[发明专利]用于在高温燃料电池的正极和内部连接器之间导电连接的接触元件

说明书

本发明涉及一种用于在高温燃料电池的正极和内部连接器之间导电连接的接触元 件。在高温燃料电池的情况下，通常将单个的燃料电池结合成堆并且将它们导电地彼此 连接。为此，在各燃料电池的电极之间设置内部连接器，这些内部连接器也称为双极板。 于是，电流可以从燃料电池的一个电极流向下一个燃料电池的极性相反的电极。

然而因为需要燃料或者氧化剂能够到达电极，所以为此需要渗透性或者穿透性，这 影响导电能力。

于是，目前在电极和关联的相应内部连接器之间使用不同配置的集电器。对此的例 子是借助纤维形成的网或者集电器(DE 102 32 093 A1)。

在高温燃料电池情况下的另一普遍要考虑的问题是由于燃料电池的高的工作温度 导致的热膨胀。出于该原因，通常针对燃料电池的所有主要的各元件，即电极、内部连 接器以及部分地还有集电器的材料选择为使得考虑固体电解质的热膨胀系数。在此，仅 仅应当允许小的偏差。

形成正极和与其关联的内部连接器之间的导电连接的集电器通常由镍制造。然而， 镍具有明显更大的热膨胀系数。在将高温燃料电池从工作温度冷却到室温的情况下，在 正极接触情况下形成长度差。这导致负极的陶瓷接触部被施加以拉应力并且在那里会撕 裂接触部。由此，形成电损耗并且降低了可实现的功率。

减小这种用镍构建的、在正极和内部连接器之间的导电连接的厚度也并不能实现目 的，因为还必须借助镍的可延展性来平衡机械应力和制造公差。

在借助网或者纤维形成正极和内部连接器之间的接触部的情况下，在燃料电池的工 作期间也出现局部差异的变形，这导致出现具有升高的导电性的点状区域，它们称为“热 点”。大部分的电流在那里流动。

如果在这些位置出现接触部损毁，则必然得到的是，降低导电性并且增大电阻。这 在再次启动以前被关断的燃料电池情况下产生特别不利的效果，因为至少在该时间期间 在这样构建的集电器上并不存在如下接触部：通过该接触部，在正极和内部连接器之间 可以流动局部的受限的大电流。

因此，本发明的任务是，在高温燃料电池的正极和关联的内部连接器之间实现更可 靠的、长期稳定的导电连接。

根据本发明，该任务借助具有权利要求1所述的特征的接触元件来解决。本发明的 有利的扩展方案和改进方案可以借助从属权利要求中表明的技术特征来实现。

根据本发明的接触元件借助两个平面导电的子元件来形成。在此，一个子元件与正 极触碰接触并且另外的子元件与相应的内部连接器触碰接触。在子元件中构建有穿通部， 燃料可以通过所述穿通部穿过接触元件，并且接触元件为此是可穿透的。两个子元件由 分别具有彼此不同的热膨胀系数的材料形成。

子元件并且由此整个接触元件也可以是多孔的。

接触元件也可以由多于两个的子元件形成。在此，应当类似地考虑热膨胀系数。

由于子元件的不同的热膨胀系数，在温度改变时出现变形。由此，可以借助在接触 元件中引起的压应力来稳定导电接触部。它们分布在接触元件的面上。由此，电流可以 相应更多局部分布地流经正极和内部连接器之间的可用的面。

在变形时，在接触元件上会形成突起部和凹入部，它们分布地设置在面上。在此， 优选在穿通部的位置上出现凹入部。于是，在高温燃料电池从工作温度冷却的情况下， 可以利用出现的接触元件的变形，其方式是通过变形将区域朝向正极挤压以及将区域朝 向内部连接器挤压。由此，可以改善电接触。

在每个另外的温度改变情况下，都可以利用该效应。

形成两个子元件的材料的热膨胀系数于是应当彼此差异，使得膨胀之差至少为 1ppm/K。这应当至少在700℃到高温燃料电池的工作温度之间的温度范围中得到保持。

在子元件中形成的穿通部应当设置为使得接触元件对于燃料是可穿透的，并且在一 个子元件上的相应的穿通部与另外的子元件的穿通部分别彼此相通。

在选择子元件的材料时以及在其设计时，可以考虑的是，在至少比高温燃料电池的 工作温度低100K的温度情况下，两个子元件大小相同或者可以大小相同。

有利的是，子元件关于其面的形状和大小方面可以设计为使得它们在至少比高温燃 料电池的工作温度低100K的温度情况下以其外边缘靠置在环绕构建的边缘元件上。然 而，在正常室温的情况下也可以已经如此。