DE19841919A1

DE19841919A1 - Fuel cell module for, e.g., solid oxide fuel cell has soldered joints between the anodes and their current collectors

Info

Publication number: DE19841919A1
Application number: DE19841919A
Authority: DE
Inventors: Uwe Diekmann; Helmut Ringel; Jerzy Godziemba-Maliszewski
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1998-09-12
Filing date: 1998-09-12
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2018-09-13
Also published as: DE19841919C2

Abstract

A fuel cell module has an anode (12) fixed to its current collector (40) by a solder (38). An Independent claim is also included for production of a fuel cell module by applying solder (38) to the desired contact points on the anode (12) and/or its current collector (40), soldering the components together, assembling the fuel cells (10) and the current collectors (40) and sealing the gas spaces in front of the anodes (12) and cathodes (16). Preferred Features: The solder comprises a paste of iron, copper, nickel, silver or their oxides, preferably with titanium and/or titanium hydride addition.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Modul, das wenigstens eine Brenn stoffzelle aufweist, die an ihrer Anode und ihrer Kathode jeweils mit einem Stromabnehmer versehen ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a fuel cell module that has at least one burner has material cell, each with a on their anode and their cathode Pantograph is provided, and a method for its production.

In Brennstoffzellen wird die in dem Brennstoff gespeicherte chemische Energie direkt in elektrische Energie und Wärme umgewandelt. Als Brennstoffe kom men beispielsweise reiner Wasserstoff, Methanol oder Erdgas zum Einsatz, die in der Brennstoffzelle mit dem Oxidans, meist reiner oder der in Luft enthalte ne Sauerstoff, reagieren. Bei dieser Reaktion wird neben elektrischem Strom und Wärme noch Wasser erzeugt, bei den kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zu dem Kohlendioxid. Brennstoff und Oxidans werden auch unter dem Begriff Be triebsmittel zusammengefaßt.The chemical energy stored in the fuel is stored in fuel cells converted directly into electrical energy and heat. Com as fuels For example, pure hydrogen, methanol or natural gas can be used in the fuel cell with the oxidant, usually purer or contained in air ne oxygen, react. In this reaction, in addition to electric current and heat still creates water in the carbonaceous fuels the carbon dioxide. Fuel and oxidant are also called Be drive means summarized.

Die einzelne Brennstoffzelle weist eine Anode und eine Kathode auf, zwischen denen der Elektrolyt angeordnet ist. Der Brennstoff wird der Anodenseite, das Oxidans der Kathodenseite der Brennstoffzelle kontinuierlich zugeführt, die Reaktionsprodukte werden kontinuierlich abgeführt.The single fuel cell has an anode and a cathode, between which the electrolyte is arranged. The fuel becomes the anode side, that Oxidant continuously fed to the cathode side of the fuel cell, the Reaction products are continuously removed.

Die verschiedenen Typen von Brennstoffzellen werden gewöhnlich an Hand des verwendeten Elektrolyten eingeteilt. So wird beispielsweise bei der Fest oxid-Brennstoffzelle (auch bezeichnet als SOFC, Abkürzung für Solid Oxide Fuel Cell) eine Keramik als Elektrolyt eingesetzt. Im Gegensatz zu den meisten an deren Brennstoffzellen-Typen ist der Elektrolyt der Festoxid-Brennstoffzelle fest. Die Festoxid-Brennstoffzellen werden in der Regel bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 600 bis ungefähr 1000°C betrieben und werden daher auch als Hochtemperatur-Brennstoffzellen bezeichnet.The different types of fuel cells are usually described using the used electrolytes. For example, at the festival oxide fuel cell (also known as SOFC, short for Solid Oxide Fuel Cell) uses a ceramic as an electrolyte. Unlike most the fuel cell type is the electrolyte of the solid oxide fuel cell firmly. The solid oxide fuel cells are usually at temperatures in the Range from about 600 to about 1000 ° C and are therefore operated also known as high temperature fuel cells.

Werkstoffe für die Komponenten der Festoxid-Brennstoffzelle sind überwiegend Keramiken, deren gewünschte elektrische und elektrochemische Eigenschaften durch gezielte Kombination und Verarbeitung der Ausgangsstoffe erreicht wer den. Der Elektrolyt ist beispielsweise eine gasdichte Keramikschicht aus Yttri um-stabilisiertem Zirkondioxid (abgekürzt YSZ), das bei den erwähnten Be triebstemperaturen zwischen 600 und 1000°C eine hohe Leitfähigkeit für Sau erstoffionen besitzt. Im allgemeinen wird für die Anode ein Cermet aus Nickel und YSZ, für die Kathode ein Perowskit auf Basis von Lanthanmanganit (LaMnO₃) verwendet. Die Porosität der beiden Elektrodenschichten muß aus reichend hoch sein, damit bei Betrieb der Brennstoffzelle einerseits immer eine genügend große Gasmenge des Betriebsmittels zu der entsprechenden Grenz fläche Elektrode/Elektrolyt gelangen kann und andererseits die Reaktionspro dukte ungehindert entweichen können.The materials for the components of the solid oxide fuel cell are predominantly ceramics, the desired electrical and electrochemical properties of which are achieved through the targeted combination and processing of the starting materials. The electrolyte is, for example, a gas-tight ceramic layer made of yttrium-stabilized zirconium dioxide (abbreviated to YSZ), which has a high conductivity for oxygen ions at the operating temperatures between 600 and 1000 ° C. In general, a cermet made of nickel and YSZ is used for the anode, and a perovskite based on lanthanum manganite (LaMnO ₃ ) is used for the cathode. The porosity of the two electrode layers must be sufficiently high so that when the fuel cell is in operation, a sufficiently large amount of gas from the equipment can always reach the corresponding interface electrode / electrolyte and, on the other hand, the reaction products can escape unhindered.

Wenn der Brennstoffzelle die Betriebsmittel zugeführt werden, entstehen auf der Anode und der Kathode entgegengesetzte Ladungen, die mit Hilfe von Stromabnehmern abgegriffen werden. Ohne Stromfluß baut sich zwischen An ode und Kathode eine Zellspannung von ungefähr 1 V auf. Da dieser Wert für den praktischen Einsatz zu gering ist, werden mehrere Einzelzellen in einem Modul zusammengefaßt und elektrisch in Reihe geschaltet. Hierzu wird jeweils der Stromabnehmer einer Anode mit dem Stromabnehmer einer dieser Anode zugeordneten Kathode elektrisch verbunden.When the resources are supplied to the fuel cell, on arise opposite charges of the anode and the cathode, which are obtained by means of Pantographs are tapped. Without current flow builds up between An ode and cathode have a cell voltage of approximately 1 V. Because this value for the practical use is too small, several single cells in one Module combined and electrically connected in series. This is done in each case the pantograph of an anode with the pantograph of one of these anodes associated cathode electrically connected.

Das Zusammenfassen der einzelnen Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzel len-Modul erfolgt beispielsweise im Flachzellenkonzept dadurch, daß die Ein zelzellen in Form von Platten hergestellt und so aufeinandergestapelt werden, daß die Anode der einen Brennstoffzelle zur Kathode der nächsten Brennstoff zelle weist. Zwischen jeweils zwei benachbarten Einzelzellen ist ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement angeordnet, das die Anode der einen Einzelzelle mit der Kathode der anderen Einzelzelle elektrisch verbindet. Es umfaßt die Stromabnehmer für diese beiden Elektroden sowie zwischen den beiden Strom abnehmern eine elektrisch leitfähige, gasdichte Trennplatte. Dadurch werden zwischen Anode und Trennplatte einerseits und zwischen Kathode und Trenn platte andererseits voneinander getrennte Gasräume gebildet, so daß die Anode mit Brennstoff und die Kathode mit Sauerstoff versorgt werden kann, ohne daß sich die Betriebsmittel vermischen können. The combination of the individual fuel cells into a fuel cell len module takes place, for example, in the flat cell concept in that the one cell cells are produced in the form of plates and stacked on top of one another, that the anode of one fuel cell to the cathode of the next fuel cell points. There is an electrical one between each two neighboring individual cells Conductive connecting element arranged, the anode of a single cell electrically connected to the cathode of the other single cell. It includes the Current collector for these two electrodes and between the two current buy an electrically conductive, gas-tight partition plate. This will between anode and separating plate on the one hand and between cathode and separator plate on the other hand separate gas spaces formed so that the anode can be supplied with fuel and the cathode with oxygen without the equipment can mix.

Die Anoden- und die Kathodengasräume werden nach außen dadurch abge dichtet, daß eine Abdichtungsmasse die umlaufende Fuge zwischen Brennstoff zelle und Verbindungselement ausfüllt. Die Abdichtungsmasse ist in der Regel ein Glaslot, das beispielsweise aus Alkali-Silikat-Glas mit Zusätzen von MgO und YSZ besteht.The anode and cathode gas spaces are thereby removed from the outside seals that a sealing compound the circumferential joint between fuel Fills in the cell and connecting element. The sealing compound is usually a glass solder, for example made of alkali silicate glass with additions of MgO and YSZ exists.

Das Verbindungselement kann so ausgebildet sein, daß die Stromabnehmer und die Trennplatte als getrennte Bauteile vorliegen und dann lose aneinander lie gen oder miteinander befestigt sind, das Verbindungselement kann aber auch aus einem Stück bestehen.The connecting element can be designed so that the pantograph and the partition plate exist as separate components and then lie loosely together gene or are attached to each other, but the connecting element can also consist of one piece.

Aus der DE 44 10 711 C1 ist ein einteiliges Verbindungselement bekannt, das dort als Bipolarplatte bezeichnet wird. In jeder der beiden Hauptflächen des Verbindungselements sind mehrere parallele offene Kanäle durchgehend von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand ausgebildet. Das Verbindungs element liegt mit den die Kanäle begrenzenden Stegen oder Rippen an den zu einanderweisenden Elektroden zweier benachbarter Einzelzellen an. Die Stege stellen folglich die Stromabnehmer dar.From DE 44 10 711 C1 a one-piece connecting element is known is referred to there as a bipolar plate. In each of the two main areas of the Connecting element are several parallel open channels running through one edge to the opposite edge. The connection element lies with the webs or ribs bordering the channels facing electrodes of two adjacent single cells. The bridges therefore represent the pantographs.

Als Materialien für das Verbindungselement werden dort Cr-, Ni-Cr-, Fe-Cr-, Cr-Ni- und Cr-Fe-Legierungen offenbart, und als Beispiele werden oxiddispersi onsgehärtete (Oxide Dispersion Strengthened, abgekürzt ODS) Legierungen auf Eisenbasis oder auf Chrombasis angeführt.Cr-, Ni-Cr-, Fe-Cr-, Cr-Ni and Cr-Fe alloys are disclosed, and examples are oxide dispersi ons hardened (Oxide Dispersion Strengthened, abbreviated ODS) alloys Iron-based or chrome-based.

Aus der EP 0 446 680 A1 ist ein Verbindungselement bekannt, das aus drei Teilen besteht, nämlich einer glatten Trennplatte und zwei Stromabnehmern (dort als Stromkollektoren bezeichnet), die jeweils in Form von gewellten Bän dern vorliegen. Der kathodenseitige Stromabnehmer liegt mit seinen Wellen scheiteln an der zur Kathode weisenden Hauptfläche der Trennplatte an und ist durch Schweißpunkte an der Trennplatte befestigt. Auf die gleiche Weise liegt der anodenseitige Stromabnehmer mit seinen Wellenscheiteln an der anderen, zur Anode weisenden Hauptfläche der Trennplatte an und ist durch Schweiß punkte an der Trennplatte befestigt. Die Stromabnehmer wiederum liegen mit ihren übrigen, außenliegenden Wellenscheiteln an den entsprechenden zuein anderweisenden Elektroden zweier benachbarter Einzelzellen an.A connecting element is known from EP 0 446 680 A1, which consists of three Parts consist, namely a smooth partition plate and two pantographs (referred to there as current collectors), each in the form of corrugated banks there are. The current collector on the cathode side lies with its waves apex on the main surface of the separating plate facing the cathode and is attached to the partition plate by welding spots. The same way lies the pantograph on the anode side with its shaft apices on the other, to the anode facing main surface of the partition plate and is by sweat points attached to the partition plate. The pantographs are in turn their remaining, external wave crests to the corresponding one different electrodes of two adjacent single cells.

Die Trennplatte und der kathodenseitige Stromabnehmer bestehen dort aus ei ner Legierung auf Eisenbasis, beispielsweise mit der Zusammensetzung 20 Gew.-% Cr, 5 Gew.-% Al, 0,4 Gew.-% Mn, 0,5 Gew.-% Si, 0,05 Gew.-% C, Rest Fe, oder aus einer Superlegierung auf Nickelbasis, beispielsweise mit der Zu sammensetzung 16 Gew.-% Cr, 4,5 Gew.-% Al, 3 Gew.-% Fe, Rest Ni. Der an odenseitige Stromabnehmer besteht aus Nickel.The separating plate and the current collector on the cathode are made of egg ner iron-based alloy, for example with the composition 20 wt% Cr, 5 wt% Al, 0.4 wt% Mn, 0.5 wt% Si, 0.05 wt% C, balance Fe, or from a nickel-based superalloy, for example with the Zu composition 16% by weight Cr, 4.5% by weight Al, 3% by weight Fe, balance Ni. The one The pantograph on the side is made of nickel.

Auf den zur Kathode weisenden Wellenscheiteln des kathodenseitigen Strom abnehmers befinden sich poröse Tropfen oder Flecken aus Edelmetall, bevor zugt aus Pt oder Pd oder einer Pt- oder Pd-Legierung. Die Tropfen haften fest an dem Grundmaterial des Stromabnehmers und werden durch Sintern herge stellt. Die zur Anode weisenden Wellenscheiteln des anodenseitigen Stromab nehmers hingegen sind nicht mit einer derartigen Edelmetallauflage versehen.On the crest of the current on the cathode side facing the cathode there are porous drops or stains made of precious metal before made of Pt or Pd or a Pt or Pd alloy. The drops stick on the base material of the pantograph and are produced by sintering poses. The shaft crests of the anode-side downstream facing the anode nehmers, however, are not provided with such a precious metal layer.

Die EP 0 424 732 A1 offenbart ebenfalls ein dreiteiliges Verbindungselement, das demjenigen der EP 0 446 680 A1 ähnelt. Die Trennplatte besteht hier aus einer ODS-Ni-Cr-Legierung und trägt auf ihrer anodenseitigen Hauptfläche ei ne Plattierung aus Ni. Diese Nickelplattierung soll einen guten elektrischen Kontakt gewährleisten, insbesondere für gleitende Berührung mit dem anoden seitigen Stromabnehmer. Auf ihrer kathodenseitigen Hauptfläche trägt sie hin gegen eine Plattierung aus Edelmetall, bevorzugt aus Au oder Pt oder einer Le gierung aus diesen.EP 0 424 732 A1 also discloses a three-part connecting element, which is similar to that of EP 0 446 680 A1. The partition plate consists of an ODS-Ni-Cr alloy and bears on its anode-side main surface ne Ni plating. This nickel plating is said to be a good electrical Ensure contact, especially for sliding contact with the anode sided pantograph. It carries on its cathode-side main surface against plating made of precious metal, preferably made of Au or Pt or Le greed from these.

Sowohl der anodenseitige als auch der kathodenseitige Stromabnehmer ist dort wendel- oder wellenförmig ausgebildet und besteht aus einer ODS-Ni- oder ODS-Ni-Cr-Legierung. An den Kontaktflächen, an denen jeder Stromabnehmer an dem Verbindungselement oder der entsprechenden Elektrode anliegt, ist ei ne poröse oder eine zusammenhängende, mehr oder weniger dichte Edelmetall-Ober flächenschicht aus Au, Pt oder Pd oder einer Legierung aus mindestens zwei dieser Metalle vorhanden. Die Oberflächenschicht haftet fest an dem Stromabnehmer. Die poröse Oberflächenschicht wird durch Sintern hergestellt. Die zusammenhängende, mehr oder weniger dichte Oberflächenschicht wird auf elektrochemische Weise hergestellt.Both the anode-side and the cathode-side pantograph are there helical or wave-shaped and consists of an ODS-Ni or ODS-Ni-Cr alloy. At the contact areas where each pantograph abuts the connecting element or the corresponding electrode is ei ne porous or a coherent, more or less dense precious metal upper surface layer made of Au, Pt or Pd or an alloy of at least two of these metals exist. The surface layer adheres firmly to the Pantograph. The porous surface layer is produced by sintering. The coherent, more or less dense surface layer is on manufactured electrochemically.

Für einen sicheren und effektiven Betrieb des Brennstoffzellen-Moduls ist all gemein eine gute elektrische Kontaktierung zwischen den einzelnen Komponen ten von Bedeutung. Hierzu werden die zu kontaktierenden Komponenten zu sammengedrückt oder mit Hilfe von Kontaktschichten fest haftend miteinander verbunden.All is necessary for safe and effective operation of the fuel cell module common good electrical contact between the individual components important. For this, the components to be contacted are added compressed or firmly adhering to each other with the help of contact layers connected.

Die anodenseitige Kontaktierung, also die Kontaktierung zwischen der Anode einer Brennstoffzelle und dem anodenseitigen Stromabnehmer, erfolgt bei den oben erwähnten bekannten Brennstoffzellen-Stapeln entsprechend der zuvor erwähnten ersten Möglichkeit, nämlich dadurch, daß der ganze Stapel aus Brennstoffzellen und Verbindungselementen großflächig zusammengedrückt wird.The anode-side contact, that is, the contact between the anode a fuel cell and the anode-side pantograph, takes place at the known fuel cell stacks mentioned above according to the previously mentioned first possibility, namely in that the whole stack Fuel cells and connecting elements pressed together over a large area becomes.

Nachteilig ist dabei die ständig erforderliche Anpresskraft, die den konstrukti ven Aufwand vergrößert und zu einem erhöhten Platzbedarf des Stapels führt.A disadvantage is the constantly required contact pressure, which the constructi ven expenditure increases and leads to an increased space requirement of the stack.

Außerdem beginnt Nickel, das meist für die anodenseitigen Stromabnehmer verwendet wird, bei Temperaturen ab 800°C mehr und mehr zu kriechen, so daß, sobald der Brennstoffzellen-Stapel im Betrieb diese Temperaturen er reicht, die elektrische Kontaktierung mit der Zeit schlechter wird.Nickel also begins, mostly for the anode-side pantograph is used to crawl more and more at temperatures above 800 ° C, so that once the fuel cell stack is operating these temperatures he sufficient, the electrical contact deteriorates over time.

Zudem sind die Stromabnehmer aus Nickel im kalten Zustand, der beispiels weise beim Zusammensetzen des Stapels herrscht, sehr steif, so daß die sprö den Brennstoffzellen leicht durch die hohen mechanischen Belastungen zerbre chen können.In addition, the nickel pantographs are cold, for example wise when assembling the stack, very stiff, so that the brittle easily break up the fuel cells due to the high mechanical loads can.

Des weiteren sind die Edelmetalle, mit denen die Kontaktflächen der bekann ten Stromabnehmer beschichtet werden, sehr teuer. Furthermore, there are the precious metals with which the contact surfaces are known ten pantographs are coated, very expensive.

Entsprechend der zuvor erwähnten zweiten Möglichkeit der elektrischen Kon taktierung von Anode und Verbindungselement mit Hilfe einer Kontaktschicht ist an den gewünschten Kontaktstellen jeweils eine Kontaktschicht zwischen dem Verbindungselement und der Anode vorgesehen, die an diesen beiden Komponenten haftet.According to the aforementioned second possibility of electrical con Clocking of anode and connecting element using a contact layer there is a contact layer between each of the desired contact points the connecting element and the anode provided on these two Components is liable.

Es ist bekannt, für die Kontaktschichten den Werkstoff der Anode zu verwen den. Die Kontaktschichten werden als Paste, in der neben einem Binder die Ausgangsstoffe für die entsprechende Kontaktschicht enthalten sind, auf die gewünschten Kontaktstellen aufgebracht. Diese Paste sorgt beim Zusammen setzen des Brennstoffzellen-Stapels für den nötigen Toleranzausgleich und ver sintert beim thermischen Fügen des Stapels.It is known to use the material of the anode for the contact layers the. The contact layers are in the form of a paste in which the Starting materials for the corresponding contact layer are included on the desired contact points applied. This paste ensures when together setting the fuel cell stack for the necessary tolerance compensation and ver sinters when thermally joining the stack.

Die EP 0 556 532 A1 beschreibt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem metallischen Stromleiter und einer keramischen Komponente in Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Hilfe einer Kontaktschicht. Die Kontakt schichten werden durch Sintern aus einem pasteartigen Verbindungsmittel hergestellt, das aus keramischen, elektrisch leitenden Partikeln besteht. Als Verbindungsmittel werden Metalloxide mit der allgemeinen Formel A₂O₃ (bei spielsweise Fe₂O₃, dotiert mit Ti⁴⁺), Spinelle mit der allgemeinen Formel AB₂O₄ (beispielsweise FeFe₂O₄) und Perowskite mit der allgemeinen Formel ABO₃ (beispielsweise (La, Sr)MnO₃, (La, Sr)CrO₃, (La, Sr)CoO₃ oder (La, Ca)CoO₃) vorgeschlagen.EP 0 556 532 A1 describes an electrically conductive connection between a metallic current conductor and a ceramic component in high-temperature fuel cells with the aid of a contact layer. The contact layers are produced by sintering from a paste-like connecting agent, which consists of ceramic, electrically conductive particles. Metal oxides with the general formula A ₂ O ₃ (for example Fe ₂ O ₃ , doped with Ti ⁴⁺ ), spinels with the general formula AB ₂ O ₄ (for example FeFe ₂ O ₄ ) and perovskites with the general formula ABO are used as connecting agents ₃ (for example, (La, Sr) MnO ₃ , (La, Sr) CrO ₃ , (La, Sr) CoO ₃ or (La, Ca) CoO ₃ ).

Ein Nachteil der zuvor erwähnten bekannten Kontaktschichten besteht darin, daß die Sintertemperatur der verwendeten Werkstoffe über 1000°C liegt. Diese Temperaturen sind jedoch insbesondere für die Verbindungselemente aus den oben erwähnten Legierungen und die Abdichtungsmasse zu hoch, so daß das Aushärten der Paste bei niedrigerer Temperatur erfolgen muß. Dann ist aber das Sinterverhalten der Werkstoffe unzulänglich, so daß keine ausreichend fe ste Haftung der Kontaktschicht an Anode und Verbindungselement erzielt wer den kann. A disadvantage of the known contact layers mentioned above is that that the sintering temperature of the materials used is above 1000 ° C. This However, temperatures are particularly high for the fasteners from the Alloys mentioned above and the sealing compound too high, so that the The paste must be cured at a lower temperature. But then the sintering behavior of the materials is inadequate, so that no sufficient fe The adhesion of the contact layer to the anode and connecting element is achieved that can.

Diese Überlegungen gelten nicht nur für Brennstoffzellen-Stapel, sie lassen sich auch auf anders aufgebaute Brennstoffzellen-Module übertragen.These considerations not only apply to fuel cell stacks, they can be can also be transferred to differently constructed fuel cell modules.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellen-Modul der zu Beginn genannten Art zu schaffen, das eine dauerhafte, feste, einfach herzustellende und preiswerte Kontaktierung zwischen Anode und Stromabnehmer aufweist. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derar tigen Brennstoffzellen-Moduls zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the invention to provide a fuel cell module at the beginning to create the kind mentioned, which is a permanent, solid, easy to manufacture and inexpensive contact between anode and pantograph. It is also an object of the invention to provide a method for producing one of these to provide fuel cell module.

Diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellen-Modul gelöst, das wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist, die an ihrer Anode und ihrer Kathode jeweils mit einem Stromabnehmer versehen ist, wobei die Anode mit Hilfe eines Lotes an ihrem Stromabnehmer befestigt ist.This object is achieved by a fuel cell module, which at least has a fuel cell, each with its anode and its cathode a pantograph is provided, the anode using a solder her pantograph is attached.

Die Kontaktierung zwischen Anode und Stromabnehmer erfolgt somit über eine Lötverbindung, die sich durch ihre hervorragende elektrische Leitfähigkeit aus zeichnet. Zudem handelt es sich um eine stoffschlüssige Verbindung, so daß kein äußerer Druck auf das Modul erforderlich ist. Geeignete Lote lassen sich aus preiswerten Werkstoffen herstellen. Außerdem kann die Solidustemperatur des Lotes über einen großen Bereich hinweg durch entsprechende Änderung der Zusammensetzung an die jeweiligen Einsatzbedingungen, wie zum Beispiel die Fügetemperatur und die Betriebstemperaturen einer bestimmten Brennstoff zellen-Moduls angepaßt werden.The contact between the anode and the pantograph is thus via a Solder connection, which is characterized by its excellent electrical conductivity draws. In addition, it is a material connection, so that no external pressure on the module is required. Suitable solders can be manufacture from inexpensive materials. In addition, the solidus temperature of the solder over a large area by changing the Composition to the respective operating conditions, such as the Joining temperature and the operating temperature of a particular fuel cells module can be adjusted.

Vorzugsweise besteht das Lot im wesentlichen aus Eisen und/oder Kupfer und/oder Nickel und/oder Silber. Vorteilhafterweise enthält dieses Lot Titan und/oder Titanhydrid. Nickel ist im allgemeinen wegen seiner chemischen Ei genschaften sehr gut für die im Anodengasraum herrschende reduzierende At mosphäre geeignet, weist aber eine thermische Ausdehnung auf, die im Ver gleich zu dem keramischen Material der Anode zu hoch ist. Ein Lot, das neben Nickel auch Titanhydrid enthält, hat jedoch eine geringere thermische Ausdeh nung. The solder preferably consists essentially of iron and / or copper and / or nickel and / or silver. This solder advantageously contains titanium and / or titanium hydride. Nickel is generally because of its chemical egg properties very good for the reducing atom prevailing in the anode gas space suitable atmosphere, but has a thermal expansion, which in Ver is too high for the ceramic material of the anode. A lot that next Nickel also contains titanium hydride, but has less thermal expansion nung.

Das Modul weist vorzugsweise wenigstens zwei Brennstoffzellen auf, die als Stapel angeordnet sind, in dem jeweils zwei benachbarte Brennstoffzellen durch ein zwischen ihnen liegendes Verbindungselement, das die Stromabnehmer für die beiden zueinander weisenden Elektroden umfaßt, elektrisch zusammenge schaltet sind.The module preferably has at least two fuel cells, which as Stack are arranged, in each of which two adjacent fuel cells a connecting element between them that the pantograph for comprises the two mutually facing electrodes, electrically together are switched.

Die Brennstoffzellen können Hochtemperatur-Brennstoffzellen sein, die jeweils eine Anode aus Cermet und eine Kathode aus Keramik aufweisen, wobei die Stromabnehmer aus Metall oder einer Legierung bestehen.The fuel cells can be high temperature fuel cells, each have an anode made of cermet and a cathode made of ceramic, the Current collectors are made of metal or an alloy.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung zudem ein Verfahren zur Her stellung eines Brennstoffzellen-Moduls, das wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist, die an ihrer Anode und ihrer Kathode jeweils mit einem Stromab nehmer versehen ist, mit den Schritten vor, daß ein Lot an den gewünschten Kontaktstellen auf die Anode und/oder ihren Stromabnehmer gebracht wird; die Anode durch Löten an ihrem Stromabnehmer befestigt wird; die Brennstoffzel len und die Stromabnehmer in der gewünschten Anordnung zusammengesetzt werden; und die durch das Zusammensetzen vor den Anoden und den Kathoden entstehenden Gasräume abgedichtet werden.To achieve the object, the invention also proposes a method for manufacturing position of a fuel cell module, the at least one fuel cell has, each on its anode and its cathode with a downstream is provided with the steps before that a solder to the desired Contact points are placed on the anode and / or its current collector; the Anode is attached to its current collector by soldering; the fuel cell len and the pantographs assembled in the desired arrangement become; and that by assembling in front of the anodes and the cathodes emerging gas spaces are sealed.

Mit diesem Verfahren läßt sich das Modul einfach und preiswert herstellen. Es kann zudem leicht an die im Einzelfall vorgegebenen Rahmenbedingungen, wie zum Beispiel die für die einzelnen Komponenten verwendeten Materialien an gepaßt werden.With this method, the module can be manufactured easily and inexpensively. It can also easily adapt to the general conditions, such as for example the materials used for the individual components be fitted.

So kann beispielsweise das Abdichten mit Hilfe einer Abdichtungsmasse aus Glas oder Glaskeramik erfolgen, die während oder nach dem Zusammensetzen als Paste aufgebracht und dann zum Aushärten erhitzt wird.For example, sealing can be carried out using a sealing compound Glass or glass ceramics are made during or after assembly applied as a paste and then heated to harden.

In diesem Fall kann das Löten vor dem Zusammensetzen, wahlweise aber auch nach dem Abdichten erfolgen.In this case, the soldering can be carried out before assembly, but also optionally after sealing.

Im zweiten Fall erfolgt das Aushärten bevorzugt in oxidierender Atmosphäre und das Löten in reduzierender Atmosphäre. Dann ist es vorteilhaft, wenn nach dem Abdichten ein reduzierendes, wie zum Beispiel wasserstoffhaltiges, Gas in die Anodengasräume geleitet und die Temperatur in den Anodengasräumen über die Solidustemperatur des Lotes angehoben wird. Wenn nämlich Wasser stoff als Brennstoff für die Brennstoffzellen verwendet wird, dann kann dieser Wasserstoff als das reduzierende Gas dienen, so daß die Temperatur in den An odengasräumen durch den erstmaligen Betrieb des Moduls über die Solidus temperatur angehoben werden kann. Dadurch ist ein gesonderter Ofenzyklus nicht erforderlich.In the second case, curing takes place preferably in an oxidizing atmosphere and soldering in a reducing atmosphere. Then it is advantageous if after sealing a reducing gas such as hydrogen-containing gas the anode gas spaces and the temperature in the anode gas spaces is raised above the solidus temperature of the solder. If water material is used as fuel for the fuel cells, then this can Hydrogen serve as the reducing gas, so the temperature in the An Oven gas spaces through the first-time operation of the module via Solidus temperature can be raised. This is a separate oven cycle not mandatory.

Das Lot wird vorteilhafterweise als Paste aufgebracht, die im wesentlichen aus einem metallhaltigen Pulver und Bindemitteln besteht. Das Pulver kann we nigstens ein Metall und/oder wenigstens ein Metalloxid enthalten. Als Metall kommen vor allem Eisen, Kupfer, Nickel und Silber in Frage, als Oxid die ent sprechenden Oxide dieser Metalle. Außerdem kann das Pulver zusätzlich Titan und/oder Titanhydrid enthalten.The solder is advantageously applied as a paste, which consists essentially of a metal-containing powder and binders. The powder can we contain at least one metal and / or at least one metal oxide. As metal especially iron, copper, nickel and silver come into question as the oxide speaking oxides of these metals. The powder can also contain titanium and / or contain titanium hydride.

Das Lot wird als Paste aufgebracht, die im wesentlichen aus einem Pulver, das die einzelnen Inhaltsstoffe des Lotes in getrennter oder bereits legierter Form enthält, und geeigneten Bindemitteln besteht. Diese Paste kann dann auch durch ein automatisierbares Verfahren wie Maskendruck, Siebdruck oder der gleichen an den gewünschten Kontaktstellen auf die Stromabnehmer und/oder die Anode aufgebracht werden. Anode und Stromabnehmer werden dann auf einandergelegt und in einem Vakuumofen miteinander verlötet. Der Einsatz dieser Vakuumöfen ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Außerdem ist dieses Verfahren nur für die Brennstoffzellen geeignet, die nach ihrer Herstellung in einem reduzierten Zustand vorliegen, so daß die sehr viel günstiger herzustel lenden Brennstoffzellen, die nach ihrer Herstellung im oxidierten Zustand vor liegen, nicht verwendet werden können.The solder is applied as a paste, which consists essentially of a powder that the individual ingredients of the solder in separate or already alloyed form contains, and suitable binders. This paste can then also through an automated process such as mask printing, screen printing or the same at the desired contact points on the pantographs and / or the anode are applied. The anode and pantograph will then open laid one inside the other and soldered together in a vacuum oven. The stake However, this vacuum furnace is relatively complex. Besides, this is Process only suitable for the fuel cells that are manufactured in a reduced state, so that it is much cheaper to manufacture fuel cells that exist after their manufacture in the oxidized state lying, can not be used.

Damit auch diese oxidierten Brennstoffzellen günstig mit den Stromabnehmern verlötet werden können, wird vorgeschlagen, zunächst die Lotpaste wie oben beschrieben aufzubringen, dann das Brennstoffzellen-Modul zusammenzuset zen und die Gasräume abzudichten, und schließlich in einem letzten Schritt ein reduzierendes Gas in die Anodengasräume zu leiten und in dieser reduzieren den Atmosphäre das Löten durchzuführen. Durch das reduzierende Gas und die für das Erschmelzen der Lotpaste erforderliche Aufheizung werden die Oxid schichten auf der Anode und dem Stromabnehmer durch Reduktion abgebaut. Sobald die Solidus-Temperatur der Lotpaste erreicht wird, schmilzt zumindest eine Metallkomponente der Lotmischung, so daß sowohl die Anode als auch der Stromabnehmer, die mittlerweile reduziert sind, durch die Metallschmelze be netzt werden, wodurch ein fester stoffschlüssiger Lotverbund entsteht.This means that these oxidized fuel cells are also cheap with the pantographs can be soldered, it is suggested first the solder paste as above described, then assemble the fuel cell module zen and to seal the gas spaces, and finally in a final step to lead reducing gas into the anode gas spaces and reduce them in them to solder the atmosphere. Through the reducing gas and the the heating required for melting the solder paste becomes the oxide layers on the anode and the pantograph are degraded by reduction. As soon as the solidus temperature of the solder paste is reached, at least it melts a metal component of the solder mixture, so that both the anode and the Current collectors, which are now reduced, by the molten metal be networked, which creates a solid, cohesive solder bond.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.Preferred exemplary embodiments of the invention are described below of the accompanying drawings.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Festoxid-Brennstoffzelle; Fig. 1 is a schematic representation of a solid oxide fuel cell;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines einteiligen Verbindungsele ments; Fig. 2 is a perspective view of a one-piece Verbindungsele element;

Fig. 3 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellen-Aggregats, das einen Stapel aus Festoxid-Brenn stoffzellen und Verbindungselementen gemäß der Fig. 2 aufweist; und Fig. 3 is a partially broken perspective view of a fuel cell assembly having a stack of solid oxide fuel cells and connectors according to FIG. 2; and

Fig. 4 ist eine entlang der Linie IV-IV in der Fig. 3 geschnittene Detailan sicht des Stapels. Fig. 4 is a cut along the line IV-IV in Fig. 3 Detailan view of the stack.

Gemäß der Fig. 1 weist eine Festoxid-Brennstoffzelle 10 eine Anode 12, einen Elektrolyten 14 und eine Kathode 16 auf. Der Elektrolyt 14 ist eine gasdichte Keramikschicht aus YSZ, das aus ZrO₂ mit einem Zusatz von 8 Mol-% Y₂O₃ be steht. Die Anode 12 ist aus einem Ni-YSZ-Cermet, das aus den Ausgangsstoffen YSZ, das aus ZrO₂ mit einem Zusatz von 8 Mol-% Y₂O₃ besteht, und NiO her gestellt ist. Die Kathode 16 ist aus einem Perowskit auf Basis von Lanthan manganit der Zusammensetzung La_0,65Sr_0,35MnO₃. Die beiden Elektroden schichten sind gasdurchlässig, so daß bei Betrieb der Brennstoffzelle 10 der Wasserstoff zur Grenzfläche Anode/Elektrolyt und der Luftsauerstoff zur Grenzfläche Kathode/Elektrolyt jeweils in ausreichenden Mengen gelangen und andererseits das Reaktionsprodukt Wasser unbehindert entweichen können.According to FIG. 1, a solid oxide fuel cell 10 has an anode 12 , an electrolyte 14 and a cathode 16 . The electrolyte 14 is a gas-tight ceramic layer made of YSZ, which consists of ZrO ₂ with an addition of 8 mol% of Y ₂ O ₃ . The anode 12 is made of a Ni-YSZ cermet, which is made of the starting materials YSZ, which consists of ZrO ₂ with an addition of 8 mol% Y ₂ O ₃ , and NiO. The cathode 16 is made of a perovskite based on lanthanum manganite with the composition La _0.65 Sr _0.35 MnO ₃ . The two electrode layers are gas-permeable, so that when the fuel cell 10 is operating, the hydrogen reaches the anode / electrolyte interface and the atmospheric oxygen reaches the cathode / electrolyte interface in sufficient quantities and the reaction product water can escape unhindered.

Die gemäß Fig. 1 an der Grenzschicht Kathode/Elektrolyt aus dem kontinuier lich zugeführten Luftsauerstoff erzeugten O^2--Ionen wandern durch den Elek trolyten 14 zu der Grenzschicht Anode/Elektrolyt. Dort wird der Wasserstoff oxidiert und reagiert mit den O^2--Ionen zu Wasser, wobei neben der Reakti onswärme auch Elektronen freigesetzt werden. Diese fließen über einen zwi schen Anode 12 und Kathode 16 geschalteten Verbraucher zurück zur Kathode 16, wo sie neue O^2--Ionen bilden. Das an der Anode 12 entstandene Wasser liegt wegen der hohen Temperaturen als Dampf vor und wird, wie die in ihrem Sauerstoffgehalt verringerte Luft, an der Kathodenseite kontinuierlich abge führt.O in FIG. 1 generated at the boundary layer cathode / electrolyte from the kontinuier Lich air supplied oxygen ^2- ions migrate through the Elek trolyten 14 to the interface anode / electrolyte. There the hydrogen is oxidized and reacts with the O ^2- ions to form water, which in addition to the heat of reaction also releases electrons. These flow through an inter mediate anode 12 and cathode 16 connected consumers back to the cathode 16 , where they form new O ^2- ions. The water formed at the anode 12 is in the form of steam because of the high temperatures and, like the air which is reduced in its oxygen content, leads continuously to the cathode side.

In der Fig. 1 ist der Aufbau einer planaren Festoxid-Brennstoffzelle 10 gemäß dem Substratkonzept gezeigt, bei dem das die mechanische Stabilität der Ein zelzelle 10 gewährleistende Substrat eine 2000 µm dicke Anode 12 ist. Auf die ses Anoden-Substrat 12 wird die Elektrolytschicht 14 mit 20 µm Dicke und dar auf die Kathodenschicht 16 mit 50 µm Dicke aufgebracht.In Fig. 1 shows the structure of a planar solid oxide fuel cell 10 is shown according to the substrate concept, in which the mechanical stability of the A zelzelle 10 ensuring substrate a 2000 .mu.m-thick anode 12 is. The electrolyte layer 14 with a thickness of 20 μm is applied to the anode substrate 12 and onto the cathode layer 16 with a thickness of 50 μm.

Die Fig. 2 zeigt ein plattenförmiges Verbindungselement 18, das aus einer Ei senlegierung mit einem Gehalt an 0 bis 0,12 Gew.-% Kohlenstoff, 17 bis 19 Gew.-% Chrom, 0 bis 1 Gew.-% Mangan, 0,7 bis 1,2 Gew.-% Aluminium und 0,7 bis 1,4 Gew.-% Silizium hergestellt ist. Fig. 2 shows a plate-shaped connecting element 18 which senlegierung of an egg with a content of 0 to 0.12 wt .-% of carbon, 17 to 19 wt .-% of chromium, 0 to 1 wt .-% manganese, 0, 7 to 1.2 wt .-% aluminum and 0.7 to 1.4 wt .-% silicon is made.

Der Grundriß des Verbindungselements 18 gleicht im wesentlichen dem der Einzelzellen 10, in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist er qua dratisch, er kann aber auch eine andere Form haben. Die beiden quadratischen Hauptflächen 20, 22 des Verbindungselements 18 sind derart gerippt, daß je weils mehrere parallele, rillenförmige Kanäle 24 durchgehend von einem Rand des Verbindungselements 18 zum gegenüberliegenden reichen. Dabei verlaufen die Kanäle 24' in der in Fig. 2 sichtbaren oberen Hauptfläche 20 rechtwinklig zu den Kanälen 24'' in der gegenüberliegenden unteren Hauptfläche 22. Die Kanäle 24', 24'' werden seitlich durch Stege 40 begrenzt.The layout of the connecting element 18 is essentially the same as that of the individual cells 10 , in the present preferred embodiment it is square, but it can also have a different shape. The two square main surfaces 20 , 22 of the connecting element 18 are ribbed in such a way that several parallel, groove-shaped channels 24 extend from one edge of the connecting element 18 to the opposite. The channels 24 ′ in the upper main surface 20 visible in FIG. 2 run at right angles to the channels 24 ″ in the opposite lower main surface 22 . The channels 24 ', 24 ''are laterally delimited by webs 40 .

Das in der Fig. 3 gezeigte Brennstoffzellen-Aggregat 25 weist einen Brennstoff zellen-Stapel 26 und vier daran angebrachte Gaskästen 28, 30, 32, 34 auf. Der Brennstoffzellen-Stapel 26 umfaßt zehn Festoxid-Brennstoffzellen 10, von de nen jede gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Substratkonzept aufgebaut ist. Bei je der Einzelzelle 10 liegt die Anode 12 oben, die Kathode 16 unten. Jeweils zwei benachbarte Einzelzellen 10 sind durch ein Verbindungselement 18 gemäß Fig. 2 einerseits räumlich voneinander getrennt, andererseits durch dieses mecha nisch und elektrisch miteinander verbunden, wie weiter unten näher beschrie ben wird. Auf der Anode 12 der obersten Einzelzelle 10 und unter der Kathode 16 der untersten Einzelzelle 10 liegt jeweils ebenfalls ein Verbindungselement 18', 18''. Das oberste Verbindungselement 18' unterscheidet sich dadurch von den übrigen neun zwischen zwei Einzelzellen 10 liegenden Verbindungselemen ten 18 (die im folgenden auch als mittlere Verbindungselemente 18 bezeichnet werden), daß nur die an der Anode 12 anliegende untere Hauptfläche 22 die Kanäle 24'' aufweist, wohingegen die obere, freie Hauptfläche 20' eben ist. Ent sprechend unterscheidet sich das unterste Verbindungselement 18'' dadurch von den übrigen neun mittleren Verbindungselementen 18, daß nur die an der Kathode 16 anliegende obere Hauptfläche 20 die Kanäle 24' aufweist, wohinge gen die untere, freie Hauptfläche 22'' eben ist. Auf diese freien Hauptflächen 20', 22'' ist jeweils eine Stromabnehmerfahne 36 geschweißt, über die der in dem Brennstoffzellen-Stapel 26 erzeugte elektrische Strom abgeführt wird.The fuel cell unit 25 shown in FIG. 3 has a fuel cell stack 26 and four gas boxes 28 , 30 , 32 , 34 attached to it. The fuel cell stack 26 comprises ten solid oxide fuel cells 10 , each of which is constructed in accordance with the substrate concept shown in FIG. 1. For each individual cell 10 , the anode 12 is at the top, the cathode 16 at the bottom. Two adjacent individual cells 10 are spatially separated from one another by a connecting element 18 according to FIG. 2, on the other hand mechanically and electrically connected to one another by this, as will be described in more detail below. On the anode 12 of the uppermost individual cell 10 and under the cathode 16 of the lowest individual cell 10 there is also a connecting element 18 ', 18 ''. The uppermost connecting element 18 'differs from the remaining nine connecting elements 18 between two individual cells 10 (which are also referred to below as middle connecting elements 18 ) in that only the lower main surface 22 adjacent to the anode 12 has the channels 24 '' , whereas the upper, free main surface 20 'is flat. Accordingly, the lowest connecting element 18 "differs from the remaining nine middle connecting elements 18 in that only the upper main surface 20 adjacent to the cathode 16 has the channels 24 ', whereas the lower, free main surface 22 " is flat. A current collector tab 36 is welded to each of these free main surfaces 20 ′, 22 ″, via which the electrical current generated in the fuel cell stack 26 is dissipated.

An jeder der vier Seitenflächen des Stapels 26 sind Gaskästen 28-34 luftdicht angebracht, über die die Betriebsmittel jeweils zu- oder abgeführt werden. Der in Fig. 3 vordere Gaskasten 28 dient der Zufuhr von Luft, der hintere Gaska sten 30 der Abfuhr der im Sauerstoffgehalt verringerten Luft. Der in Fig. 3 lin ke Gaskasten 32 dient der Zufuhr von Wasserstoff, der rechte Gaskasten 34 der Abfuhr des Wassers und desjenigen Wasserstoffes, der nicht reagiert hat. Die Fugen zwischen den Gaskästen 28-34 und dem Stapel 26 sind mit Glaslot ab gedichtet. Gas boxes 28-34 are attached to each of the four side surfaces of the stack 26 in an airtight manner, via which the operating resources are respectively fed or removed. The front gas box 28 in FIG. 3 is used for the supply of air, the rear gas box 30 most for the removal of the air reduced in oxygen content. In Fig. 3 ke ke gas box 32 is used to supply hydrogen, the right gas box 34 to remove the water and that hydrogen that has not reacted. The joints between the gas boxes 28-34 and the stack 26 are sealed with glass solder.

Die Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Brennstoffzellen-Stapel 26 entlang der Li nie IV-IV in Fig. 3 und zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt, wie die Kontak tierung von Anode 12 und Kathode 16 einer Einzelzelle 10 mit den entspre chenden Verbindungselementen 18 erfolgt. Die in Fig. 4 linke Seitenfläche des Stapels 26 weist, wie auch in Fig. 3, zum Wasserstoffzufuhrkasten 32. Fig. 4 is a section through the fuel cell stack 26 along the Li never IV-IV in Fig. 3 and shows in an enlarged section how the contact processing of anode 12 and cathode 16 of a single cell 10 with the corresponding connecting elements 18th he follows. The left side surface of the stack 26 in FIG. 4, as in FIG. 3, faces the hydrogen supply box 32 .

In Fig. 4 ist einer der von links nach rechts verlaufenden Kanäle 24'' in der un teren Hauptfläche 22 des oberen Verbindungselements 18 im Längsschnitt ge zeigt. Durch diesen Kanal 24'' strömt von links Wasserstoff aus dem Wasser stoffzufuhrkasten 32 zur Anode 12. Weiter sind in Fig. 4 zwei der von vorn nach hinten verlaufenden Kanäle 24' in der oberen Hauptfläche 20 des unteren Verbindungselements 18 im Querschnitt dargestellt. Durch diese Kanäle 24' strömt von vorne Luft aus dem Luftzufuhrkasten 28 zur Kathode 16.In Fig. 4, one of the left-to-right channels 24 '' in the un lower main surface 22 of the upper connecting element 18 is shown in longitudinal section ge. Through this channel 24 ″, hydrogen flows from the left of the hydrogen feed box 32 to the anode 12 . Next 4 are shown two of the front to rear extending channels 24 'in the upper major surface 20 of the lower link member 18 in cross-section in Fig.. Air flows from the air supply box 28 to the cathode 16 through these channels 24 ′ from the front.

Die elektrische Kontaktierung der Elektroden 12, 16 mit den benachbarten Verbindungselementen 18 erfolgt auf der Anodenseite mit Hilfe eines Lotes 38, das sich zwischen den die Kanäle 24'' begrenzenden Stegen 40 an der unteren Hauptfläche 22 des Verbindungselements 18 und der Anode 12 befindet. Auf der Kathodenseite ist eine Kontaktschicht 42 aus einer Keramik auf Basis von Lanthankobaltit zwischen den Stegen 40 an der oberen Hauptfläche 20 des Verbindungselements 18 und der Kathode 16 vorgesehen.The electrodes 12 , 16 are electrically contacted to the adjacent connecting elements 18 on the anode side with the aid of a solder 38 which is located between the webs 40 delimiting the channels 24 ″ on the lower main surface 22 of the connecting element 18 and the anode 12 . On the cathode side, a contact layer 42 made of a ceramic based on lanthanum cobaltite is provided between the webs 40 on the upper main surface 20 of the connecting element 18 and the cathode 16 .

Gemäß Fig. 4 reicht die Kathodenschicht nicht ganz bis zum Rand von Anode 12 und Elektrolyt 14. Vielmehr liegt die Unterseite der Elektrolytschicht um laufend frei. Dieser um den gesamten Umfang der Einzelzelle 10 umlaufende zweischichtige Randbereich 44 der Einzelzelle 10 ist von einer Abdichtungs masse 46 umschlossen, die aus Alkali-Silikat-Glas mit Zusätzen von MgO und YSZ besteht und an dem verwendeten Kathodenmaterial schlechter haftet als an dem verwendeten Elektrolytmaterial. Diese Abdichtungsmasse 46 verhin dert, wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist, daß sich der Wasserstoff, der in dem Wasserstoffzufuhrkasten 32 und in dem Kanal 24'' über der Anode 12 vorhan den ist, mit dem Sauerstoff in den Kanälen 24' unter der Kathode 16 vermischt. Die Abdichtungsmasse 46 haftet außerdem an den äußeren Randbereichen der Stege 40 in der oberen und unteren Hauptfläche 20, 22 der Verbindungselemen te 18, so daß Verbindungselemente 18 und Einzelzellen 10 fest miteinander verbunden sind.According to FIG. 4, the cathode layer is not quite enough to the edge of anode 12 and electrolyte fourteenth Rather, the underside of the electrolyte layer is continuously exposed. This around the entire circumference of the single cell 10 two-layered edge region 44 of the single cell 10 is enclosed by a sealing compound 46 , which consists of alkali silicate glass with additions of MgO and YSZ and adheres poorly to the cathode material used than to the electrolyte material used. This sealing compound 46 prevents, as can be clearly seen in FIG. 4, that the hydrogen which is present in the hydrogen supply box 32 and in the channel 24 '' above the anode 12 with the oxygen in the channels 24 'below the cathode 16 is mixed. The sealing compound 46 also adheres to the outer edge regions of the webs 40 in the upper and lower main surfaces 20 , 22 of the connecting elements 18 , so that connecting elements 18 and individual cells 10 are firmly connected to one another.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und in den Fig. 1 bis 4 ge zeigten Ausführungsbeispiele eines Brennstoffzellen-Moduls und dessen Kom ponenten beschränkt. So kann beispielsweise anstelle des aus einem Stück be stehenden Verbindungselements 18 auch ein anders aufgebautes Verbindungs element verwendet werden. Eine Abwandlung kann darin bestehen, daß die un tere Hauptfläche 22 des Verbindungselements 18 nicht, wie in der Fig. 2 dar gestellt ist, gerippt, sondern flach ist. Die Stege 40 können dann durch ein dün nes gewelltes Blech ersetzt werden, das derart unter dem Verbindungselement liegt, daß wieder mehrere parallele Kanäle durchgehend von dem in der Fig. 2 linken Rand des Verbindungselements zum gegenüberliegenden rechten Rand reichen. Das Blech besteht aus einem für die Verhältnisse im Anodengasraum geeigneten Material, in der Regel aus Metall oder einer Metallegierung, vor zugsweise aus Nickel. Es kann mit seiner Oberseite lose an der flachen unteren Hauptfläche 22 des Verbindungselements 18 anliegen oder zumindest stellen weise fest mit diesem verbunden sein. Dies kann durch Schweißen erfolgen, je doch kann auch das Lot 38 hierfür verwendet werden. Die Kontaktierung der Unterseite des Bleches mit der Anode 12 erfolgt dann wie zuvor beschrieben mit Hilfe des Lotes 38, das sich zwischen Anode und den zur Anode weisenden Wellenkämmen des Bleches befindet.The invention is not limited to the above-described and shown in FIGS. 1 to 4 exemplary embodiments of a fuel cell module and its components. For example, instead of the one-piece connecting element 18 , a differently designed connecting element can also be used. A modification may be that the lower main surface 22 of the connecting element 18 is not, as is shown in FIG. 2, ripped, but is flat. The webs 40 can then be replaced by a thin corrugated sheet which lies under the connecting element in such a way that again several parallel channels extend continuously from the left edge of the connecting element in FIG. 2 to the opposite right edge. The sheet consists of a material suitable for the conditions in the anode gas space, as a rule made of metal or a metal alloy, preferably of nickel. It can rest loosely with its upper side against the flat lower main surface 22 of the connecting element 18 or at least partially be firmly connected to it. This can be done by welding, but the solder 38 can also be used for this. The contacting of the underside of the sheet with the anode 12 then takes place as previously described with the aid of the solder 38 , which is located between the anode and the wave crests of the sheet facing the anode.

In dieser Variante stellt also das Blech den anodenseitigen Stromabnehmer dar, während bei der in der Fig. 2 gezeigten Variante die unteren Stege 40 die an odenseitigen Stromabnehmer bilden. Auf ähnliche Art und Weise können auch die oberen Stege 40 des Verbindungselements 18 der Fig. 2, die als kathoden seitiger Stromabnehmer dienen, durch ein geeignetes gewelltes Blech ersetzt werden. In this variant, the sheet metal represents the current collector on the anode side, while in the variant shown in FIG. 2, the lower webs 40 form the current collector on the electrode side. In a similar manner, the upper webs 40 of the connecting element 18 of FIG. 2, which serve as current collectors on the cathode side, can be replaced by a suitable corrugated sheet.

example 1

Im folgenden wird die Herstellung des in der Fig. 3 dargestellten Brennstoff zellen-Aggregats 25 unter Verwendung von Brennstoffzellen 10, die im redu zierten Zustand vorliegen, beispielhaft beschrieben.The production of the fuel cell unit 25 shown in FIG. 3 using fuel cells 10 which are in the reduced state is described by way of example in the following.

In einem ersten Schritt wird jeweils eine Stromabnehmerfahne 36 auf die freien Hauptflächen 20', 22'' des obersten und untersten Verbindungselements 18', 18'' aufgeschweißt.In a first step, a current collector tab 36 is welded onto the free main surfaces 20 ', 22 ''of the top and bottom connecting elements 18 ', 18 ''.

In einem zweiten Schritt wird eine Lotpaste auf die Stege 40 an der Unterseite der mittleren Verbindungselemente 18 und des obersten Verbindungselementes 18' aufgebracht. Die Lotpaste besteht zum einen aus einem herkömmlichen Bindemittel und zum anderen aus den Ausgangsmaterialien des Lots 38 (Fig. 4) in Pulverform. Im vorliegenden Beispiel ist das Lot 38 ein Silber-Kupfer-Eu tektikum mit der Zusammensetzung 72 Gew.-% Ag und 28 Gew.-% Cu (abgekürzt AgCu 28), das zusätzlich 2,0 Gew.-% Cu in Pulverform enthält. Be währt hat sich als Lot 38 auch eine Mischung aus Nickelbasislot mit Zusatz von bis zu 5 Gew.-% Titanhydrid.In a second step, a solder paste is applied to the webs 40 on the underside of the middle connecting elements 18 and the uppermost connecting element 18 '. The solder paste consists on the one hand of a conventional binder and on the other hand of the starting materials of the solder 38 ( FIG. 4) in powder form. In the present example, the solder 38 is a silver-copper eectic with the composition 72% by weight Ag and 28% by weight Cu (abbreviated AgCu 28 ), which additionally contains 2.0% by weight Cu in powder form. A mixture of nickel-based solder with the addition of up to 5% by weight of titanium hydride has also proven successful as solder 38 .

Jedes dieser Verbindungselemente 18, 18' wird dann auf die Anode 12 einer entsprechenden Einzelzelle 10 gesetzt, so daß im Falle des zehn Einzelzellen 10 umfassenden Stapels 26 gemäß Fig. 3 insgesamt zehn Paare gebildet werden, die jeweils aus einer Einzelzelle 10 und einem Verbindungselement 18, 18' be stehen. Diese zehn Paare werden nun in einem Ofen erhitzt, um die Lötverbin dung zwischen Anode 12 und Verbindungselement 18, 18' herzustellen. Dabei ist es für die Bildung der Lötverbindung erforderlich, daß keine oxidierende Atmosphäre vorhanden ist, damit die Einzelzellen 10 soweit wie möglich in ih rem reduzierten Zustand bleiben. Dies kann beispielsweise mit einem Vakuum- Kaltkammer-Ofen oder einem Ofen mit Schutzgasatmosphäre erreicht werden.Each of these connecting elements 18 , 18 'is then placed on the anode 12 of a corresponding individual cell 10 , so that in the case of the stack 26 comprising ten individual cells 10 according to FIG. 3, a total of ten pairs are formed, each consisting of a single cell 10 and a connecting element 18 , 18 'are available. These ten pairs are now heated in an oven to produce the solder joint between anode 12 and connecting element 18 , 18 '. It is necessary for the formation of the solder joint that no oxidizing atmosphere is present so that the individual cells 10 remain in their reduced state as far as possible. This can be achieved, for example, with a vacuum cold chamber furnace or a furnace with a protective gas atmosphere.

In einem dritten Schritt wird bei jedem verlöteten Paar die Fuge zwischen Oberseite der Einzelzelle 10 und unterer Hauptfläche 22 des Verbindungsele ments 18, 18' mit Hilfe einer Abdichtungspaste verschlossen. Die Abdichtungs paste wird zudem so aufgebracht, daß sie die vier schmalen Randflächen der Einzelzelle 10 sowie den angrenzenden Randstreifen an deren Unterseite be deckt. Die Abdichtungspaste besteht zum einen aus einem herkömmlichen Bin demittel und zum anderen aus den Ausgangsmaterialien für die Abdichtungs masse 46 (Fig. 4) in Pulverform, im oben beschriebenen Beispiel also aus pul verisiertem Alkali-Silikat-Glas mit Zusätzen von MgO und YSZ.In a third step, the joint between the top of the individual cell 10 and the lower main surface 22 of the connecting element 18 , 18 'is sealed with the aid of a sealing paste for each soldered pair. The sealing paste is also applied so that it covers the four narrow edge surfaces of the single cell 10 and the adjacent edge strips on the underside thereof. The sealing paste consists on the one hand of a conventional binder and on the other hand of the starting materials for the sealing compound 46 ( FIG. 4) in powder form, in the example described above, therefore, of pulverized alkali silicate glass with additions of MgO and YSZ.

In einem vierten Schritt werden die derart vorbereiteten Paare dann nachein ander mit der Kathode 16 nach unten weisend übereinander gestapelt, wobei das unterste Paar auf das unterste Verbindungselement 18'' gesetzt wird. Beim Stapeln wird eine Kontaktschichtpaste auf die Stege 40 an der oberen Hauptfläche 20 der Verbindungselemente 18'', 18 aufgebracht. Diese Kontakt schichtpaste besteht zum einen aus einem herkömmlichen Bindemittel und zum anderen aus den Ausgangsmaterialien für die Kontaktschicht 42 (Fig. 4) in Pulverform, im oben beschriebenen Beispiel also aus der Keramik auf Basis von Lanthankobaltit.In a fourth step, the pairs prepared in this way are then stacked one above the other with the cathode 16 facing downward, the bottom pair being placed on the bottom connecting element 18 ″. During stacking, a contact layer paste is applied to the webs 40 on the upper main surface 20 of the connecting elements 18 ″, 18 . This contact layer paste consists, on the one hand, of a conventional binder and, on the other hand, of the starting materials for the contact layer 42 ( FIG. 4) in powder form, in the example described above, that is, of the ceramic based on lanthanum cobaltite.

In einem fünften Schritt werden an den derart zusammengesetzten Brennstoff zellen-Stapel 26 die Gaskästen 28-34 angesetzt, wobei die Fugen zwischen den Gaskästen 28-34 und dem Stapel 26 mit Hilfe der auch bereits im Stapel 26 verwendeten Abdichtungspaste verschlossen werden. Dieses Brennstoffzellen-Ag gregat 25 wird dann in einem Ofen derart erhitzt, daß die Abdichtungspasten und die Kontaktschichten 42 aushärten. Anschließend kann das Aggregat 25 in Betrieb genommen werden.In a fifth step, the gas boxes 28-34 are attached to the fuel cell stack 26 assembled in this way, the joints between the gas boxes 28-34 and the stack 26 being closed with the aid of the sealing paste already used in the stack 26 . This fuel cell unit 25 is then heated in an oven in such a way that the sealing pastes and the contact layers 42 harden. The unit 25 can then be put into operation.

Example 2

Das im folgenden beschriebene Herstellungsverfahren ist im Unterschied zu dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren auch für Brennstoffzellen 10 geeig net, die im oxidierten Zustand vorliegen. In contrast to the method described in Example 1, the production method described below is also suitable for fuel cells 10 which are in the oxidized state.

In einem ersten Schritt werden die Stromabnehmerfahnen 36 wie im Beispiel 1 an dem obersten und untersten Verbindungselement 18', 18'' elektrisch leitend befestigt.In a first step, the current collector tabs 36 are attached to the uppermost and lowermost connecting elements 18 ', 18 ''in an electrically conductive manner, as in Example 1.

In einem zweiten Schritt wird die Kontaktschichtpaste 42 des Beispiels 1 auf die Stege 40 der oberen Hauptfläche 20 des untersten Verbindungselements 18'' aufgebracht. Außerdem wird eine erste Einzelzelle 10 an ihrem Rand mit der Abdichtungspaste 46 des Beispiels 1 versehen, die in einer zusammenhängen den Schicht die vier Randflächen der Einzelzelle 10 sowie die daran angrenzen den schmalen Randstreifen auf der Ober- und Unterseite der Einzelzelle 10 be deckt. Die Abdichtungspaste 46 wird dadurch aufgetragen, daß die Einzelzelle 10 nacheinander mit ihren vier Randflächen in die Paste eingetaucht wird.In a second step, the contact layer paste 42 of example 1 is applied to the webs 40 of the upper main surface 20 of the lowermost connecting element 18 ″. In addition, a first individual cell 10 is provided at its edge with the sealing paste 46 of Example 1, which in a connected layer covers the four edge surfaces of the individual cell 10 and adjoin the narrow edge strips on the top and bottom of the individual cell 10 . The sealing paste 46 is applied by immersing the single cell 10 with its four edge surfaces in succession in the paste.

Die derart vorbereitete Einzelzelle 10 wird dann mit nach unten weisender Ka thode 16 auf die obere Hauptfläche 20 des untersten Verbindungselements 18'' gelegt, so daß zum einen die Kontaktschichtpaste 42 auf den Stegen 40 in Be rührung mit der Kathode 16 und zum anderen der auf der Unterseite der Ein zelzelle 10 umlaufende Streifen der Abdichtungspaste 46 in Berührung mit dem Rand der oberen Hauptfläche 20 des Verbindungselements 18'' gerät.The thus prepared single cell 10 is then placed with the downward Ka method 16 on the upper main surface 20 of the lowest connecting element 18 '', so that on the one hand the contact layer paste 42 on the webs 40 in contact with the cathode 16 and on the other the underside of a single cell 10 circumferential strips of the sealing paste 46 comes into contact with the edge of the upper main surface 20 of the connecting element 18 ″.

Anschließend wird die Lotpaste 38 des Beispiels 1 auf die Stege 40 an der unte ren Hauptfläche 22 eines ersten mittleren Verbindungselements 18 aufge bracht. Das so vorbereitete erste Verbindungselement 18 wird dann mit seiner unteren Hauptfläche 22 auf die Anode 12 der ersten Einzelzelle 10 gelegt, so daß die Lotpaste 38 auf den unteren Stegen 40 mit der Anode 12 und der auf der Oberseite der Einzelzelle 10 umlaufende Randstreifen der Abdichtungspa ste 46 mit der unteren Hauptfläche 22 in Berührung gerät.Then the solder paste 38 of Example 1 is brought up to the webs 40 on the main surface 22 of a first middle connecting element 18 . The first connecting element 18 thus prepared is then placed with its lower main surface 22 on the anode 12 of the first individual cell 10 , so that the solder paste 38 on the lower webs 40 with the anode 12 and the peripheral strip of the sealing pa on the top of the individual cell 10 46 comes into contact with the lower main surface 22 .

In einem dritten Schritt wird die Kontaktschichtpaste 42 auf die Stege 40 an der oberen Hauptfläche 20 des ersten Verbindungselements 18 so aufgebracht, wie es zuvor im zweiten Schritt im Zusammenhang mit dem untersten Verbin dungselement 18'' beschrieben worden ist. Eine zweite Einzelzelle 10 wird wie im zweiten Schritt mit der Abdichtungspaste 46 versehen und auf die obere Hauptfläche 20 des ersten Verbindungselements 18 gelegt. Dann wird die Lot paste 38 wie im zweiten Schritt auf die unteren Stege 40 eines zweiten Verbin dungselements 18 aufgebracht und dieses auf die zweite Einzelzelle 10 gelegt.In a third step, the contact layer paste 42 is applied to the webs 40 on the upper major surface 20 of the first link member 18 so as previously dung element in the second step in connection with the lowermost Verbin has been described 18 ''. As in the second step, a second individual cell 10 is provided with the sealing paste 46 and placed on the upper main surface 20 of the first connecting element 18 . Then the solder paste 38 is applied as in the second step to the lower webs 40 of a second connec tion element 18 and this is placed on the second single cell 10 .

Dieser dritte Schritt wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von Ein zelzellen 10 aufeinander gestapelt ist. Der in der Fig. 3 gezeigte Stapel 26 um faßt zehn Einzelzellen 10, und auf der zehnten Einzelzelle 10 liegt das oberste Verbindungselement 18', das an seiner oberen Hauptfläche 20' keine weiteren Stege aufweist und an seinen unteren Stegen 40 mit der Lotpaste 38 versehen ist, durch die es mit der Anode 12 der zehnten Einzelzelle 10 verbunden ist.This third step is repeated until the desired number of single cells 10 is stacked one on top of the other. The stack 26 shown in FIG. 3 comprises ten individual cells 10 , and on the tenth individual cell 10 lies the uppermost connecting element 18 ', which has no further webs on its upper main surface 20 ' and is provided with solder paste 38 on its lower webs 40 through which it is connected to the anode 12 of the tenth single cell 10 .

In einem vierten Schritt wird der derart zusammengesetzte Brennstoffzel len-Stapel 26 mit den Gaskästen 28-34 versehen, wie in Beispiel 1 beschrieben worden ist. Das derart zusammengesetzte Brennstoffzellen-Aggregat 25 wird nun in einem Ofen derart erhitzt, daß die Abdichtungspaste 46 zwischen den Einzelzellen 10 und den Verbindungselementen 18 und zwischen dem Stapel 16 und den Gaskästen 28-34 aushärtet, so daß die gewünschte Abdichtung erzielt wird. Das Erhitzen erfolgt in der oxidierenden Atmosphäre der Luft, ein Vaku um oder Schutzgas ist nicht erforderlich. Das Lot ist dabei so ausgewählt, daß gleichzeitig mit der Abdichtung die Lotpaste 38 versintert. Durch das Erhitzen in Luft werden die Lotpaste 38, die Elektroden 12, 16 und die Verbindungs elemente 18, 18', 18'' zumindest teilweise oxidiert. Das Aushärten der Abdich tungspaste 46 erfolgt in der Regel bei 800 bis 1200°C.In a fourth step, the fuel cell stack 26 assembled in this way is provided with the gas boxes 28-34 , as described in Example 1. The fuel cell assembly 25 assembled in this way is then heated in a furnace in such a way that the sealing paste 46 between the individual cells 10 and the connecting elements 18 and between the stack 16 and the gas boxes 28-34 cures, so that the desired sealing is achieved. Heating takes place in the oxidizing atmosphere of the air, a vacuum or protective gas is not required. The solder is selected so that the solder paste 38 sinters simultaneously with the seal. By heating in air, the solder paste 38 , the electrodes 12 , 16 and the connecting elements 18 , 18 ', 18 ''are at least partially oxidized. The sealing paste 46 is generally cured at 800 to 1200 ° C.

In einem fünften Schritt wird das derart gefügte Brennstoffzellen-Aggregat 25 an die Betriebsmittel, hier also an Wasserstoff und Luft angeschlossen und zum ersten Mal in Betrieb genommen. Der Wasserstoff strömt durch den Gaskasten 32, der nun abgedichtet am Stapel 26 angebracht ist, in die durch die Kanäle 24'' in den unteren Hauptflächen 22 der Verbindungselemente 18, 18' gebildeten Anodengasräume, die jeweils durch die nun ausgehärtete Abdichtungsmasse 46 zwischen der Oberseite einer jeden Einzelzelle 10 und der unteren Hauptfläche 20 des darüber liegenden Verbindungselements 18, 18' gegenüber den sauer stoffseitigen Gaskästen 28, 30 abgedichtet sind. Auf der anderen Seite strömt der Luftsauerstoff durch den Gaskasten 28 in die Kathodengasräume, die durch die Kanäle 24' in den oberen Hauptflächen 20 der Verbindungselemente 18, 18'' gebildet werden, wobei der Gaskasten 28 und die Kathodengasräume entspre chend abgedichtet sind.In a fifth step, the fuel cell assembly 25 joined in this way is connected to the operating resources, here to hydrogen and air, and put into operation for the first time. The hydrogen flows through the gas box 32 , which is now attached to the stack 26 in a sealed manner, into the anode gas spaces formed by the channels 24 ″ in the lower main surfaces 22 of the connecting elements 18 , 18 ′, each through the now hardened sealing compound 46 between the upper side of each individual cell 10 and the lower main surface 20 of the overlying connecting element 18 , 18 'are sealed off from the oxygen-side gas boxes 28 , 30 . On the other hand, the atmospheric oxygen flows through the gas box 28 into the cathode gas spaces, which are formed by the channels 24 'in the upper main surfaces 20 of the connecting elements 18 , 18 '', the gas box 28 and the cathode gas spaces being sealed accordingly.

Das gefügte Brennstoffzellen-Aggregat 26 wird erwärmt. Mit zunehmender Temperatur im Anodengasraum wird die bei der im vierten Schritt erfolgten Erhitzung in Luft zumindest teilweise oxidierte Lotpaste 38 durch den Wasser stoff reduziert. Das gleiche geschieht auch mit der den Anodengasraum begren zenden Unterseite 22 des Verbindungselements 18, 18' und der Anode 12, die ja ebenfalls bei der Erhitzung im vierten Schritt zumindest teilweise oxidiert wur den, so daß die erforderlichen Bedingungen für das Löten vorliegen.The joined fuel cell unit 26 is heated. With increasing temperature in the anode gas space, the solder paste 38 which is at least partially oxidized during the heating in air in the fourth step is reduced by the hydrogen. The same also happens with the anode gas space limiting the underside 22 of the connecting element 18 , 18 'and the anode 12 , which were also at least partially oxidized during the heating in the fourth step, so that the necessary conditions for soldering are present.

Da die einzelnen Brennstoffzellen 10 nun mit den erforderlichen Betriebsmit teln versorgt werden, fängt jede Einzelzelle 10 an, die im Brennstoff enthaltene chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die bei dieser Um wandlung voneinander getrennten elektrischen Ladungen können von den Elektroden 12, 16 einer Einzelzelle 10 zur entsprechenden benachbarten Ein zelzelle 10 wandern, da die zumindest teilweise gesinterte Lotpaste 38 und die ausgehärtete Kontaktschicht 42 bereits für eine elektrische Zusammenschal tung der Einzelzellen 10 sorgen.Since the individual fuel cells 10 are now supplied with the necessary operating resources, each individual cell 10 begins to convert the chemical energy contained in the fuel into electrical energy. The electrical charges separated during this conversion can migrate from the electrodes 12 , 16 of a single cell 10 to the corresponding adjacent single cell 10 , since the at least partially sintered solder paste 38 and the hardened contact layer 42 already provide electrical interconnection of the individual cells 10 .

Das Brennstoffzellen-Aggregat 25 wird so gefahren, daß die Temperatur im An odengasraum vorübergehend über der Solidustemperatur des Lots 38 liegt. Das bedeutet, daß zumindest eine Metallkomponente in der gesinterten Lotschicht 38 schmilzt und die Metallschmelze die Anode 12 und das Verbindungselement 18 benetzt, die mittlerweile ausreichend reduziert sind. Dadurch entsteht ein fester stoffschlüssiger Lotverbund zwischen Verbindungselement 18 und Anode 12. Die für die Reduktion von Anode 12 und Verbindungselement 18 in Wasser stoff erforderlichen Temperaturen liegen in der Regel zwischen 700 und 1100°C.The fuel cell unit 25 is driven so that the temperature in the odode gas space is temporarily above the solidus temperature of the solder 38 . This means that at least one metal component melts in the sintered solder layer 38 and the metal melt wets the anode 12 and the connecting element 18 , which are now sufficiently reduced. This creates a firm, cohesive solder bond between the connecting element 18 and the anode 12 . The temperatures required for the reduction of anode 12 and connecting element 18 in hydrogen are generally between 700 and 1100 ° C.

Claims

1. Fuel cell module, which has at least one fuel cell ( 10 ) which is provided on its anode ( 12 ) and its cathode ( 16 ) each with a current collector ( 40 ), characterized in that the anode ( 12 ) with the help a solder ( 38 ) is attached to its pantograph ( 40 ).

2. Module according to claim 1, characterized in that the solder ( 38 ) consists essentially of iron and / or copper and / or nickel and / or silver be.

3. Module according to claim 2, characterized in that the solder ( 38 ) contains titanium and / or titanium hydride.

4. Module according to one of the preceding claims, characterized by at least two fuel cells ( 10 ) which are arranged as a stack ( 26 ), in each of which two adjacent fuel cells ( 10 ) by a connecting element ( 18 ) lying between them, which the current collector ( 40 ) for the two mutually facing electrodes ( 12 , 16 ), are electrically connected together.

5. Module according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cells are high-temperature fuel cells ( 10 ), each having an anode ( 12 ) made of cermet and a cathode ( 16 ) made of ceramic, and that the current collector ( 40 ) consists of metal or an alloy.

6. A process for producing a fuel cell module which has at least one fuel cell ( 10 ) which is provided with a current collector ( 40 ) on its anode ( 12 ) and its cathode ( 16 ), with the steps that:

- A solder ( 38 ) is brought to the desired contact points on the anode ( 12 ) and / or its current collector ( 40 );
- The anode ( 12 ) is attached to its current collector ( 40 ) by soldering;
- The fuel cells ( 10 ) and the pantographs ( 40 ) are assembled in the desired arrangement; and
- The gas spaces resulting from the assembly in front of the anodes ( 12 ) and the cathodes ( 16 ) are sealed.

7. The method according to claim 6, characterized in that the Abdich th with the aid of a sealing compound ( 46 ) made of glass or glass ceramic, which is applied during or after assembly as a paste and then heated for curing.

8. The method according to claim 7, characterized in that the soldering before putting it together.

9. The method according to claim 7, characterized in that the soldering after sealing.

10. The method according to claim 9, characterized in that the curing in an oxidizing atmosphere and soldering in a reducing atmosphere follows.

11. The method according to claim 10, characterized in that according to the Sealing a reducing gas directed into the anode gas spaces and the tem temperature in the anode gas spaces above the solidus temperature of the solder is raised.

12. The method according to claim 11, characterized in that hydrogen or a hydrogen-containing gas serves as the reducing gas.

13. The method according to any one of claims 6 to 12, characterized in that the solder ( 38 ) is applied as a paste which consists essentially of a powder and binders containing metal.

14. The method according to claim 13, characterized in that the powder contains at least one metal and / or at least one metal oxide.

15. The method according to claim 14, characterized in that the powder essentially iron and / or copper and / or nickel and / or silver and / or contains at least one of these metals as oxide.

16. The method according to claim 15, characterized in that the powder Contains titanium and / or titanium hydride.