本發(fā)明涉及一種用于將導(dǎo)電接觸元件與至少一個(gè)配屬于燃料電池的導(dǎo)電燃料電池部件連接的方法。

背景技術(shù)：

在制造燃料電池，尤其是高溫燃料電池，即其工作溫度高于500℃的燃料電池的情況下，已知的是，將導(dǎo)電接觸元件(其尤其是可以以接觸層的形式而存在)與屬于或配屬于燃料電池的導(dǎo)電燃料電池部件如電極相連接，或者確切地說，將導(dǎo)電接觸元件涂覆到相應(yīng)的導(dǎo)電燃料電池部件上。該導(dǎo)電接觸元件尤其用于保證或改善該導(dǎo)電燃料電池部件和燃料電池的其它導(dǎo)電構(gòu)件之間的電接觸。

迄今為止，將導(dǎo)電接觸元件連接或涂覆在配屬于燃料電池的導(dǎo)電燃料電池部件上通常借助濕粉末涂覆工藝或絲網(wǎng)印刷工藝進(jìn)行。

濕粉末涂覆工藝通常需要在實(shí)際涂覆導(dǎo)電接觸元件之前，對(duì)待涂覆的導(dǎo)電燃料電池部件進(jìn)行耗費(fèi)的遮掩工藝，以便確保導(dǎo)電接觸元件僅僅被涂覆到導(dǎo)電燃料電池部件的待涂覆區(qū)域。在絲網(wǎng)印刷工藝的情況下，存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)，即，在這里漿狀的待涂覆的導(dǎo)電接觸元件不希望地伸展到導(dǎo)電燃料電池部件無需涂覆的區(qū)域上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種加以改善的用于將導(dǎo)電接觸元件與至少一個(gè)配屬于燃料電池的導(dǎo)電燃料電池部件放置或連接在一起的方法。根據(jù)本發(fā)明，該技術(shù)問題是通過前述類型的方法來解決的，該方法的特征在于以下步驟：

-提供可溶解于溶劑中的接觸元件以及提供導(dǎo)電燃料電池部件，

-將溶劑涂覆在所述接觸元件和/或所述燃料電池部件上，

-將接觸元件布置在導(dǎo)電燃料電池部件上，

-蒸發(fā)溶劑，其中在接觸元件與燃料電池部件之間形成連接。

根據(jù)本發(fā)明的方法，在第一步驟中，提供可溶解于溶劑中的接觸元件以及提供配屬于或可配屬于燃料電池的導(dǎo)電燃料電池部件，所述燃料電池特別是其工作溫度處于500℃以上、尤其處于600至1000℃的高溫-燃料電池，所述導(dǎo)電燃料電池部件例如尤其是電極，優(yōu)選陰極。

導(dǎo)電接觸元件應(yīng)理解為這樣的構(gòu)件，該構(gòu)件由于其材料特性或化學(xué)/物理結(jié)構(gòu)而尤其是在燃料電池或高溫-燃料電池的工作溫度的范圍內(nèi)，即在500℃以上、尤其在600至1000℃的溫度具有導(dǎo)電性能，即特別是電子傳導(dǎo)性。導(dǎo)電接觸元件通常以(薄)膜或?qū)拥男问酱嬖凇?/p>

重要的是提供一種導(dǎo)電接觸元件，該導(dǎo)電接觸元件由于其材料特性或其化學(xué)/物理結(jié)構(gòu)而可溶解在特定的另外更詳細(xì)地規(guī)定的溶劑中，也就是說，在用該溶劑潤濕時(shí)可部分溶解或溶解并且進(jìn)而至少在表面?zhèn)壬峡蓮墓虘B(tài)轉(zhuǎn)換成液態(tài)。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法的第一步驟中提供的導(dǎo)電接觸元件由可溶解于溶劑中的材料構(gòu)成或者包括這樣的材料。

在緊接著所述第一步驟的本發(fā)明方法的第二步驟中，將溶劑涂覆在接觸元件和/或燃料電池部件上。在此，要注意用溶劑充分潤濕接觸元件和/或燃料電池部件，以便接下來在接觸元件與燃料電池部件之間實(shí)現(xiàn)足夠穩(wěn)定的連接。當(dāng)然在該步驟中使用了適合于部分溶解或溶解至少該接觸元件的溶劑。因此，有針對(duì)性地根據(jù)接觸元件的材料特性或化學(xué)/物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行溶劑的選擇。

在此，將溶劑至少分區(qū)段地涂覆在接觸元件上或者至少分區(qū)段地涂覆在燃料電池部件上可能就足矣。然而，通?？梢酝ㄟ^將溶劑既涂覆在接觸元件上又涂覆在燃料電池部件上來改善接觸元件與燃料電池部件之間的連接。所述溶劑可被涂覆在接觸元件的朝向燃料電池部件和/或背離燃料電池部件的側(cè)上。

溶劑的涂覆例如可以通過刷涂、噴涂或澆注來進(jìn)行。也可以設(shè)想，將待用溶劑潤濕的接觸元件和/或待用溶劑潤濕的燃料電池部件，或者更確切地說，將屬于它們的待潤濕的表面區(qū)段，浸沒到由溶劑形成的浴池中。當(dāng)然，原則上也可以使用不同于所提及的涂覆技術(shù)來將溶劑涂覆在接觸元件和/或燃料電池部件上。

在緊接著所述第二步驟的本發(fā)明方法的第三步驟中，將接觸元件布置到導(dǎo)電燃料電池部件上。接觸元件在被布置到燃料電池部件上之后至少分區(qū)段地、特別是完全地面狀地或直接地位于燃料電池部件上。

在緊接著所述第三步驟的本發(fā)明方法的第四步驟中，使溶劑蒸發(fā)，其中在接觸元件與燃料電池部件之間形成連接。在該步驟中實(shí)現(xiàn)了在接觸元件與燃料電池部件之間實(shí)際形成連接。所述連接原則上是指兩個(gè)連接配合件(Fügepartner)之間借助溶劑粘合劑產(chǎn)生的粘接。根據(jù)本發(fā)明通過蒸發(fā)溶劑產(chǎn)生的連接因此通常是材料接合的并且進(jìn)而相應(yīng)地穩(wěn)定。

通過蒸發(fā)溶劑產(chǎn)生的在接觸元件與燃料電池部件之間的連接能夠比較簡單和快速地實(shí)現(xiàn)，從而根據(jù)本發(fā)明的方法展示了一種尤其在制造技術(shù)方面非常有效的在相應(yīng)的接觸元件與相應(yīng)的燃料電池部件之間產(chǎn)生連接的可能性。在接觸元件與燃料電池部件之間快速形成連接特別是還有利于用本發(fā)明的方法制備的、配屬于或待配屬于燃料電池的組件或單元的可控制性。

溶劑蒸發(fā)過程在正常條件或標(biāo)準(zhǔn)條件下、尤其在室溫(約25℃)和1個(gè)大氣壓的壓力下通常自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。必要時(shí)可以通過針對(duì)性地調(diào)整特定的工藝條件如壓力和/或溫度來控制或者促進(jìn)或者加速所述溶劑蒸發(fā)過程。

當(dāng)然可以設(shè)想，在接觸元件與燃料電池部件的連接之后，將其它的配屬于或可配屬于燃料電池的燃料電池部件如互連片(Interkonnektorplatte)放置在接觸元件上或者與其相連。因此，本發(fā)明的用于使導(dǎo)電接觸元件與至少一個(gè)配屬于燃料電池的導(dǎo)電燃料電池部件連接的方法可以是用于制造燃料電池、特別是高溫-燃料電池的方法的一部分。

在本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)通常采用由金屬氧化物構(gòu)成或包括金屬氧化物的接觸元件。特別地采用由尤其化學(xué)式為La_xSr_l-xCoyFel-yO3–d的鑭鍶鈷鐵氧體(簡稱LSCF)構(gòu)成的導(dǎo)電接觸元件，或者說包含尤其化學(xué)式為La_xSrl-xCoyFel-yO3-d的鑭鍶鈷鐵氧體(簡稱LSCF)的導(dǎo)電接觸元件。供替代性選擇地，所采用的導(dǎo)電接觸元件也可以由尤其化學(xué)式為La_1-xSr_xMnO₃的鑭鍶錳氧化物(簡稱LSM)構(gòu)成或者可以包含尤其化學(xué)式為La_1-xSr_xMnO₃的鑭鍶錳氧化物(簡稱LSM)。

在該上下文中要提及的是燃料電池部件可以與接觸元件的構(gòu)成材料相同。該燃料電池部件確切地說例如可以由尤其化學(xué)式為La_xSr_l-_xCoyFel-yO3–d的鑭鍶鈷鐵氧體(簡稱LSCF)構(gòu)成，或者說包含尤其化學(xué)式為La_xSrl-xCoyFel-yO3-d的鑭鍶鈷鐵氧體(簡稱LSCF)。

構(gòu)成在本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)采用的導(dǎo)電接觸元件的材料適宜地未經(jīng)燒結(jié)并且因此不是易碎的，這簡化了本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)接觸元件的可搬運(yùn)性和可加工性。

在本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，作為導(dǎo)電接觸元件使用特別是片狀的、尤其膜狀的構(gòu)件或材料。該接觸元件因此可以呈片或優(yōu)選膜的形狀和因此基本上以平面幾何結(jié)構(gòu)存在。使用構(gòu)建為膜的接觸元件具有以下優(yōu)點(diǎn)，即，該接觸元件被設(shè)計(jì)得特別薄并且因此燃料電池的整個(gè)結(jié)構(gòu)就其尺寸而言基本上不變。接觸元件的厚度或高度例如為50至300μm，特別是100至200μm。

在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)，導(dǎo)電接觸元件可以在涂覆溶劑之前設(shè)有至少一個(gè)凹空或穿孔。該凹空或穿孔可以通過沖壓工藝被引入接觸元件。接觸元件的幾何形狀因此可以匹配另外的構(gòu)件如互連片，該另外的構(gòu)件在燃料電池的整個(gè)組合件中連接在接觸元件的背離該燃料電池部件的一側(cè)上。因此，接觸元件的表面輪廓可以適宜地匹配在燃料電池的整個(gè)組合件中布置在接觸元件上或者待與該接觸元件相連的構(gòu)件如互連片上的表面輪廓，或者與該表面輪廓對(duì)應(yīng)的、即特別是鏡面對(duì)稱(gegengleich)地設(shè)計(jì)。

在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)，尤其使用有機(jī)溶劑、特別是乙醇作為溶劑。然而，原則上也可以在考慮該接觸元件的材料特性或化學(xué)/物理結(jié)構(gòu)的情況下使用其它類型的、特別是有機(jī)的溶劑。只要該接觸元件由鑭鍶鈷鐵氧體構(gòu)成或包含鑭鍶鈷鐵氧體，則乙醇被證明特別適合于針對(duì)本發(fā)明所設(shè)的目的。

在本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，可以適宜地設(shè)置，在將溶劑涂覆在接觸元件和/或燃料電池部件上之前在溶劑中溶解一定量的構(gòu)成接觸元件的材料。該溶劑因此作為乳狀液存在，該乳狀液由溶劑和溶于其中、構(gòu)成接觸元件的材料組成。適當(dāng)?shù)?，所溶解的、?gòu)成接觸元件的材料在該乳狀液中占的體積份額為10-40％，特別是約20％。通過應(yīng)用這樣的作為乳狀液存在的溶劑，可以改善接觸元件與燃料電池部件之間的連接穩(wěn)定性。

本發(fā)明還涉及一種燃料電池，特別是高溫-燃料電池，即，工作溫度在500℃以上、尤其為600至1000℃的燃料電池，其包括至少一個(gè)導(dǎo)電燃料電池部件，特別是電極，優(yōu)選陰極，和至少一個(gè)按照前述方法與其相連的導(dǎo)電接觸元件。相應(yīng)地與本發(fā)明的方法關(guān)聯(lián)的所有實(shí)施方式均類似地適用于根據(jù)本發(fā)明的燃料電池。

附圖說明

從接下來描述的實(shí)施例以及根據(jù)附圖可以得知本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)，其中：

圖1–3各示出了在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的情況下接觸元件和燃料電池部件的原理示意圖；

圖4示出了燃料電池的斷面的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1–3各示出了在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的情況下導(dǎo)電接觸元件1和導(dǎo)電燃料電池部件2的原理示意圖。圖1–3分別示出了接觸元件1和燃料電池部件2二者的截面圖。圖1示出了在本發(fā)明方法的第一步驟中提供接觸元件1和燃料電池部件2。接觸元件1另外被安設(shè)于燃料電池部件2上或者與燃料電池部件2穩(wěn)定地或不可丟失地相連(參見圖2、3)。

接觸元件1由未經(jīng)燒結(jié)的化學(xué)式為La_xSrl-xCoyFel-yO3-d的鑭鍶鈷鐵氧體構(gòu)成。接觸元件1作為厚度或高度約100μm的膜存在。

顯然，在接觸元件1中構(gòu)建穿孔3。尤其通過沖壓工藝構(gòu)建的穿孔3和由此實(shí)現(xiàn)的接觸元件1的形狀與另外的構(gòu)件如互連片匹配，該另外的構(gòu)件在燃料電池4的整個(gè)組合件(參見圖4)中連接在接觸元件1的背離燃料電池部件2的一側(cè)上。接觸元件1的表面輪廓因此通常與在燃料電池4的整個(gè)組合體中布置在其上或者與其待連接的構(gòu)件的表面輪廓相比以鏡面對(duì)稱的方式構(gòu)建。

燃料電池部件2是指作為陰極連接的、用于燃料電池或燃料電池的多孔電極(參見圖4)。燃料電池部件2同樣由化學(xué)式為La_xSrl-xCoyFel-_yO3-d的鑭鍶鈷鐵氧體構(gòu)成。然而，與構(gòu)成接觸元件1的材料相反，構(gòu)成燃料電池部件2的材料是已經(jīng)燒結(jié)的。原則上卻也可以采用未經(jīng)燒結(jié)的、構(gòu)成燃料電池部件2的材料。

圖2示出了將液態(tài)有機(jī)溶劑5涂覆在接觸元件1和燃料電池部件2在圖2中的上側(cè)的面上，該液態(tài)有機(jī)溶劑5的形式為乳狀液或由構(gòu)成接觸元件1的材料和乙醇形成的混合物。因此，作為乳狀液存在的溶劑5中已經(jīng)包含一定量的通常體積百分比為約20％的經(jīng)溶解的、構(gòu)成接觸元件1的材料。

在接觸元件側(cè)可將溶劑5涂覆在接觸元件1的朝向燃料電池部件2和/或背離燃料電池部件2的側(cè)上。溶劑5的涂覆通常用刷子進(jìn)行。溶劑5適合于至少在表面?zhèn)壬喜糠秩芙饣蛉芙饨佑|元件1。

正如通過圖2中示出的箭頭P1所表示的，另外進(jìn)行將接觸元件1布置或鋪放在燃料電池部件2的用溶劑5潤濕的面上。

圖3示出了其中接觸元件1被相應(yīng)地布置在燃料電池部件2上的狀態(tài)。接觸元件1在這里呈面狀或直接地位于燃料電池部件2上。顯然在圖3中在接觸元件1的未溶解部分與燃料電池部件2之間還存在一定量的溶劑5或者確切地說經(jīng)溶解的接觸元件1。在該方法的接下來的步驟中進(jìn)行溶劑5的蒸發(fā)或揮發(fā)，這通過箭頭P2來表示。通過針對(duì)性地設(shè)定特定的工藝條件如壓力和/或溫度可以控制或者加速溶劑5的蒸發(fā)過程。

最后圖4示出了其中溶劑5被完全揮發(fā)或蒸發(fā)的狀態(tài)?，F(xiàn)存在這樣的組件或單元，該組件或單元被安裝或可被安裝在工作溫度處于500℃以上、特別是600至1000℃的燃料電池4、特別是高溫-燃料電池中(參見圖4)。

燃料電池4的構(gòu)造或者由多個(gè)上下或相鄰布置的燃料電池4構(gòu)成的堆疊體的構(gòu)造是充分已知的。在這里通常在上側(cè)將互連片(未顯示)連接到接觸元件1上并且在下側(cè)將電解質(zhì)(未顯示)連接到燃料電池部件2上。

雖然本發(fā)明的細(xì)節(jié)通過優(yōu)選實(shí)施例得以更詳細(xì)地說明和描述，但是本發(fā)明并不限于所公開的例子，并且在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從中推導(dǎo)出其它變型。