ist als endseitig geschlossener Körper ausgeführt, wobei eine Kappe 48 vorgesehen ist, die das freie Ende des Elektrolytkörpers 40, das einem Flanschabschnitt 44 gegenüberliegend angeordnet ist, verschließt. The electrolyte body 40 is designed as a closed end body, with a cap 48 is provided, which is the free end of the electrolyte body 40 , which is a flange section 44 is arranged opposite, closes.

Die Brennstoffzelle 14i, 14j kann mit einem Brenngas, vorzugsweise mit Wasserstoff, betrieben werden, das über einen Zufuhrkanal 47 zunächst in einen Grundkörper 45 der Brennstoffzelleneinheit 12 und anschließend in eine Lanze 43 gelangt. Durch die Lanze 43 wird das Brenngas bis zum freien Ende des Elektrolytkörpers 40 geleitet und tritt dort aus der Lanze 43 aus. Das endseitig aus der Lanze 43 austretende Brenngas umspült nachfolgend das innen liegende erste Elektrodenmaterial 46. Außenseitig wird das als Kathode fungierende zweite Elektrodenmaterial 42 auf nicht näher gezeigte Weise mit Luft umspült. The fuel cell 14i . 14j can be operated with a fuel gas, preferably with hydrogen, via a feed channel 47 first in a basic body 45 the fuel cell unit 12 and then in a lance 43 arrives. Through the lance 43 the fuel gas is up to the free end of the electrolyte body 40 headed and steps out of the lance 43 out. The end of the lance 43 leaking fuel gas subsequently flows around the inner first electrode material 46 , On the outside, the second electrode material acting as the cathode becomes 42 lapped in a manner not shown in detail with air.

Um eine Vergiftung der Kathoden der Brennstoffzellen 14i, 14j zu verhindern, ist bspw. zumindest ein Teil der Kathoden in zwei Kompartimente unterteilt, die beispielsweise voneinander durch Isolationsschichten 45 elektrisch separiert sind, wobei ein beispielsweise der der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführten Luft am ehesten ausgesetzter Bereich der Kathode als Opferkathode und somit als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen ausgeführt ist. In diesem Fall ist als Opferkathode beispielsweise der dem geschlossenen Ende des als Elektrolyt dienenden Tubus 40 zugewandte Teil des zweiten Elektrodenmaterials 42 als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen ausgelegt, darüber hinaus können jedoch alternativ oder zusätzlich auch andere Bereiche der Kathode der Brennstoffzellen 14i, 14j als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen ausgeführt werden. In diesem Fall empfiehlt es sich, die als Opferkathode ausgeführten Bereiche der Kathoden separat elektrisch zu kontaktieren und jeweils zu einer elektrochemischen Zelle zu verschalten. Diese kann beispielsweise ein in Bezug auf die Kathoden der Brennstoffzellen 14i, 14j abweichendes, insbesondere negativeres Potential aufweisen. To poison the cathodes of fuel cells 14i . 14j For example, at least part of the cathodes is subdivided into two compartments, for example, separated from one another by insulating layers 45 are electrically separated, with an example of the fuel cell unit 12 supplied air most exposed area of the cathode as a sacrificial cathode and thus as a means 24 designed to absorb chromium-containing compounds. In this case, as the sacrificial cathode, for example, the closed end of serving as the electrolyte tube 40 facing part of the second electrode material 42 as a means 24 However, alternatively or additionally, other areas of the cathode of the fuel cell can be designed for absorption of chromium-containing compounds 14i . 14j as a means 24 be carried out for the absorption of chromium-containing compounds. In this case, it is advisable to contact the cathodes, which are designed as sacrificial cathodes, separately electrically and to interconnect in each case to form an electrochemical cell. This may be, for example, with respect to the cathodes of the fuel cells 14i . 14j have deviating, in particular negative potential.

Eine weitere Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt.Another embodiment of a fuel cell system according to the present invention is shown in FIG 4 shown.

Dabei weist die Brennstoffzelleneinheit 12 ebenfalls weitere Brennstoffzelleneinheiten 14i, 14j auf. Die weiteren Brennstoffzellen 14i, 14j beinhalten als Träger je einen inerten keramischen Körper 41, der hinsichtlich seiner geometrischen Ausgestaltung die mechanische Struktur der Brennstoffzellen 14i, 14j vorgibt. Der inerte keramische Körper 41 weist in diesem Fall eine Wandstärke auf, die eine hinreichende Steifigkeit der Brennstoffzelle 14i, 14j bewirkt. Er ist bspw. aus einem entsprechenden keramischen Material wie bspw. Aluminiumoxid ausgeführt. In this case, the fuel cell unit 12 also other fuel cell units 14i . 14j on. The other fuel cells 14i . 14j contain as carrier each an inert ceramic body 41 in terms of its geometric configuration, the mechanical structure of the fuel cell 14i . 14j pretends. The inert ceramic body 41 has in this case a wall thickness, which has a sufficient rigidity of the fuel cell 14i . 14j causes. It is, for example, made of a corresponding ceramic material such as, for example, aluminum oxide.

Auf dem inerten keramischen Körper 41 sind innenseitig Elektroden aufgebracht. So ist innenseitig ein erstes Elektrodenmaterial 46 vorgesehen, welches eine Anode bildet, und ein zweites Elektrodenmaterial 42, das eine Kathode repräsentiert. Zwischen dem ersten und dem zweiten Elektrodenmaterial 42, 46 befindet sich vorzugsweise eine Elektrolytschicht, die in ihrer Funktion dem Elektrolytkörper 40 des Ausführungsbeispiels gemäß 3 entspricht. Die aus dem ersten Elektrodenmaterial 46, dem Elektrolytkörper 40 und dem zweiten Elektrodenmaterial 42 gebildete Schichtfolge ist vorzugsweise so innenseitig und somit auf der dem Brenngas ausgesetzten Seite des inerten, keramischen Körpers 41 positioniert, dass das zweite, die Kathode bildende Elektrodenmaterial 42 flächig auf der Oberfläche des inerten, keramischen Körpers 41 angeordnet ist. On the inert ceramic body 41 On the inside electrodes are applied. So inside is a first electrode material 46 provided, which forms an anode, and a second electrode material 42 which represents a cathode. Between the first and the second electrode material 42 . 46 is preferably an electrolyte layer, which functions in the electrolyte body 40 of the embodiment according to 3 equivalent. The from the first electrode material 46 , the electrolyte body 40 and the second electrode material 42 The layer sequence formed is preferably on the inside and thus on the side exposed to the fuel gas of the inert, ceramic body 41 positioned that the second, the cathode forming electrode material 42 flat on the surface of the inert, ceramic body 41 is arranged.

Der inerte keramische Körper 41 ist dabei als endseitig geschlossener Körper ausgeführt, wobei eine Kappe 48 vorgesehen ist, die das freie Ende des Elektrolytkörpers 40, das einem Flanschabschnitt 44 gegenüberliegend angeordnet ist, verschließt. The inert ceramic body 41 is designed as a closed end body, with a cap 48 is provided, which is the free end of the electrolyte body 40 , which is a flange section 44 is arranged opposite, closes.

Die Brennstoffzelle 14i, 14j kann mit einem Brenngas, vorzugsweise mit Wasserstoff, betrieben werden, das über einen Zufuhrkanal 47 zunächst in einen Grundkörper 45 der Brennstoffzelleneinheit 12 und anschließend in eine Lanze 43 gelangt. Durch die Lanze 43 wird das Brenngas bis zum freien Ende des inerten keramischen Körpers 41 geleitet und tritt dort aus der Lanze 43 aus. Das endseitig aus der Lanze 43 austretende Brenngas umspült nachfolgend das innen liegende erste Elektrodenmaterial 46. The fuel cell 14i . 14j can be operated with a fuel gas, preferably with hydrogen, via a feed channel 47 first in a basic body 45 the fuel cell unit 12 and then in a lance 43 arrives. Through the lance 43 the fuel gas will reach the free end of the inert ceramic body 41 headed and steps out of the lance 43 out. The end of the lance 43 leaking fuel gas subsequently flows around the inner first electrode material 46 ,

Um eine Vergiftung der Kathoden der Brennstoffzellen 14i, 14j zu verhindern, ist auf der der zugeführten Luft ausgesetzten Außenseite des inerten keramischen Körpers 41 beispielsweise eine poröse Kathode als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen vorgesehen und dient als Opferkathode. Diese ist separat elektrisch kontaktiert und jeweils zu einer elektrochemischen Zelle verschaltet. Diese kann beispielsweise ein in Bezug auf die Kathoden der Brennstoffzellen 14i, 14j abweichendes, insbesondere negativeres Potential aufweisen. To poison the cathodes of fuel cells 14i . 14j to prevent is on the outside of the inert ceramic body exposed to the supplied air 41 for example, a porous cathode as an agent 24 intended to absorb chromium-containing compounds and serves as a sacrificial cathode. This is electrically contacted separately and connected in each case to form an electrochemical cell. These For example, with respect to the cathodes of the fuel cells 14i . 14j have deviating, in particular negative potential.

Eine fünfte Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt. A fifth embodiment of a fuel cell system according to the present invention is shown in FIG 5 shown.

Die Brennstoffzelleneinheit 12 umfasst dabei eine Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c, die zumindest bereichsweise auf einer ersten Großfläche, die beispielsweise die Innenseite eines durch die Elektrolytmembran 52 gebildeten Tubus bildet, mit dem als Anode fungierenden, vorzugsweise flächigen ersten Elektrodenmaterial 46 beschichtet ist. The fuel cell unit 12 includes an electrolyte membrane 52a . 52b . 52c at least partially on a first large area, for example, the inside of a through the electrolyte membrane 52 forms formed tube, with the acting as an anode, preferably flat first electrode material 46 is coated.

Weiterhin ist die Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c vorzugsweise auf ihrer der ersten Großfläche gegenüberliegenden zweiten Großfläche, die beispielsweise durch die Außenseite der in Form eines Tubus ausgeführten Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c gebildet ist, mit dem als Kathode fungierenden zweiten Elektrodenmaterial 42 zumindest bereichsweise beschichtet.Furthermore, the electrolyte membrane 52a . 52b . 52c preferably on its first large area opposite the second large area, for example, through the outside of the running in the form of a tube electrolyte membrane 52a . 52b . 52c is formed, with the second electrode material functioning as a cathode 42 at least partially coated.

Dabei bildet die Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c die Tragstruktur der Brennstoffzelleneinheit 12. Da die Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c weiterhin in ihrer Form vorzugsweise zumindest bereichsweise wellenförmig ausgeführt ist, besteht die Möglichkeit, beispielweise mittels geeigneter Interkonnektoren 54 jeweils die in das Innere des durch die Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c gebildeten Tubus weisenden Bereiche der Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c mit weiteren, diesen nach innen weisenden Bereichen gegenüberliegenden, ebenfalls nach innen weisenden weiteren Bereichen der Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c so zu verbinden, dass der aus der Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c gebildete Tubus in weitere, voneinander räumlich separierte Untereinheiten untergliedert wird, die ihrerseits jeweils einen abgeschlossenen Gasraum 58a, 58b, 58c, 58d in Form eines Tubus bilden. Alternativ kann anstatt einer wellenförmigen Grundstruktur der Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c auch eine wabenförmige Grundstruktur gewählt werden.In this case, the electrolyte membrane forms 52a . 52b . 52c the supporting structure of the fuel cell unit 12 , As the electrolyte membrane 52a . 52b . 52c Furthermore, it is preferably wavy in shape at least in regions, it is possible, for example by means of suitable interconnectors 54 each in the interior of the through the electrolyte membrane 52a . 52b . 52c formed tubus facing portions of the electrolyte membrane 52a . 52b . 52c with further, these inwardly facing areas opposite, also inwardly facing other areas of the electrolyte membrane 52a . 52b . 52c so connect that out of the electrolyte membrane 52a . 52b . 52c formed tube is subdivided into further, spatially separated subunits, which in turn each a closed gas space 58a . 58b . 58c . 58d form in the form of a tube. Alternatively, instead of a wavelike basic structure of the electrolyte membrane 52a . 52b . 52c also a honeycomb basic structure can be selected.

Auf diese Weise wird ein Verbund mehrerer Gasräume 58a, 58b, 58c, 58d erzeugt, deren Inneres in Kontakt mit einem als gemeinsame Anode fungierenden ersten Elektrodenmaterial 46 steht. Im Betrieb werden beispielsweise die inneren Gasräume 58a, 58b, 58c, 58d mit einem oxidierbaren, vorzugsweise gasförmigen Fluid wie beispielsweise Wasserstoff, Methan oder gasförmigem Methanol beschickt. Gleichzeitig wird beispielsweise die Außenfläche der mit dem zweiten, als Kathode fungierenden Elektrodenmaterial 42 versehene Elektrolytmembran 52a, 52b, 52c mit einem vorzugsweise gasförmigen Oxidationsmittel wie beispielsweise Luft oder reinem Sauerstoff in Kontakt gebracht, das in entsprechenden zweiten Gasräumen 54a, 54b, 54c, 54d geführt wird.In this way, a composite of several gas chambers 58a . 58b . 58c . 58d whose interior is in contact with a first electrode material functioning as a common anode 46 stands. In operation, for example, the inner gas spaces 58a . 58b . 58c . 58d with an oxidizable, preferably gaseous fluid such as hydrogen, methane or gaseous methanol. At the same time, for example, the outer surface of the electrode material acting with the second, acting as a cathode 42 provided electrolyte membrane 52a . 52b . 52c contacted with a preferably gaseous oxidizing agent such as air or pure oxygen, in corresponding second gas spaces 54a . 54b . 54c . 54d to be led.

Dabei kommt es zu einer elektrochemischen Umsetzung des in den inneren Gasräumen 58a, 58b, 58c, 58d geführten oxidierbaren Fluids unter Freisetzung eines elektrischen Stromflusses zwischen dem ersten und dem zweiten Elektrodenmaterial 46, 42, der durch eine geeignete externe Peripherie abgegriffen und genutzt werden kann. This results in an electrochemical conversion of the in the inner gas spaces 58a . 58b . 58c . 58d guided oxidizable fluid to release an electric current flow between the first and the second electrode material 46 . 42 which can be tapped and used by suitable external peripherals.

Um eine Vergiftung des als Kathoden der Brennstoffzelleneinheit 12 fungierenden zweiten Elektrodenmaterials 42 zu verhindern, sind die mit Luft beaufschlagten zweiten Gasräume 54a, 54b, 54c, 54d beispielsweise in ihrem lufteingangsseitigen Bereich mit einem hier nicht dargestellten Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen belegt. Dies kann, wie oben bereits beschrieben, in Form einer Beschichtung durch ein Gettermaterial für Chromverbindungen geschehen oder durch die Ausbildung einer entsprechenden Opferkathode. To a poisoning of the cathode of the fuel cell unit 12 acting second electrode material 42 to prevent are the second gas spaces acted upon with air 54a . 54b . 54c . 54d For example, in their air inlet side area with a means not shown here 24 occupied for the absorption of chromium-containing compounds. This can, as already described above, take place in the form of a coating by a getter material for chromium compounds or by the formation of a corresponding sacrificial cathode.

Um eine lange Laufzeit des Brennstoffzellensystems 10 zu gewährleisten, ist das Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen beispielsweise als austauschbare Einheit, und somit reversibel mit dem Brennstoffzellensystem 10 verbunden ausgeführt. Auf diese Weise kann nach einer Belegung des Mittels 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen mit Chrom oder Chromverbindungen dieses ausgetauscht und durch eine unverbrauchte Ausführungsform ersetzt werden. So kann beispielsweise der Lufteingangsbereich 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 als austauschbares Element reversibel mit der Brennstoffzelleneinheit 12 und/oder mit der Luftzufuhr 18 verbunden werden und zusammen mit dem darin positionierten Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen im Bedarfsfall ausgetauscht werden. Gleiches gilt auch, wenn beispielsweise der Lufteingangsbereich 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 oder die Luftzufuhr 18 selbst durch ein Material gebildet ist, das chromhaltige Verbindungen aus der zugeführten Luft absorbiert und somit als Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen ausgeführt ist. To a long running time of the fuel cell system 10 to ensure that is the means 24 for absorption of chromium-containing compounds, for example, as an exchangeable unit, and thus reversible with the fuel cell system 10 connected running. In this way, after an occupancy of the agent 24 for the absorption of chromium-containing compounds with chromium or chromium compounds this exchanged and replaced by an unspent embodiment. For example, the air intake area 22 the fuel cell unit 12 as an exchangeable element reversible with the fuel cell unit 12 and / or with the air supply 18 and together with the means positioned therein 24 If necessary, they can be exchanged for the absorption of chromium-containing compounds. The same applies if, for example, the air inlet area 22 the fuel cell unit 12 or the air supply 18 itself is formed by a material which absorbs chromium-containing compounds from the supplied air and thus as an agent 24 designed to absorb chromium-containing compounds.

Um den Zeitpunkt zu erkennen, an dem das Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen mit chromhaltigen Verbindungen zumindest weitgehend gesättigt ist, kann ein entsprechender Sensor beispielsweise im luftführenden System des Brennstoffzellensystems 10 dem Mittel 24 zur Absorption von chromhaltigen Verbindungen nachgeordnet positioniert sein, der beispielsweise die Konzentration an chromhaltigen Verbindungen in einem am Sensor vorbeiströmenden Gasgemisch detektiert. Als Sensor kann beispielsweise ein als Opferkathode geschaltetes Mittel 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen im Sinne der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, wobei das Potential der Opferkathode überwacht wird, und bei Abweichung des Potentials auf eine Belegung der Opferkathode des Sensors mit chromhalteigen Verbindungen geschlossen und der Austausch des Mittels 24 zur Absorption chromhaltiger Verbindungen veranlasst wird. To recognize the point in time at which the means 24 For absorption of chromium-containing compounds with chromium-containing compounds is at least largely saturated, a corresponding sensor, for example, in the air-bearing system of the fuel cell system 10 the means 24 be positioned downstream of the absorption of chromium-containing compounds, for example, detects the concentration of chromium-containing compounds in a flowing past the sensor gas mixture. As a sensor, for example, a switched as a sacrificial cathode means 24 for the absorption of chromium Connections are used in the context of the present application, wherein the potential of the sacrificial cathode is monitored, and closed in case of deviation of the potential on an occupancy of the sacrificial cathode of the sensor with chromium-containing compounds and the exchange of the agent 24 for the absorption of chromium-containing compounds is caused.

Brennstoffzellensysteme gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich vorteilhafter Weise einsetzen in Anwendungsgebieten für Hochtemperaturbrennstoffzellen SOFC wie beispielsweise in Anlagen zur Kraftwärmekopplung oder in Kraftwerken zur Stromerzeugung. Fuel cell systems according to the present invention can be advantageously used in applications for high-temperature fuel cells SOFC such as in cogeneration plants or in power plants for power generation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010001988 [0002]
JP 2008-147086 A [0004]
US 2005/0142398 A1 [0005]

Claims

Fuel cell system, in particular high-temperature fuel cell system, with a fuel cell unit ( 12 ) comprising at least one anode ( 46 ) and a cathode ( 42 ), which have an electrolyte ( 16a - 16d . 40 . 52a - 52c ) are in electrical contact with each other, the anode ( 46 ) is acted upon by a fuel gas and the cathode ( 42 ) with an oxygen-containing gas, in particular air, via air-carrying components ( 18 . 22 ) of the fuel cell system ( 10 ) is acted upon, characterized in that at least in the region of the air-conducting components ( 18 . 22 ) a chromium compounds absorbing or adsorbing material ( 24 ) which is in contact with the cathode ( 42 ) is supplied oxygen-containing gas mixture.

Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the chromium compounds absorbing or adsorbing material ( 24 ) Part of a in the air intake area ( 22 ) of the fuel cell unit ( 12 ) is positioned sacrificial cathode.

Fuel cell system according to claim 2, characterized in that the sacrificial cathode with an anode forms an electrical cell, which does not or only insignificantly in the provision of electrical power by the fuel cell system ( 10 ) is involved.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that as chromium compounds absorbing or adsorbing material ( 24 ) a material of the cathode ( 42 ) of the fuel cell system ( 10 ) is used.

Fuel cell system according to claim 4, characterized in that the chromium absorbing or adsorbing material ( 24 ) is a (La, Sr) MnO ₃ or a (La, Sr) (Co, Fe) O ₃ .

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that one with the fuel cell unit ( 12 ) connected supply line ( 18 ) for the supply of the oxygen-containing gas to the fuel cell unit ( 12 ) and / or the air intake area ( 22 ) of the fuel cell unit ( 12 ) for the oxygen-containing gas at least partly from the chromium absorbing or adsorbing material ( 24 ) is made.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that fuel cells ( 14a - 14j ) of the fuel cell unit ( 12 ) are in tubular form and that at least one tube ( 16a . 16b . 40 . 58a - 58d ) on its outside with the chromium absorbing or adsorbing material ( 24 ) is occupied.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the chromium absorbing or adsorbing material ( 24 ) in the flow direction of the fuel cell unit ( 12 ) supplied oxygen-containing gas mixture upstream of the fuel cell unit ( 12 ) is positioned.

Method for operating a fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that a monitoring of the capacity of a chromium-absorbing material ( 24 ), which in the area of the air-conducting components ( 18 . 22 ) of the fuel cell system ( 10 ) with respect to further absorption or adsorption of chromium or chromium-containing compounds.

Process according to claim 9, characterized in that the chromium absorbing or adsorbing material ( 24 ) is switched as a cathode and that when changing the cathode potential of this cathode beyond a predetermined threshold addition to an occupancy of the chromium absorbing or adsorbing material ( 24 ) is closed with chromium-containing compounds.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the chromium absorbing or adsorbing material as a replaceable unit within the fuel cell system ( 10 ) is arranged.

Use of a fuel cell system according to one of claims 1 to 8 in combined heat and power plants and / or SOFC stacks.