WO2006081790A2 - Interkonnektor für hochtemperaturbrennstoffzellen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an interconnector for high-temperature fuel cells.
  • a fuel cell has a cathode, an electrolyte and an anode.
  • the cathode is an oxidizing agent, z. B. Air
  • the anode is a fuel, for. B. Hydrogen, fed.
  • the SOFC fuel cell is also called high-temperature fuel cell, since its operating temperature can be up to 1000 0 C.
  • the SOFC fuel cell is also called high-temperature fuel cell, since its operating temperature can be up to 1000 0 C.
  • Oxidizing agent oxygen ions diffuse through the electrolyte and recombine on the anode side with the fuel-derived hydrogen to water. Recombination releases electrons, generating electrical energy.
  • interconnecting elements also called interconnectors.
  • interconnectors By means of interconnectors arise stacked, electrically connected in series fuel cells. This arrangement is called a fuel cell stack.
  • the fuel cell Stacks consist of the interconnectors and the electrode-electrolyte units.
  • Interconnectors also regularly have gas distributor structures in addition to their electrical and mechanical properties. This is realized by webs and grooves (DE 44 10 711 Cl). Gas distribution structures cause the resources to be distributed evenly in the electrode spaces (spaces where the electrodes are located).
  • ferritic chrome steel eg Crofer 22, a steel alloy with 22% chromium
  • this material forms a chromium oxide protective layer which is sufficiently conductive. From this protective layer, however, evaporate under operating conditions continuously chromium shares, which are the active centers of the cathode
  • chromium poisoning This means a steady decrease in the performance of the fuel cell.
  • a selectively coated interconnector which consists of a chromium oxide-forming alloy. This has a protective layer in the region of the gas guide surfaces, which reduces corrosion effects and is an electrical insulator, for.
  • the interconnector is coated with a mixed oxide layer on the electrode contact surface, which leads to an increase in the conductivity and to a reduction in the evaporation rate. This mixed oxide layer is z. B.
  • a thin layer of a metal or of metal oxides which forms a mixed oxide (eg of the spinel type) at high temperature with Cr and / or Cr 2 O 3 at the oxide / gas interface.
  • Suitable metals or their oxides are Fe, Ni or Co are proposed which modify the physical properties of Cr 2 O 3 as desired.
  • these layers are only conditionally stable and tend to chafe or crack.
  • Another disadvantage is that the manufacturing process for these thin layers is expensive.
  • the object of the invention is therefore to provide an interconnector for a high-temperature fuel cell which is resistant to oxidation, has good conductivity at the interfaces to the electrodes and has a low evaporation rate of volatile chromium oxide / hydroxide. In addition, due to the contact between glass solder and metal corrosion is to be minimized. It is a further object of the invention to provide a simplified manufacturing method for an interconnector with the aforementioned properties. Problems due to thermal stresses, e.g. B. lack of tightness, should be excluded.
  • an interconnector for a high-temperature fuel cell is characterized by an interconnector (1) which consists of two components (A, B) of different material, the component (A) which is in contact with the electrodes (2, 3) and provides for the electrical connection of the fuel cells , consists of a chromium oxide-forming high-temperature alloy and the component (B), which mechanically connects the fuel cell, consists of a corrosion-resistant, electrically non-conductive high-temperature material, which no chromium parts such. B. Evaporates chromium oxide.
  • a suitable material for component (B) may be, for example, an iron-chromium-aluminum alloy forming an aluminum oxide protective layer.
  • the electrically conductive member (A) is made of, for example, a ferritic chrome steel which is a chromium oxide former. Since now a large part of the fuel cell stack consists of an alumina or other materials without chrome components, the chromium poisoning is greatly reduced. Furthermore, the previously caused by the contact between the chromium oxide-forming steel and the Glaslot- joints corrosion is prevented because the glass solder is now only in contact with the material of the component B, which does not evaporate any chromium oxide.
  • a combination of Crofer 22 for component A with Aluchrom for component B is an advantageous design or also steel with the material number 1.4742 and Aluchrom.
  • the component A consists of a rolled profile sheet. This leads to a simplified production of the component, since the usual machining methods for the production of the gas distributor structures, which in incurred an interconnector, which is made of a component omitted.
  • component B consists of a thin sheet.
  • Component B which forms the frame for component A, can be produced, for example, such that the recess required for component A is punched out of a metal sheet.
  • An advantageous embodiment of the device provides that the components A and B are connected to a thin sheet having a thickness of, for example, 0, 05 to 0, 2 mm in order to reduce thermal stresses between the two components A and B.
  • a gap of for example 2 to 10 mm between the components A and B can be specified, which is covered with a thin sheet and in each case is gas-tightly connected to the component A and the component B by means of welding or high-temperature soldering.
  • the object is further achieved by a method for producing the interconnector according to the invention.
  • Fig. 1 a schematic cross section through a stack of fuel cells, which are connected to one another by the interconnectors 1 according to the invention.
  • the interconnectors 1 schematically shows a cross section through four fuel cells 5, in each case consisting of anode 2, cathode 4 and electrolyte 3, which are connected to one another by the interconnectors 1 according to the invention.
  • the interconnectors 1 are made of two components A and B different material.
  • the interconnectors contain gas channels 6 and webs 7.
  • the component A comprises both the webs 7 and the interconnector wall 8.
  • the component A which provides for the electrical conductivity within the fuel cell and in each case with the cathode 4 and the anode 2 of The following fuel cell is in contact, for example, made of a chromium oxide-forming alloy or another electrically conductive, deformable material. This can be, for example, a ferritic
  • Chrome steel such as Crofer 22 or precious metals such as silver, platinum, gold or palladium.
  • the component B which mechanically connects the individual fuel cells 5 to each other and forms the frame for the component A, is made of an electrically insulating material such as ceramic or a ferritic, alumina-forming alloy.
  • This can be, for example, Aluchrom, which in addition to the approximately 20% chromium still contains 2 to 5% aluminum.
  • This aluminum component forms a dense aluminum oxide protective layer so that the evaporation of chromium components is avoided.
  • an elastic means can be, for example, an elastic nickel net 9.
  • an elastic nickel net 9 for gas-tight sealing of the joints between the fuel cell 5 and interconnectors 1 glass ceramics such.

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Abstract

Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Interkonnektor aus zwei Bauteilen (A, B) unterschiedlichen Materials besteht, wobei das Bauteil (A), welches mit den Elektroden in Kontakt steht und für die elektrische Verbindung der Brennstoff Zelleneinheiten sorgt, aus einer chromoxidbildenden Hochtemperaturlegierung beteht und das Bauteil (B), welches die Brennstoffzelleneinheiten mechanisch verbindet, aus einem korrosionsfesten, elektrisch nicht leitenden Hochtemperaturmaterial, welches keine Chromanteile abdampft, besteht.

Description

B e s c h r e i b u n g
Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen .
Eine Brennstoffzelle weist eine Kathode , einen Elektrolyten sowie eine Anode auf . Der Kathode wird ein Oxida- tionsmittel , z . B . Luft , und der Anode wird ein Brennstoff , z . B . Wasserstoff , zugeführt .
Verschiedene Brennstoffzellentypen sind bekannt , beispielsweise die SOFC-Brennstoffzelle aus der Druck- schrift DE 44 30 958 Cl sowie die PEM-Brennstoffzelle aus der Druckschrift DE 195 31 852 Cl .
Die SOFC-Brennstoffzelle wird auch Hochtemperaturbrennstoffzelle genannt , da ihre Betriebstemperatur bis zu 1000 0C betragen kann. An der Kathode einer Hochtempe- raturbrennstoffzelle bilden sich in Anwesenheit des
Oxidationsmittels Sauerstoffionen. Die Sauerstoffionen diffundieren durch den Elektrolyten und rekombinieren auf der Anodenseite mit dem vom Brennstoff stammenden Wasserstoff zu Wasser . Mit der Rekombination werden Elektronen freigesetzt und so elektrische Energie erzeugt .
Mehrere Brennstoffzellen werden in der Regel zur Erzielung großer elektrischer Leistungen durch verbindende Elemente , auch Interkonnektoren genannt , elektrisch und mechanisch miteinander verbunden . Mittels Interkonnektoren entstehen übereinander gestapelte , elektrisch in Serie geschaltete Brennstoffzellen . Diese Anordnung wird Brennstoffzellenstapel genannt . Die Brennstoffzel- lenstapel bestehen aus den Interkonnektoren und den Elektroden-Elektrolyt-Einheiten .
Interkonnektoren besitzen neben den elektrischen und mechanischen Eigenschaften regelmäßig auch Gasvertei- lerstrukturen . Dies wird durch Stege und Nuten realisiert (DE 44 10 711 Cl) . Gasverteilerstrukturen bewirken, dass die Betriebsmittel gleichmäßig in den Elektrodenräumen (Räume in denen sich die Elektroden befinden) verteilt werden .
Nachteilig können bei Brennstoffzellen und Brennstoffzellenstapeln folgende Probleme auftreten : Metallische Interkonnektoren mit hohem Aluminiumgehalt bilden Al2O3-Deckschichten aus , die nachteilig wie ein elektrischer Isolator wirken .
Bei zyklischer Temperaturbelastung treten allgemein WärmeSpannungen, verbunden mit Relativbewegungen der Einzelkomponenten zueinander, auf ; diese resultieren aus dem unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten bzw. den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien im Betrieb .
Diesbezüglich besteht im Stand der Technik noch keine ausreichende Kompatibilität zwischen den vergleichswei- se hohen Ausdehnungskoeffizienten z . B . des metallischen Interkonnektors und den derzeit bekannten Elektrodenmaterialien, deren Ausdehnungskoeffizienten vergleichsweise gering sind . WärmeSpannungen können einerseits zwischen Elektroden und Interkonnektoren auftre- ten . Diese können Zerstörungen innerhalb der Brennstoffzelle zur Folge haben . Dies betrifft andererseits aber auch die in Brennstoffzellen häufig eingesetzten Glaslote , die die Dichtigkeit der Brennstoffzellen gewährleisten sollen. Die nach dem Stand der Technik bekannten Interkonnektoren werden aus Metall gefertigt , wodurch eine gute elektrische Leitfähigkeit gewährleis- tet wird. Ein Nachteil der metallischen Interkonnektoren besteht j edoch darin, dass diese korrosionsanfällig sind und die Lebensdauer der Brennstoffzelle dadurch verkürzt wird . Insbesondere die Verwendung von ferritischem Chromstahl (z . B . Crofer 22 , eine Stahllegierung mit 22% Chrom) stellt für die Kathode der Brennstoffzelle ein Problem dar . Dieses Material bildet bei hohen Temperaturen eine Chromoxidschutzschicht aus , die ausreichend leitfähig ist . Aus dieser Schutzschicht dampfen allerdings unter Betriebsbedingungen stetig Chrom- anteile ab, die die aktiven Zentren der Kathode der
Brennstoffzelle deaktivieren, die sogenannte Chromvergiftung . Dies bedeutet eine stetige Abnahme der Leistung der Brennstoffzelle . Aus DE 195 47 699 ist ein selektiv beschichteter Interkonnektor bekannt , der aus einer chromoxidbildenden Legierung besteht . Diese weist im Bereich der Gasleitflächen eine Schutzschicht auf , die Korrosionseffekte vermindert und ein elektrischer Isolator ist , z . B . eine dünne Al2O3-Schicht . Im Übrigen ist der Interkonnektor mit einer Mischoxidschicht an der Elektrodenkontaktflache überzogen, die zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit sowie zu einer Verringerung der Abdampfrate führt . Diese Mischoxidschicht wird z . B . durch Aufbringen einer dünnen Schicht aus einem Metall oder aus Metalloxiden erreicht , die bei Hochtem- peratur-Einsatz mit Cr und/oder Cr2O3 an der Oxid/Gas- Grenzfläche ein Mischoxid (z . B . vom Spinelltyp) bildet . Als geeignete Metalle oder deren Oxide werden Fe , Ni oder Co vorgeschlagen, die die physikalischen Eigenschaften des Cr2O3 in gewünschter Weise modifizieren. Diese Schichten sind j edoch nur bedingt stabil und neigen dazu, abzuplatzen oder Risse zu bilden. Ein weite- rer Nachteil besteht darin, dass das Herstellungsverfahren für diese dünnen Schichten aufwendig ist .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Interkonnek- tor für eine Hochtemperaturbrennstoffzelle bereit zu stellen, der oxidationsbeständig ist , eine gute Leitfähigkeit an den Grenzflächen zu den Elektroden besitzt und eine geringe Abdampfrate von flüchtigem Chromoxid/- hydroxid aufweist . Darüber hinaus soll die durch den Kontakt zwischen Glaslot und Metall bedingte Korrosion möglichst gering gehalten werden . Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für einen Interkonnektor mit den zuvor genannten Eigenschaften zu schaffen . Probleme , die auf Wärmespannungen beruhen, z . B . mangelnde Dichtigkeit , sollen ausgeschlossen werden .
Diese Aufgabe wird durch einen Interkonnektor für eine Hochtemperaturbrennstoffzelle nach Anspruch 1 gelöst . Sie ist gekennzeichnet durch einen Interkonnektor (1) , der aus zwei Bauteilen (A, B) unterschiedlichen Materials besteht , wobei das Bauteil (A) , welches mit den Elektroden (2 , 3 ) in Kontakt steht und für die elektrische Verbindung der Brennstoffzellen sorgt , aus einer chromoxidbildenden Hochtemperaturlegierung besteht und das Bauteil (B) , welches die Brennstoffzellen mechanisch verbindet , aus einem korrosionsfesten, elektrisch nicht leitenden Hochtemperaturmaterial besteht , welches keine Chromanteile wie z . B . Chromoxid abdampft . Ein für Bauteil (B) geeignetes Material kann beispielsweise eine Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung sein, die eine Aluminiumoxidschutzschicht bildet . Durch diese Schutz- schicht wird eine Abdampfung von Chromanteilen verhindert . Diese Schutzschicht ist j edoch nicht elektrisch leitfähig . Aus diesem Grund besteht das elektrisch leitende Bauteil (A) beispielsweise aus einem ferritischen Chromstahl , der ein Chromoxidbildner ist . Da nunmehr ein großer Teil des Brennstoffzellenstapels aus einem Aluminiumoxidbildner oder anderen Materialien ohne Chromanteile besteht , wird die Chromvergiftung stark reduziert . Weiterhin wird die bisher durch den Kontakt zwischen dem chromoxidbildenden Stahl und den Glaslot- fugen bedingte Korrosion verhindert , da das Glaslot nunmehr nur noch mit dem Material des Bauteils B in Kontakt steht , welches kein Chromoxid abdampft .
Um WärmeSpannungen zwischen den unterschiedlichen Mate- rialien möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft Materialien mit bei Betriebstemperatur der Hochtemperaturbrennstoffzelle ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu wählen . So ist beispielsweise eine Kombination von Crofer 22 für Bauteil A mit Aluchrom für Bauteil B eine vorteilhafte Ausführung oder auch Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4742 und Aluchrom.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung besteht das Bauteil A aus einem gewalzten Profilblech . Dies führt zu einer vereinfachten Herstellung des Bauteils , da die sonst üblichen spanabhebenden Verfahren zur Herstellung der Gasverteilerstrukturen, die bei einem Interkonnektor anfallen, der aus einem Bauteil gefertigt wird, entfallen .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vor- richtung besteht Bauteil B aus einem Dünnblech . Eine solche Ausführung führt zu einer vereinfachten Herstellung des Bauteils . Bauteil B, welches den Rahmen für Bauteil A bildet , kann beispielsweise so hergestellt werden, dass aus einem Blech die für Bauteil A erfor- derliche Aussparung ausgestanzt wird.
Eine vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung sieht vor, dass die Bauteile A und B mit einem Dünnblech mit einer Dicke von beispielsweise 0 , 05 bis 0 , 2mm verbunden wer- den, um WärmeSpannungen zwischen den beiden Bauteilen A und B zu vermindern . Dazu kann ein Spalt von beispielsweise 2 bis 10 mm zwischen den Bauteilen A und B vorgegeben werden, der mit einem Dünnblech überdeckt wird und j eweils am Bauteil A und am Bauteil B mittels Schweißen oder Hochtemperaturlöten gasdicht verbunden wird .
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Interkonnektors .
Im Folgenden wird die Erfindung unter anderem auch anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert . Es zeigt :
Fig . 1 : schematischer Querschnitt durch einen Stapel von Brennstoffzellen, die durch die erfindungsgemäßen Interkonnektoren 1 miteinander verbunden werden.
Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch vier Brennstoffzellen 5 , j eweils bestehend aus Anode 2 , Kathode 4 und Elektrolyt 3 , die durch die erfindungsgemäßen Interkonnektoren 1 miteinander verbunden werden . Die Interkonnektoren 1 sind aus zwei Bauteilen A und B unterschiedlichen Materials gefertigt . Die Interkonnektoren enthalten Gaskanäle 6 und Stege 7. Das Bauteil A umfasst sowohl die Stege 7 als auch die Interkonnektor- wand 8. Das Bauteil A, welches für die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Brennstoffzelle sorgt und j eweils mit der Kathode 4 und der Anode 2 der folgenden Brennstoffzelle in Kontakt steht , ist beispielsweise aus einer chromoxidbildenden Legierung oder aus einem anderen stromleitenden, verformbaren Material gefer- tigt . Dies können beispielsweise ein ferritischer
Chromstahl wie Crofer 22 oder Edelmetalle wie Silber, Platin, Gold oder Palladium sein .
Das Bauteil B, welches die einzelnen Brennstoffzellen 5 mechanisch miteinander verbindet und den Rahmen für das Bauteil A bildet , ist aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Keramik oder einer ferritischen, aluminiumoxidbildenden Legierung gefertigt . Dies kann beispielsweise Aluchrom sein, das neben den etwa 20% Chrom noch 2 bis 5% Aluminium enthält . Dieser AIu- miniumbestandteil bildet eine dichte Aluminiumoxidschutzschicht aus , so dass die Abdampfung von Chromanteilen vermieden wird . Zwischen Anode 2 und Interkon- nektor 1 kann zum Auffangen von Relativbewegungen ein elastisches Mittel angeordnet sein. Dies kann beispielsweise ein elastisches Nickelnetz 9 sein . Zum gasdichten Abdichten der Fugen zwischen Brennstoffzelle 5 und Interkonnektoren 1 werden beispielsweise Glaskeramiken wie z . B . Glaslot 10 eingesetzt .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Interkonnektor für Hochtemperaturbrennstoffzellen, dadurch gekennzeichnet , dass der Interkonnektor (1) aus zwei Bauteilen (A7 B) unterschiedlichen Materials besteht , wobei das Bauteil (A) , welches mit den Elektroden (2 , 4 ) in Kontakt steht und für die elektrische Verbindung der BrennstoffZelleneinheiten sorgt , aus einer chromoxidbildenden Hochtemperaturlegierung besteht und das Bauteil (B) , welches die Brennstoffzellen- einheiten mechanisch verbindet , aus einem korrosionsfesten, elektrisch nicht leitenden Hochtempera- turmaterial , welches keine Chromanteile abdampft , besteht .
2. Interkonnektor nach Anspruch I 7 dadurch gekennzeichnet, dass Bauteil (A) aus einem ferritischen Chromstahl besteht und das Bauteil (B) aus einer Eisen-Chrom- Aluminium-Legierung besteht .
3. Interkonnektor nach einem der Ansprüche 1 bis 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das Bauteil (A) aus Crofer 22 besteht und das Bauteil (B) aus Aluchrom.
4. Interkonnektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Bauteil (A) ein gewalztes Profilblech ist .
5. Interkonnektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Bauteil (B) aus einem Dünnblech besteht .
6. Interkonnektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Bauteile (A) und (B) mit einem Dünnblech miteinander verbunden sind .
7. Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektors für Hochtemperaturbrennstoffzellen, dadurch gekennzeichnet , dass der Interkonnektor ( 1) aus zwei Bauteilen (A, B) gefertigt wird, wobei das Bauteil (A) , welches mit den Elektroden (2 , 3 ) in Kontakt steht und für die elektrische Verbindung der Brennstoffzellen sorgt , aus einer chromoxidbildenden Hochtemperaturlegierung gefertigt wird und das Bauteil (B) , welches die Brennstoffzellen mechanisch verbindet , aus einem korrosionsfesten, nicht elektrisch leitenden Hochtemperaturmaterial , welches keine Chromanteile abdampft , gefertigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass Bauteil (A) aus einem gewalzten Profilblech gefertigt wird .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass Bauteil (B) aus einem Dünnblech gefertigt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006054201A1 (de) * 2006-11-17 2008-05-21 Bayerische Motoren Werke Ag Hochtemperatur-Brennstoffzelle in Leichtbauweise
DE102006056251B4 (de) * 2006-11-27 2009-04-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochtemperaturbrennstoffzelle mit ferritischer Komponente und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102008006036B4 (de) * 2008-01-25 2012-12-13 Elringklinger Ag Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelleneinheit und Bipolarplatte
DE102008006039B4 (de) * 2008-01-25 2018-04-26 Elringklinger Ag Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauteilen eines Brennstoffzellenstacks und Baugruppe für einen Brennstoffzellenstack
DE102012004488A1 (de) * 2011-06-21 2012-12-27 Thyssenkrupp Vdm Gmbh Hitzebeständige Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit geringer Chromverdampfungsrate und erhöhter Warmfestigkeit
JP2015032557A (ja) * 2013-08-06 2015-02-16 日本特殊陶業株式会社 固体酸化物形燃料電池スタック及びセパレータ付インターコネクタ
DE102015205944B4 (de) * 2015-03-30 2021-02-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Anordnung elektrochemischer Zellen mit Dichtungslagen sowie deren Verwendung
TWI763812B (zh) 2017-03-31 2022-05-11 日商大阪瓦斯股份有限公司 電化學裝置、能源系統、及固態氧化物型燃料電池
JP6910179B2 (ja) 2017-03-31 2021-07-28 大阪瓦斯株式会社 電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、および電気化学素子の製造方法
GB201913907D0 (en) * 2019-09-26 2019-11-13 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell stack assembly apparatus and method

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02132764A (ja) * 1988-11-14 1990-05-22 Hitachi Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池
IT1270878B (it) * 1993-04-30 1997-05-13 Permelec Spa Nora Migliorata cella elettrochimica utilizzante membrane a scambio ionico e piatti bipolari metallici
JPH07211333A (ja) * 1994-01-10 1995-08-11 Fuji Electric Co Ltd 固体電解質型燃料電池
DE4410711C1 (de) * 1994-03-28 1995-09-07 Forschungszentrum Juelich Gmbh Metallische bipolare Platte für HT-Brennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung desselben
US5942348A (en) 1994-12-01 1999-08-24 Siemens Aktiengesellschaft Fuel cell with ceramic-coated bipolar plates and a process for producing the fuel cell
DE19547699C2 (de) * 1995-12-20 2000-01-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte mit selektiver Beschichtung
DE19705874C2 (de) * 1997-02-15 2000-01-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Stromkollektor für SOFC-Brennstoffzellenstapel
AUPP798898A0 (en) * 1998-12-31 1999-01-28 Ceramic Fuel Cells Limited Electrically conductive ceramics
DE10050010A1 (de) 2000-10-10 2002-04-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh Interkonnektor für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle
JP4310723B2 (ja) * 2001-09-27 2009-08-12 日立金属株式会社 固体酸化物型燃料電池セパレータ用鋼
US6641780B2 (en) * 2001-11-30 2003-11-04 Ati Properties Inc. Ferritic stainless steel having high temperature creep resistance
US7055733B2 (en) * 2002-01-11 2006-06-06 Battelle Memorial Institute Oxidation ceramic to metal braze seals for applications in high temperature electrochemical devices and method of making
US20030194592A1 (en) * 2002-04-10 2003-10-16 Hilliard Donald Bennett Solid oxide electrolytic device
JP2003346843A (ja) * 2002-05-29 2003-12-05 Sanyo Electric Co Ltd 円筒形固体酸化物燃料電池およびその運転方法
DE10306649A1 (de) * 2003-02-18 2004-09-02 Forschungszentrum Jülich GmbH Schutzschicht für hochtemperaturbelastete Substrate, sowie Verfahren zur Herstellung derselben
DE10306647A1 (de) 2003-02-18 2004-09-02 Forschungszentrum Jülich GmbH Herstellungsverfahren für eine Schutzschicht für hochtemperaturbelastete, chromoxidbildende Substrate

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