(57)【要約】  本発明は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法に基づく。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、少なくとも２つの機能層（１６ａ，１８ａ；１６ｂ，１８ｂ；１６ｃ，１８ｃ；１６ｆ，１８ｆ）を備える少なくとも１つの電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を含み、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を支持するための少なくとも１つの金属担体装置を含む。ここでは、少なくとも２つの機能層（１６ａ，１８ａ；１６ｃ，１８ｃ；１６ｆ，１８ｆ）を有する電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）と金属担体装置とを、互いに別個に製造することが提案される。
2022501776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法であって、
前記金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、少なくとも２つの機能層（１６ａ，１８ａ；１６ｂ，１８ｂ；１６ｃ，１８ｃ；１６ｆ，１８ｆ）を備える少なくとも１つの電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を含み、
前記金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を支持するための少なくとも１つの金属担体装置を含む、
製造方法において、
前記少なくとも２つの機能層（１６ａ，１８ａ；１６ｂ，１８ｂ；１６ｃ，１８ｃ；１６ｆ，１８ｆ）を有する前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）と前記金属担体装置とを、互いに別個に製造する、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を前記金属担体装置上に被着する前の少なくとも１つのステップにおいて、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を、特に層状に、可撓性の搬送担体要素（２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）上に被着する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を前記金属担体装置上に被着した後の少なくとも１つのステップにおいて、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）の搬送のための、特に水溶性の搬送担体要素（２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）を除去する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ）を前記金属担体装置上に被着する前の少なくとも１つのステップにおいて、特に酸化剤電極（２４ａ）として形成される付加的な機能層（２６ａ；２６ｂ）を、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ）上に被着する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記電極ユニット（１４ｃ）を前記金属担体装置上に被着した後の少なくとも１つのステップにおいて、特に酸化剤電極（２４ｃ）として形成される付加的な機能層（２６ｃ）を、前記電極ユニット（１４ｃ）上に被着する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に請求項１乃至５の方法によって製造された金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット用の金属担体装置であって、
少なくとも１つの電極接触面（２８ａ；２８ｂ；２８ｃ；２８ｄ；２８ｅ；２８ｆ）によって、前記金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を支持する金属担体装置において、
前記電極接触面（２８ａ；２８ｂ；２８ｃ；２８ｄ；２８ｅ；２８ｆ）は、構造化されている、
ことを特徴とする金属担体装置。
【請求項７】
前記電極接触面（２８ａ；２８ｂ；２８ｃ；２８ｄ）に配置された大面積の出口開口部（３８ａ；３８ｂ〜４４ｂ；３８ｃ〜４２ｃ；３８ｄ〜４２ｄ）を備える少なくとも１つの流体管路（３０ａ；３０ｂ〜３６ｂ；３０ｃ〜３４ｃ；３０ｄ〜３４ｄ）を有する、請求項６に記載の金属担体装置。
【請求項８】
前記電極接触面（２８ｆ）に配置された流体分配要素（４６ｆ）を有する、請求項６又は７に記載の金属担体装置。
【請求項９】
前記金属担体装置は、特に前記電極接触面（２８ｅ）を形成するために、流体の誘導のためのエキスパンドメタル要素（４７ｅ）を含む、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の金属担体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法により製造された及び／又は請求項６乃至９のいずれか一項に記載の金属担体装置を備える金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法は、既に提案されており、ここで、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、少なくとも２つの機能層を備える少なくとも１つの電極ユニットを含み、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、電極ユニットを支持するための少なくとも１つの金属担体装置を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明の開示
本発明は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法に基づき、ここで、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、少なくとも２つの機能層を備える少なくとも１つの電極ユニットを含み、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、電極ユニットを支持するための少なくとも１つの金属担体装置を含む。
【０００３】
少なくとも２つの機能層を有する電極ユニットと金属担体装置とが、互いに別個に製造されることが提案される。この関連において、「燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット」とは、特に、燃料電池、特に固体酸化物形燃料電池、及び／又は、電解槽、特に高温電解槽の少なくとも一部、特にサブアセンブリであると理解されるべきである。特に、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、燃料電池全体、特に固体酸化物形燃料電池全体、電解槽全体、特に高温電解槽全体、燃料電池及び／又は電解槽のスタック、及び／又は、燃料電池及び／又は電解槽の複数のスタックの結合体も含み得る。有利には、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、電気エネルギーを生成するための燃焼プロセスにおいて、酸化剤を供給して、燃料を燃焼させるために設けられる。選択的又は付加的に、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、分離プロセスにおいて、電気エネルギーを供給して、流体を少なくとも２つの構成部分に分けるために設けられる。「設けられる」とは、特に、特別に設定される、特別に設計される、及び／又は、特別に装備されることと理解されるべきである。ある対象物が特定の機能のために設けられるとは、特に、この対象物が、少なくとも使用状態及び／又は動作状態において、このような特定の機能を履行すること及び／又は実行することと理解されるべきである。
【０００４】
有利には、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、少なくとも１つの機能層、特に少なくとも３つの機能層を含む。有利には「金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの機能層」とは、特に、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットによって実行される燃焼プロセス及び／又は分離プロセスに直接関与している層と理解されるべきである。特に、少なくとも１つ、有利には２つの機能層は、特にカソード及び／又はアノードとして使用するために、電極層として形成される。有利には、少なくとも１つの電極層は、特に酸化剤及び／又は核分裂生成物との接触のために、酸化剤電極として形成される。有利には、少なくとも１つの電極層は、特に燃料及び／又はさらなる核分裂生成物との接触のために、燃料電極として形成される。有利には、少なくとも１つの機能層は、分離層として、特に電解質層として形成される。有利には、少なくとも１つの分離層は、少なくとも１つの電極層に、特に２つの電極層の間に配置される。有利には電極ユニットは、電極層として形成された複数の機能層のうちの少なくとも１つを含む。有利には電極ユニットは、少なくとも、分離層として形成された１つの機能層を含む。特に、電極ユニットは膜／電極接合体（英語でｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＭＥＡ）として形成される。
【０００５】
有利には、金属担体装置は、電極ユニットの機械的な安定化及び／又は熱的な安定化のために設けられる。有利には、金属担体装置は、特に、電極ユニットを金属担体装置上に被着するために、特に、金属担体装置の最大の外面に、少なくとも１つの電極接触面を有する。特に、少なくとも１つのステップにおいて、電極ユニットは、金属担体装置上に被着される。有利には、電極接触面の最大の延在は、複数の機能層のうちの１つの機能層、有利には総ての機能層の最大の延在より大きい。特に、電極接触面の最大の外囲は、複数の機能層のうちの１つの機能層、有利には総ての機能層の最大の外囲より大きい。有利には、金属担体装置は、少なくとも、電極接触面に垂直な方向において最大の延在を有し、この最大の延在は、複数の機能層のうちの１つの機能層の層の厚さ、特に総ての機能層に共通した層の厚さを超え、有利にはこの層の厚さの２倍以上であり、特に有利にはこの層の厚さの５倍以上である。特に、金属担体装置の少なくとも一部、特に電極接触面は、金属フィルム、金属シート及び／又は金属プレートから製造される。有利には、金属担体装置は、少なくとも１つのステップにおいて、少なくとも実質的に、少なくとも１つの金属から製造される。対象物が「実質的に、ある材料から」製造されるとは、特に、この対象物の総体積に占めるこの材料の体積割合が２５％以上、有利には５０％以上、特に有利には７５％以上であると理解されるべきである。有利には、金属担体装置は、少なくとも実質的に、高温安定金属から製造される。「高温安定」とは、特に、少なくとも５００℃の温度まで、有利には少なくとも８５０℃の温度まで、特に有利には少なくとも１２００℃の温度まで、形状的に安定している、及び／又は、化学的に安定していることと理解されるべきである。金属担体装置が、例えば、金属担体装置及び／又は金属担体装置の個々の構成要素の電気的及び／又は熱的に絶縁された固定のために、セラミック、プラスチック又は他の何らかの材料から製造される構成要素を含むことが考えられる。
【０００６】
有利には、少なくとも１つの電極製造ステップにおいて、電極ユニットが製造され、特に少なくとも予備成形される。有利には、電極製造ステップにおいて、電極ユニットの少なくとも１つのブランク（未加工体）、プレス体、グリーン体、ホワイト体等が製造される。有利には、電極ユニットは、少なくとも１つのステップにおいて、金属担体装置上に被着された後、予備成形状態から、特に焼結及び／又は硬化によって、最終状態に移される。特に、電極製造ステップにおいて、電極ユニットの少なくとも２つの機能層が互いに接して配置され、特に互いに接して固定される。
【０００７】
有利には、少なくとも１つの金属担体製造ステップにおいて、金属担体装置が製造される。有利には、金属担体製造ステップにおいて、金属担体装置の少なくとも１つのベースボディ、特に金属シートが構造化される。特に、金属担体製造ステップにおいて、少なくとも１つの流体管路がベースボディに入れ込まれる。有利には、少なくとも１つの流体管路は、変形プロセスによって、特に打ち抜き、エンボス加工、ミリング、レーザ穿孔、レーザ切断等によって、金属担体装置のベースボディに入れ込まれる。
【０００８】
ある対象物が他の対象物とは「別個に」製造されるとは、特に、この対象物が他の対象物とは無関係に、特に、この対象物の製造場所における他の対象物の存在とは無関係に、特に、この対象物の製造ステップの間の、他の対象物の現在の状態とは無関係に、特に他の対象物の物理的存在とは無関係に製造されることと理解されるべきである。特に、金属担体装置及び電極ユニットは、各別個の製造ステップの後、特にその後の合併まで、空間的に離間した状態及び／又は少なくとも非破壊的に分離可能な状態にある。少なくとも１つの別個の製造ステップに先行する計画段階において、製造パラメータ及び／又は対象物パラメータに対する目標値、特に金属担体装置及び／又は電極ユニットの寸法が互いに調整されることが考えられる。有利には、電極製造ステップは、金属担体製造ステップとは別個に行われる。特に、電極製造ステップを、金属担体製造ステップの前に、金属担体製造ステップの後に、及び／又は、金属担体製造ステップと少なくとも部分的に並行して、行うことができる。特に、電極製造ステップは、金属担体製造ステップとは空間的に分離して、特に金属担体装置とは空間的に分離して行われる。有利には、電極ユニットは、電極製造ステップ、特に金属担体製造ステップに続くステップにおいて、金属担体装置、特に金属担体装置の電極接触面上に被着される。特に、電極ユニット、特に電極ユニットの少なくとも２つの機能層は、単一のステップにおいて、特に電極製造ステップとは異なるステップにおいて、金属担体装置上に被着される。特に、電極ユニットは、少なくとも予備成形された状態で金属担体装置上に被着される。特に、電極ユニットの少なくとも２つの機能層は、互いに接して固定された状態で金属担体装置上に被着される。
【０００９】
本発明に係る方法のこの構成によって、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、有利には大量生産に適した方法により、及び／又は、有利には低コストで製造可能になる。特に、電極ユニット及び金属担体装置を、事前に製造することができる。特に、電極ユニット及び金属担体装置を、特に、標準化された半製品として実現することができる。
【００１０】
さらに、電極ユニットが金属担体装置上に被着される前の少なくとも１つのステップにおいて、電極ユニットが、特に層状に、可撓性の搬送担体要素上に被着されることが提案される。有利には、可撓性の搬送担体要素は、特に電極ユニットを可撓性の搬送担体要素上に被着するために、少なくとも１つの電極被着面を有する。有利には、電極ユニットは、電極製造ステップにおいて、可撓性の搬送担体要素、特に電極被着面上に層状に被着される。有利には、可撓性の搬送担体要素は、特に電極ユニットと共に、巻き上げ可能に形成される。特に、可撓性の搬送担体要素は、フィルム又はシートとして形成される。有利には、可撓性の搬送担体要素は、有利には、電極ユニットの事前製造、搬送及び／又は保管のために、特に金属支持型燃料電池及び／又は電解槽の後続の製造のために設けられる。有利には、電極製造ステップにおいて、電極層として形成される機能層が、可撓性の搬送担体要素上に被着される。有利には、さらなる電極製造ステップにおいて、分離層として形成される機能層が、電極層として形成された機能層上に被着される。選択的に、電極製造ステップにおいて、分離層として形成される機能層が、可撓性の搬送担体要素上に被着され、及び／又は、さらなる電極製造ステップにおいて、電極層として形成される機能層が、分離層として形成された機能層上に被着される。有利には、少なくとも２つの機能層が、印刷プロセスによって、例えば、ドクターブレードプロセスによって、噴霧プロセスによって、インクジェットプロセスによって、オフセット印刷プロセス等によって、可撓性の搬送担体要素上に被着される。有利には最大層厚が１００μｍ以下、有利には５０μｍ以下、特に有利には２５μｍ以下の少なくとも１つの機能層が被着される。有利には最小層厚が２５ｎｍ以上、有利には５０ｎｍ以上、特に有利には７５ｎｍ以上の少なくとも１つの機能層が被着される。有利には、少なくとも１つの機能層は、少なくとも実質的にセラミックから製造される。電極ユニットが、可撓性の搬送担体要素上に被着された後に、特に搬送及び／又は保管のために保護層で被覆されることが考えられる。本発明によるこの構成によって、事前製造された電極ユニットが、有利にはコンパクトに保管及び／又は搬送可能になる。
【００１１】
さらに、電極ユニットが金属担体装置上に被着された後の少なくとも１つのステップにおいて、電極ユニットの搬送のための、特に水溶性の搬送担体要素が除去されることが提案される。有利には、電極製造ステップにおいて、特に水溶性の搬送担体要素を用いて、可撓性の搬送担体要素と同様に方法が進められる。特に、特に水溶性の搬送担体要素は、可撓性の搬送担体要素と同一である。しかし、特に水溶性の搬送要素と可撓性の搬送担体要素とが、特に層状に構築された搬送ユニットの別個に形成された構成要素を成すことも考えられる。有利には、搬送担体要素は、水溶性に形成される。有利には、搬送担体要素は、少なくとも実質的にＴｒｕｃａｌから製造される。有利には、少なくとも１つの剥離ステップにおいて、搬送担体要素が電極ユニットから除去される。有利には、搬送担体要素は、剥離ステップにおいて、少なくとも部分的に湿らせられる。特に、搬送担体要素の剥離ステップにおいては、電極ユニットから剥離され、及び／又は、少なくとも部分的に溶解される。有利には、搬送担体要素は、電極ユニットの焼結及び／又は硬化前に除去される。本発明によるこの構成によって、特に粗さ及び多孔性に関して、有利には高い表面品質を有する材料を搬送担体要素に使用することが可能になる。特に、機能層に対して有利には高い濡れ性、有利には高い厚さ品質及び／又は有利には高い印刷画像安定性を達成する材料を搬送担体要素に使用することが可能になる。特に、焼結によって発生した、搬送担体要素の燃焼残留物の除去を省略することができる。
【００１２】
さらに、電極ユニットが金属担体装置上に被着される前の少なくとも１つのステップにおいて、特に酸化剤電極として形成される付加的な機能層が、電極ユニット上に被着されることが提案される。有利には、少なくとも１つのステップにおいて、付加的な機能層は、分離層として形成された、電極ユニットの機能層上に被着される。特に、付加的な機能層は、搬送担体要素上に位置する電極ユニット上に被着される。特に、付加的な機能層は、電極ユニットに固定される。特に、少なくとも１つのステップにおいて、電極ユニットは、付加的な機能層と共に金属担体装置上に被着される。特に、付加的な機能層は、電極接触面に配置され、特に電極ユニットと金属担体装置との間に配置される。有利には、付加的な機能層は、電極層として形成される。特に、付加的な機能層は酸化剤電極として形成される。選択的に、付加的な機能層は、燃料電極として形成される。しかし、付加的な機能層が、特に金属担体装置からの電極ユニットの電気的絶縁のための分離層として形成されることも可能である。本発明によるこの構成によって、この方法を、有利には少ない個別化ステップにおいて、及び／又は、有利にはわずかな時間消費で、実行することが可能になる。特に、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの総ての機能層は、有利には事前に製造可能であり、特に予備成形可能である。
【００１３】
さらに、電極ユニットが金属担体装置上に被着された後の少なくとも１つのステップにおいて、特に酸化剤電極として形成される付加的な機能層が、電極ユニット上に被着されることが提案される。有利には、電極ユニットの焼結及び／又は硬化後の少なくとも１つのステップにおいて、特に酸化剤電極として形成される付加的な機能層が、電極ユニット上に被着される。有利には、少なくとも１つのステップにおいて、付加的な機能層は、電極ユニット上に焼き付けられる。有利には、付加的な機能層は、分離層として形成された、電極ユニットの機能層上に被着される。有利には、付加的な分離層は、酸化剤電極として被着される。本発明によるこの構成によって、焼結及び／又は硬化を、有利には材料固有に、電極ユニットに適合させることができる。特に、焼結及び／又は硬化のためのプロセスパラメータ、例えば、温度及び／又は圧力の制限を有利には回避することができる。特に、焼結及び／又は硬化中の付加的な機能層の劣化プロセスを回避することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に本発明に係る方法によって製造された金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット用の金属担体装置に基づく。これは、少なくとも１つの電極接触面によって、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの電極ユニットを支持する。電極接触面は、構造化されていることが提案される。有利には、金属担体装置は少なくとも１つのベースボディを含む。有利には電極接触面は、少なくとも、ベースボディの表面の部分領域、特に最大の外面の部分領域として形成されている。有利にはベースボディは平坦に形成されている。特に、ベースボディは、少なくとも電極接触面に垂直な方向、特に最大の外面に垂直な方向において、最大の延在を含み、これは、電極接触面、特に最大の外面の最大の延在より小さく、有利には最大の延在の１／１０より小さく、特に有利には最大の延在の１／３０より小さい。有利には、最大の外面、特に電極接触面の曲率の最大の曲率半径は、最大の外面、特に電極接触面の最大の延在より大きく、特に３倍以上、特に有利には５倍以上である。有利には、ベースボディは、金属フィルム、金属シート及び／又は金属プレートとして形成されている。特に、電極接触面、特に最大の外面に垂直な方向における最大の延在は、少なくとも１ｍｍ以下、有利には７５０μｍ以下、特に有利には５００μｍ以下である。電極接触面が「構造化」されているとは、特に、金属担体装置が、電極接触面内及び／又は電極接触面に配置された構造要素を有することと理解されるべきである。特に、構造要素は、電極接触面を制限する。例えば、金属担体装置は、構造要素として、電極接触面に、溝、空白部、リブ、突起、縦穴、管路、ピン等を含む。有利には、金属担体装置は、少なくとも１つの流体管路を含む。有利には、流体管路は、特に電極接触面で、ベースボディに入れ込まれている。選択的又は付加的に、金属担体装置は、流体の誘導のために電極接触面に配置された少なくとも１つの構造要素を有する。有利には、流体管路は、電極接触面内に少なくとも１つの出口開口部を含む。有利には、流体管路は、電極接触面とは異なって形成された、ベースボディの表面の部分領域に、特に電極接触面とは反対側に面する、金属担体装置の側に少なくとも１つの入口開口部を含む。特に、流体管路は、ベースボディを貫通する貫通孔として形成されている。有利には、電極接触面は、流体管路の出口開口部を完全に包囲する。有利には、流体管路は、電極接触面を構造化する。特に、流体管路は電極接触面の空白部を形成する。本発明によるこの構成によって、電極ユニットは、特に同時に、有利には確実に支持されて、有利には確実に流体、特に燃料及び／又は酸化剤が供給される。
【００１５】
さらに、金属担体装置が、電極接触面に配置された大面積の出口開口部を備える少なくとも１つの流体管路を含むことが提案される。「大面積の出口開口部」とは特に、特に電極接触面に平行な面にある、出口開口部によって定義される外囲を有する仮想の面が、電極接触面の最大面積と比較して、及び／又は、総管路面と比較して、少なくとも１％以上、有利には２％以上、特に有利には３％以上大きい最大面積を有することと理解されるべきである。「総管路面」とは特に、特に電極接触面に平行な面にある、特に、金属担体装置の流体管路の全体のうちの１つの流体管路の各出口開口部によって定義される外囲を有する仮想の面の全体の最大面積と理解されるべきである。例えば、金属担体装置は、厳密に１つの流体管路を含む。有利には、厳密に１つの流体管路は、曲がりくねった、らせん状の及び／又は分岐している大面積の出口開口部を有する。例えば、金属担体装置は、少なくとも１つの、スリット状の流体管路、有利には複数の、少なくとも実質的に平行に配置されたスリット状の流体管路を含む。ここで、「実質的に平行」とは特に、特に面における基準方向に対して相対的な方向の配向と理解されるべきであり、ここで、この方向は、基準方向に対して、特に８°以下、有利には５°以下、特に有利には２°以下の偏差を有する。特に、特にスリット状の流体管路の大面積の出口開口部は、少なくとも１つの方向において、少なくとも実質的に、この方向における電極接触面の最大の延在に相応する、少なくとも１つの最大の長手方向の延在を有する。ある区間が他の区間に「実質的に相応する」とは、特に、この区間が他の区間の少なくとも２５％、有利には５０％以上、特に有利には７５％以上を含むことと理解されるべきである。例えば、金属担体装置は、複数の、特に少なくとも実質的に同一の構造である流体管路を含み、これらの流体管路は、特に、規則的な間隔で及び／又は不規則な間隔で分布して、ベースボディに入れ込まれている。本発明によるこの構成によって、特に燃料及び／又は酸化剤に関して、金属担体装置の流動抵抗を有利には低く保持することができる。特に、金属担体装置上に配置された機能層の有利には大きい面積割合に、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの動作中に流体を直接的に供給することができる。特に金属担体装置は、特に、処理、搬送及び／又は保管のために、有利には可撓性である。
【００１６】
さらに、金属担体装置が、電極接触面に配置された流体分配要素を含むことが提案される。有利には、流体分配要素は、少なくとも１つの流体管路に配置される。特に、流体分配要素は、少なくとも１つの流体管路と流体技術的に連通する。特に、少なくとも１つの流体管路は、流体分配要素に連通する。有利には、電極接触面における流体分配要素の出口開口部は、流体分配要素に連通する、流体管路の出口開口部より大きい。有利には、分配要素は溝として、特に、分岐している及び／又はらせん状に延在している溝に、電極接触面に形成される。しかし、流体分配要素が、流体管路の横断面の拡張として形成されることも可能である。本発明によるこの構成によって、金属担体装置の特に一貫した多孔性を有利には低く保持することができる。特に、金属担体装置を有利には安定するように形成することができる。
【００１７】
さらに、特に電極接触面を形成するために、金属担体装置が、流体の誘導のためのエキスパンドメタル要素を含むことが提案される。特に、エキスパンドメタル要素は、ひし形の網目、縦長ウェブの網目、六角形の網目、円形の網目、正方形の網目及び／又は特殊な網目を備える少なくとも１つの領域を有する。有利には、エキスパンドメタル要素は、金属担体装置のベースボディを形成する。有利には、エキスパンドメタル要素の網目は、流体管路を形成する。しかし、エキスパンドメタル要素が、特に付加的なベースボディ上に固定されることも可能である。特に、エキスパンドメタル要素は、金属担体装置の付加的なベースボディの最大の外面に配置され、特に固定される。特に、付加的なベースボディの最大の外面とは反対側に面する、エキスパンドメタルの側は、金属担体装置の電極接触面を形成する。有利には、少なくとも１つの流体管路は、エキスパンドメタル要素の網目に連通する。特に、少なくとも１つの網目は、流体管路の大面積の出口開口部として形成される。選択的に、エキスパンドメタル要素の少なくとも１つの網目は、流体分配要素を形成する。有利には、エキスパンドメタル要素は、少なくとも実質的に金属から、特に、ベースボディと同一の金属から及び／又はプラスチックから製造される。本発明によるこの構成によって、金属担体装置を、有利には容易に及び／又は有利には低コストで、製造することが可能になる。
【００１８】
さらに、本発明に係る方法により製造された及び／又は本発明に係る金属担体装置を備える金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットが提案される。本発明によるこの構成によって、有利にはコンパクトで、機械的に安定した、及び／又は、揺れに強い金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットを提供することが可能になる。特に、モバイル用途に有利には適して使用可能な金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットを提供することができる。特に、有利には低コストの金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットを提供することができる。
【００１９】
本発明に係る方法、本発明に係る金属担体装置及び／又は本発明に係る金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、上述の用途及び実施形態に限定されるべきではない。特に、本発明に係る方法、本発明に係る金属担体装置及び／又は本発明に係る金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、本明細書に記載されている作用を満たすために、本明細書において挙げられた個々の要素、構成部分及びユニット並びにステップの数とは異なる数を有し得る。さらに、本開示において指定された値の範囲においては、挙げられた境界内にある値も、開示され、任意に使用可能であるとみなされるべきである。
【００２０】
図面
さらなる利点は、以下の図面の説明から明らかになる。図面には、本発明の６つの実施例が示されている。図面、説明及び特許請求の範囲には、多数の特徴が組み合わせられて含まれている。当業者はまた、これらの特徴を合目的に個別に検討し、それらを有用なさらなる組合せに統合するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの概略図である。
【図２】本発明に係る方法の概略図である。
【図３】本発明に係る金属担体装置の概略図である。
【図４】本発明に係る燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの横断面の概略図である。
【図５】選択的な本発明に係る金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの概略図である。
【図６】選択的な本発明に係る金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの選択的な本発明に係る製造方法の概略図である。
【図７】選択的な本発明に係る金属担体装置の概略図である。
【図８】さらなる本発明に係る金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの概略図である。
【図９】さらなる本発明に係る金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの、さらなる本発明に係る製造方法の概略図である。
【図１０】さらなる本発明に係る金属担体装置の概略図である。
【図１１】さらなる選択的な本発明に係る金属担体装置の概略図である。
【図１２】他の本発明に係る金属担体装置の概略図である。
【図１３】付加的な本発明に係る金属担体装置の横断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施例の説明
図１は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａ、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットを示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａは、図２に示される方法１０ａを使用して製造される。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａは、金属担体装置２０ａを含む。金属担体装置２０ａは、電極ユニット１４ａを支持するために設けられる。有利には、金属担体装置２０ａは、少なくとも１つの電極接触面２８ａを含む。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａは、少なくとも１つの電極ユニット１４ａを含む。電極ユニット１４ａは、少なくとも２つの機能層１６ａ、１８ａを含む。特に、機能層１６ａ、１８ａのうちの少なくとも１つは、燃料電極４８ａとして形成される。特に、燃料電極４８ａは、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａの動作中に燃料５０ａと接触するために設けられる。特に、機能層１６ａ、１８ａのうちの少なくとも１つは、分離層５２ａとして、特に電解質層として形成される。有利には、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａは、少なくとも１つの付加的な機能層２６ａを含む。有利には、付加的な機能層２６ａは、酸化剤電極２４ａとして形成される。特に、酸化剤電極２４ａは、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａの動作中に酸化剤５４ａと接触するために設けられる。有利には、酸化剤電極２４ａとして形成された付加的な機能層２６ａは、金属担体装置２０ａの電極接触面２８ａに配置される。有利には、金属担体装置２０ａは、少なくとも１つの流体通過領域５６ａを含む。特に、流体通過領域５６ａは、特に、金属担体装置２０ａを通って、流体、特に酸化剤５４ａを電極接触面２８ａに配置された付加的な機能層２６ａへ通過させるために、電極接触面２８ａに接する。有利には、金属担体装置２０ａは、流体通過領域５６ａにおいて多孔性に形成される。特に、金属担体装置２０ａは、特に流体通過領域５６ａを実現するために、少なくとも１つの流体管路３０ａ（図３を参照）を含む。有利には、分離層５２ａとして形成された機能層１８ａが、酸化剤電極２４ａとして形成された付加的な機能層２６ａに接して配置される。有利には、燃料電極４８ａとして形成された機能層１６ａが、分離層５２ａとして形成された機能層１８ａに接して配置される。特に、分離層５２ａが、燃料電極４８ａと酸化剤電極２４ａとの間に配置される。特に、付加的な機能層２６ａが、電極ユニット１４ａと金属担体装置２０ａとの間に配置される。
【００２３】
図２は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａ、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法１０ａを示している。少なくとも２つの機能層１６ａ、１８ａを有する電極ユニット１４ａと金属担体装置２０ａとは、互いに別個に製造される。有利には、方法１０ａは、電極製造ステップ５８ａを含む。有利には、方法１０ａは、金属担体製造ステップ６０ａを含む。有利には、電極製造ステップ５８ａと金属担体製造ステップ６０ａとは、互いに無関係に実行される。特に、電極製造ステップ５８ａと金属担体製造ステップ６０ａとは、並行して、順次に、及び／又は、時間的に部分的に重複して、実行される。
【００２４】
有利には、電極製造ステップ５８ａにおいて、少なくとも２つの機能層１６ａ、１８ａが製造され、特に予備成形される。特に、電極製造ステップ５８ａにおいて、機能層１６ａ、１８ａの各グリーン体が製造される。有利には、電極製造ステップ５８ａにおいて、少なくとも２つの機能層１６ａ、１８ａが、互いに接して配置され、特に互いに接して固定される。有利には、電極製造ステップ５８ａにおいて、電極ユニット１４ａが金属担体装置２０ａ上に被着される前に、電極ユニット１４ａが、特に層状に、可撓性の搬送担体要素２２ａ上に被着される。有利には、少なくとも１つの燃料電極被着ステップ６２ａにおいて、燃料電極４８ａとして形成される機能層１６ａが、搬送担体要素２２ａ上に被着され、特に印刷される。例えば、燃料電極４８ａとして形成される少なくとも機能層１６ａは、少なくとも実質的に、イットリウム安定化ジルコニアを含むＮｉＯ／Ｎｉから、セリウム−ガドリニウム酸化物から、ペロブスカイト等から製造される。有利には、少なくとも１つの電解質被着ステップ６４ａにおいて、分離層５２ａとして形成される機能層１８ａが、燃料電極４８ａ上に被着され、特に印刷される。例えば、少なくとも、分離層５２ａとして形成される機能層１８ａは、少なくとも実質的にイットリウム安定化ジルコニア及び／又はセリウム−ガドリニウム−酸化物から製造される。特に、機能層１６ａ、１８ａのうちの１つは、少なくとも２つ以上の分離層から形成されることが可能であり、ここで、特に異なる分離層は、異なる材料から製造される。電極ユニット１４ａが金属担体装置２０ａ上に被着される前の少なくとも１つの酸化剤電極被着ステップ６６ａにおいて、特に酸化剤電極２４ａとして形成される付加的な機能層２６ａが、電極ユニット１４ａ上に被着され、特に印刷される。例えば、少なくとも、酸化剤電極２４ａとして形成される付加的な機能層２６ａは、少なくとも実質的に、ランタン−ストロンチウム−酸化マンガン、ランタン−ストロンチウム−コバルト−フェライト、ランタン−ストロンチウム−クロマイト等から製造される。有利には、電極製造ステップ５８ａにおいて、搬送担体要素２２ａは、電極ユニット１４及び／又は付加的な機能層２６ａの被着後に、搬送及び／又は保管のために、巻き上げられ及び／又は積み重ねられる。電極ユニット１４ａ及び／又は付加的な機能層２６ａを備える搬送担体要素２２ａが、例えば、コンベヤシステムを介して、さらなる処理へ直接搬送されることも考えられる。
【００２５】
有利には、金属担体製造ステップ６０ａにおいて、金属担体装置２０ａが製造される。有利には、金属担体装置２０ａは、少なくとも１つのベースボディ６８ａ、特に金属シートを含む。例えば、金属担体装置２０ａ、特にベースボディ６８ａは、少なくとも実質的に、チタン、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）２２Ｈ／ＡＰＵ、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）６００等から製造される。有利には、金属担体製造ステップ６０ａにおいて、金属担体装置２０ａの少なくともベースボディ６８ａ、特に電極接触面２８ａが構造化される。特に、金属担体製造ステップ６０ａにおいて、少なくとも１つの流体管路３０ａがベースボディ６８ａに入れ込まれる。有利には、少なくとも１つの流体管路３０ａが、変形プロセスによって、特にパンチング、エンボス加工、ミリング、レーザ穿孔、レーザ切断等によって、金属担体装置２０ａのベースボディ６８ａに入れ込まれる。有利には、金属担体製造ステップ６０ａにおいて、金属担体装置２０ａは、バリ取りされる。有利には、金属担体製造ステップ６０ａにおいて、金属担体装置２０ａは、洗浄される。有利には、金属担体製造ステップ６０ａにおいて、金属担体装置２０ａは、熱的に後処理される。有利には、金属担体製造ステップ６０ａにおいて、金属担体装置２０ａは、搬送及び／又は保管のために、巻き上げられ及び／又は積み重ねられる。金属担体装置２０ａが、例えば、コンベヤシステムを介して、さらなる処理へ直接搬送されることも考えられる。
【００２６】
有利には、電極ユニット１４ａは、特に付加的な機能層２６ａと共に、合併プロセス７０ａにおいて、金属担体装置２０ａ、特に電極接触面２８ａ上に被着される。有利には、合併プロセス７０ａにおいて、電極ユニット１４ａ及び／又は付加的な機能層２６ａを備える搬送担体要素２２ａが、金属担体装置２０ａに配置される。特に、付加的な機能層２６ａは、金属担体装置２０ａ、特に電極接触面２８ａに対向する。有利には、合併プロセス７０ａは、特に電極ユニット１４ａ及び／又は付加的な機能層２６ａを金属担体装置２０ａ、特に電極接触面２８ａ上にラミネート加工するためのホットプレスプロセスを含む。電極ユニット１４ａが金属担体装置２０ａ上に被着された後の少なくとも１つの剥離ステップ７２ａにおいて、電極ユニット１４ａを搬送するための、特に水溶性の搬送担体要素２２ａが除去される。特に水溶性の搬送担体要素２２ａは、特に、剥離ステップ７２ａにおいて湿らせられる。特に水溶性の搬送担体要素２２ａは、特に、剥離ステップ７２ａにおいて、少なくとも部分的に溶解される。特に水溶性の搬送担体要素２２ａは、特に、剥離ステップ７２ａにおいて、電極ユニット１４ａから、特に燃料電極４８ａとして形成された機能層１６ａから、剥離される。方法１０ａが、剥離ステップ７２ａの後に、電極ユニット１４ａの洗浄プロセスを含むことが考えられる。有利には方法１０ａは、焼結ステップ７４ａを含む。有利には、電極ユニット１４ａ及び／又は付加的な機能層２６ａは、焼結ステップ７４ａにおいて、特に金属担体装置２０ａ上に被着された状態で焼結される。有利には、電極ユニット１４ａ及び／又は付加的な機能層２６ａは、特に金属担体装置２０ａ上に被着された状態で、焼結ステップ７４ａにおいて、６００℃以上、有利には８００℃以上、有利には１０００℃以上の温度に加熱される。電極ユニット１４ａ及び／又は付加的な機能層２６ａが、特に金属担体装置２０ａ上に被着された状態で、焼結中に、特に１０−１６バール以下、有利には１０−１７バール以下、特に有利には１０−１８ミリバール以下の酸素分圧を有する還元された雰囲気によって包囲されることが考えられる。有利には、個別化ステップ７６ａにおいて、金属担体装置２０ａは、電極ユニット１４ａ及び／又は付加的な機能層２６ａと共に、個々の金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａに分割される。有利には、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａの最大の外面は、個別化ステップ７６ａにおける分離後に、少なくとも０．５ｃｍ２、有利には少なくとも２ｃｍ２、特に有利には少なくとも４．５ｃｍ２の最大面積を有する。有利には、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａの最大の外面は、個別化ステップ７６ａにおける分離後に、１５００ｃｍ２以下、有利には１０００ｃｍ２以下、特に有利には５５０ｃｍ２以下の最大面積を有する。
【００２７】
図３は、金属担体装置２０ａ、特に電極接触面２８ａの平面図を示している。図４は、金属担体装置２０ａ、特に燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａの横断面を示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａ、特に方法１０ａに従って製造された金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａ用の金属担体装置２０ａは、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａの電極ユニット１４ａを支持するために設けられる。金属担体装置２０ａは、少なくとも１つの電極接触面２８ａを含む。電極接触面２８ａは、構造化される。特に、金属担体装置２０ａは、厳密に１つの流体管路３０ａを含む。流体管路３０ａは、金属担体装置２０ａのベースボディ６８ａを通る貫通孔として形成される。特に、流体管路３０ａは、出口開口部３８ａを含む。有利には、出口開口部３８ａは、電極接触面２８ａを含む面に配置される。金属担体装置２０ａは、電極接触面２８ａに配置された大面積の出口開口部３８ａを備える流体管路３０ａを含む。特に、出口開口部３８ａは曲がりくねった形状を有する。特に、出口開口部３８ａは、少なくとも１つの蛇行、有利には複数の蛇行を含む。有利には、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａは、方法１０ａの少なくとも１つのステップにおいて、ガス空間８０ａを形成するために、ガス空間シート７８ａ上に取り付けられる。特に、金属担体装置２０ａが、ガス空間シート７８ａ上に取り付けられる。ガス空間シート７８ａが金属担体装置２０ａ内に組み込まれていることが考えられる。
【００２８】
図５乃至図１３には、本発明の５つのさらなる実施例が示されている。以下の説明及び図面は、実質的に、実施例間の差異に限定される。ここで、同一の名称の構成部分に関して、特に同一の参照番号を有する構成部分に関しては、基本的には、他の実施例、特に図１乃至図４の図面及び／又は説明も参照することができる。これらの実施例を区別するために、図１乃至図４においては、アルファベットａが、実施例の参照番号の後に配置される。図５乃至図１３の実施例においては、アルファベットａは、アルファベットｂ乃至ｆによって置き換えられている。
【００２９】
図５は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂ、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットを示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂは、図６に示される方法１０ｂを使用して製造される。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂは、金属担体装置２０ｂを含む。金属担体装置２０ｂは、電極ユニット１４ｂを支持するために設けられる。有利には、金属担体装置２０ａは、少なくとも１つの電極接触面２８ｂを含む。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂは、少なくとも１つの電極ユニット１４ｂを含む。電極ユニット１４ｂは、少なくとも２つの機能層１６ｂ、１８ｂを含む。特に、機能層１６ｂ、１８ｂのうちの少なくとも１つは、酸化剤電極２４ｂとして形成される。有利には、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂは、少なくとも１つの付加的な機能層２６ｂを含む。有利には、付加的な機能層２６ｂは、燃料電極４８ｂとして形成される。有利には、燃料電極４８ｂとして形成された付加的な機能層２６ｂは、金属担体装置２０ｂの電極接触面２８ｂに配置される。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３０】
図６は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂ、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法１０ｂを示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂは、少なくとも、少なくとも２つの機能層１６ｂ、１８ｂを備える電極ユニット１４ｂを含む。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂは、少なくとも、電極ユニット１４ｂを支持するための金属担体装置２０ｂを含む。少なくとも２つの機能層１６ｂ、１８ｂを有する電極ユニット１４ｂと金属担体装置２０ｂとは、互いに別個に製造される。有利には、少なくとも１つの酸化剤電極被着ステップ６６ｂにおいて、酸化剤電極２４ｂとして形成される機能層１６ｂが、搬送担体要素２２ｂ上に被着され、特に印刷される。有利には、少なくとも１つの電解質被着ステップ６４ａにおいて、分離層５２ａとして形成される機能層１８ｂが、酸化剤電極２４ｂ上に被着され、特に印刷される。有利には、少なくとも１つの燃料電極被着ステップ６２ｂにおいて、電極ユニット１４ｂが金属担体装置２０ｂ上に被着される前に、燃料電極４８ｂとして形成される付加的な機能層２６ｂが、電極ユニット１４ｂ上に被着され、特に印刷される。方法１０ｂのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３１】
図７は、金属担体装置２０ｂ、特に金属担体装置２０ｂの電極接触面２８ｂの平面図を示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂ、特に方法１０ｂに従って製造された金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂ用の金属担体装置２０ｂは、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｂの電極ユニット１４ｂを支持するために設けられる。金属担体装置２０ｂは、少なくとも１つの電極接触面２８ｂを含む。電極接触面２８ｂは、構造化されている。金属担体装置２０ｂは、電極接触面２８ｂに配置された大面積の出口開口部３８ｂ〜４４ｂを備える流体管路３０ｂ〜３６ｂを含む。有利には、金属担体装置２０ｂは、少なくとも２つ、有利には５つ以上の流体管路３０ｂ〜３６ｂを含む。有利には、金属担体装置２０ｂは、少なくとも１つのスリット状の流体管路３０ｂ〜３６ｂを含む。特に、スリット状の流体管路３０ｂ〜３６ｂの大面積の出口開口部３８ｂ〜４４ｂは、少なくとも１つの方向において、少なくとも１つの最大の長手方向の延在を有し、これは、少なくとも実質的に、この方向における電極接触面２８ｂの最大の延在に相応する。有利には、流体管路３０ｂ〜３６ｂは、少なくとも実質的に同一の構造であるように形成される。有利には、少なくとも２つの流体管路３０ｂ〜３６ｂは、少なくとも実質的に平行に配置される。有利には、流体管路３０ｂ〜３６ｂは、互いに規則的な間隔で及び／又は不規則な間隔で配置される。金属担体装置２０ｂのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３２】
図８は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃ、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットを示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃは、図９に示される方法１０ｃを使用して製造される。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃは、金属担体装置２０ｃを含む。金属担体装置２０ｃは、電極ユニット１４ｃを支持するために設けられる。有利には、金属担体装置２０ｃは、少なくとも１つの電極接触面２８ｃを含む。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃは、少なくとも１つの電極ユニット１４ｃを含む。電極ユニット１４ｃは、少なくとも２つの機能層１６ｃ、１８ｃを含む。特に、機能層１６ａ、１８ａのうちの少なくとも１つは、燃料電極４８ｃとして形成される。有利には、燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃは、少なくとも１つの付加的な機能層２６ｃを含む。有利には、付加的な機能層２６ｃは、酸化剤電極２４ｃとして形成される。有利には、電極ユニット１４ｃ、特に燃料電極４８ｃとして形成された機能層１６ｃは、金属担体装置２０ｃの電極接触面２８ｃに配置される。有利には、金属担体装置２０ｃは、少なくとも１つの流体通過領域５６ｃを含む。特に、流体通過領域５６ｃは、特に、金属担体装置２０ｃを通って、流体、特に燃料５０ｃを電極接触面２８ｃに配置された電極ユニット１４ｃ、特に燃料電極４８ｃとして形成された機能層１６ｃへ通過させるために、電極接触面２８ｃに接する。特に、電極ユニット１４ａは、付加的な機能層２６ｃと金属担体装置２０ｃとの間に配置される。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３３】
図９は、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃ、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法１０ｃを示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃは、少なくとも２つの機能層１６ｃ、１８ｃを備える少なくとも１つの電極ユニット１４ｃを含む。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃは、少なくとも、電極ユニット１４ｂを支持するための金属担体装置２０ｃを含む。少なくとも２つの機能層１６ｃ、１８ｃを有する電極ユニット１４ｂと金属担体装置２０ｂとは、互いに別個に製造される。有利には、少なくとも１つの電解質被着ステップ６４ｃにおいて、分離層５２ｃとして形成される機能層１８ｃが、搬送担体要素２２ｃ上に被着され、特に印刷される。有利には、少なくとも１つの燃料電極被着ステップ６２ｃにおいて、燃料電極４８ｃとして形成される付加的な機能層２６ｃが、分離層５２ｃ上に被着され、特に印刷される。有利には、電極ユニット１４ｃが金属担体装置２０ｃ上に被着された後の酸化剤電極被着ステップ６６ｃにおいて、特に酸化剤電極２４ｃとして形成される付加的な機能層２６ｃが、電極ユニット１４ｃ上に被着され、特に焼き付けられる。有利には、酸化剤電極被着ステップ６６ｃは、特に金属担体装置２０ｃ上に配置された電極ユニット１４ｃの焼結のための焼結ステップ７４ｃの後に実行される。方法１０ｃのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３４】
図１０は、金属担体装置２０ｃ、特に金属担体装置２０ｃの電極接触面２８ｃの平面図を示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃ、特に方法１０ｃに従って製造された金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃ用の金属担体装置２０ｃは、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｃの電極ユニット１４ｃを支持するために設けられる。金属担体装置２０ｃは、少なくとも１つの電極接触面２８ｃを含む。電極接触面２８ｃは、構造化されている。金属担体装置２０ｃは、電極接触面２８ｃに配置された大面積の出口開口部３８ｃ〜４２ｃを備える流体管路３０ｃ〜３４ｃを含む。有利には、金属担体装置２０ｃは、少なくとも２つ、有利には５つ以上、特に有利には２０以上の流体管路３０ｃ〜３４ｃを含み、ここでは、見易くするために、これらの総てには参照番号は付されていない。有利には、金属担体装置２０ｃは、矩形の出口開口部３８ｃ〜４２ｃを備える少なくとも１つの流体管路３０ｃ〜３４ｃを含む。有利には、流体管路３０ｃ〜３４ｃは、少なくとも実質的に同一の構造であるように形成される。有利には、流体管路３０ｃ〜３４ｃは、互いに規則的な間隔で及び／又は不規則な間隔で配置される。金属担体装置２０ｃのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３５】
図１１は、金属担体装置２０ｄ、特に金属担体装置２０ｄの電極接触面２８ｄの平面図を示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット用の金属担体装置２０ｄは、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの電極ユニット１４を支持するために設けられる。金属担体装置２０ｄは、少なくとも１つの電極接触面２８ｄを含む。電極接触面２８ｄは、構造化されている。金属担体装置２０ｄは、電極接触面２８ｄに配置された大面積の出口開口部３８ｄ〜４２ｄを備える流体管路３０ｄ〜３４ｄを含み、ここでは、見易くするために、これらの総てには参照番号は付されていない。有利には、金属担体装置２０ｄは、少なくとも２つ、有利には５つ以上、特に有利には２０以上の流体管路３０ｄ〜３４ｄを含む。有利には、金属担体装置２０ｄは、回動対称の、特に回転対称の出口開口部３８ｄ〜４２ｄを備える少なくとも１つの流体管路３０ｄ〜３４ｄを含む。有利には、流体管路３０ｄ〜３４ｄは、少なくとも実質的に同一の構造であるように形成される。有利には、流体管路３０ｄ〜３４ｄは、互いに規則的な間隔で及び／又は不規則な間隔で配置される。金属担体装置２０ｄのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３６】
図１２は、金属担体装置２０ｅ、特に金属担体装置２０ｅの電極接触面２８ｅの平面図を示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット用の金属担体装置２０ｅは、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの電極ユニット１４ｅを支持するために設けられる。金属担体装置２０ｅは、少なくとも１つの電極接触面２８ｅを含む。電極接触面２８ｅは、構造化されている。金属担体装置２０ｅは、特に、電極接触面２８ｅを形成するために、流体を誘導するためのエキスパンドメタル要素４７ｅを含む。特に、エキスパンドメタル要素４７ｅの網目は、金属担体装置２０ｅの流体管路３０ｅ〜３４ｅを形成し、ここでは、見易くするために、これらの総てには参照番号は付されていない。エキスパンドメタル要素４７ｅの網目が、流体管路３０ｅ〜３４ｅの大面積の出口開口部を形成することが考えられる。金属担体装置２０ｅのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３７】
図１３は、金属担体装置２０ｆの横断面、特に燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｆの横断面を示している。金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｆ用の金属担体装置２０ｆは、金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ｆの電極ユニット１４ｆを支持するために設けられる。金属担体装置２０ｆは、少なくとも１つの電極接触面２８ｆを含む。電極接触面２８ｆは、構造化されている。金属担体装置２０ｆは、電極接触面２８ｆに配置された少なくとも１つの流体分配要素４６ｆを含む。特に、流体分配要素４６ｆは、特に、分岐している及び／又はらせん状に配置された溝を備える、流体の誘導のための領域を含む。有利には、金属担体装置２０ｆは、供給用の縦穴として、特に金属担体装置２０ｆのベースボディ６８ｆを通る貫通孔として形成された少なくとも１つの流体管路３０ｆ〜３５ｆを含む。特に、少なくとも１つの流体管路３０ｆ〜３５ｆは、流体分配要素４６ｆに連通する。金属担体装置２０ｆのさらなる特徴及び／又は機能に関しては、図１乃至図４の説明を参照することができる。
【００３８】
さらに、本明細書に示されている各金属担体装置２０ａ〜２０ｆは、本明細書に示されている各方法１０ａ、１０ｂ、１０ｃと適合性がある。特に、各金属担体装置２０ａ〜２０ｆを、各金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｆに使用することができる。
【図１】
2022501776.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月23日(2021.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニットの製造方法であって、
前記金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、少なくとも２つの機能層（１６ａ，１８ａ；１６ｂ，１８ｂ；１６ｃ，１８ｃ；１６ｆ，１８ｆ）を備える少なくとも１つの電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を含み、
前記金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットは、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を支持するための少なくとも１つの金属担体装置を含む、
製造方法において、
前記少なくとも２つの機能層（１６ａ，１８ａ；１６ｂ，１８ｂ；１６ｃ，１８ｃ；１６ｆ，１８ｆ）を有する前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）と前記金属担体装置とを、互いに別個に製造する、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を前記金属担体装置上に被着する前の少なくとも１つのステップにおいて、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を、特に層状に、可撓性の搬送担体要素（２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）上に被着する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を前記金属担体装置上に被着した後の少なくとも１つのステップにおいて、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）の搬送のための、特に水溶性の搬送担体要素（２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）を除去する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ）を前記金属担体装置上に被着する前の少なくとも１つのステップにおいて、特に酸化剤電極（２４ａ）として形成される付加的な機能層（２６ａ；２６ｂ）を、前記電極ユニット（１４ａ；１４ｂ）上に被着する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記電極ユニット（１４ｃ）を前記金属担体装置上に被着した後の少なくとも１つのステップにおいて、特に酸化剤電極（２４ｃ）として形成される付加的な機能層（２６ｃ）を、前記電極ユニット（１４ｃ）上に被着する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット用の金属担体装置であって、
少なくとも１つの電極接触面（２８ａ；２８ｂ；２８ｃ；２８ｄ；２８ｅ；２８ｆ）によって、前記金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニットの電極ユニット（１４ａ；１４ｂ；１４ｃ；１４ｆ）を支持する金属担体装置において、
前記電極接触面（２８ａ；２８ｂ；２８ｃ；２８ｄ；２８ｅ；２８ｆ）は、構造化されている、
ことを特徴とする金属担体装置。
【請求項７】
前記電極接触面（２８ａ；２８ｂ；２８ｃ；２８ｄ）に配置された大面積の出口開口部（３８ａ；３８ｂ〜４４ｂ；３８ｃ〜４２ｃ；３８ｄ〜４２ｄ）を備える少なくとも１つの流体管路（３０ａ；３０ｂ〜３６ｂ；３０ｃ〜３４ｃ；３０ｄ〜３４ｄ）を有する、請求項６に記載の金属担体装置。
【請求項８】
前記電極接触面（２８ｆ）に配置された流体分配要素（４６ｆ）を有する、請求項６又は７に記載の金属担体装置。
【請求項９】
前記金属担体装置は、特に前記電極接触面（２８ｅ）を形成するために、流体の誘導のためのエキスパンドメタル要素（４７ｅ）を含む、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の金属担体装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の金属担体装置を備える金属支持型燃料電池ユニット及び／又は電解槽ユニット、特に金属支持型固体酸化物形燃料電池ユニット。
【国際調査報告】
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