DE10135235A1 - Production of a gas-tight, high temperature resistant joint between a metallic and a ceramic component used for a high temperature fuel cell comprises welding a gap between the ceramic and metallic components using a laser - Google Patents
Production of a gas-tight, high temperature resistant joint between a metallic and a ceramic component used for a high temperature fuel cell comprises welding a gap between the ceramic and metallic components using a laserInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gasdichten Verbindung zwischen einem metallischen und einem keramischen Substrat, insbesondere für gasdichte Verbindungen im Zusammenhang mit entsprechenden Bauteilen einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) oder einer Carbonatschmelze Brennstoffzelle (MCFC). The invention relates to a method for producing a gastight connection between a metallic and a ceramic substrate, especially for gas-tight Connections in connection with corresponding components of a High temperature fuel cell (SOFC) or one Carbonate melt fuel cell (MCFC).
Zur Erzielung großer elektrischer Leistungen werden in der Regel mehrere einzelne Brennstoffzellen durch verbindende Elemente, sogenannte bipolare Platten oder auch Interkonnektoren genannt, elektrisch und mechanisch miteinander zu einem Brennstoffzellenstapel verbunden. To achieve large electrical outputs, the Usually several individual fuel cells by connecting Elements, so-called bipolar plates or also Interconnectors called, electrically and mechanically to each other connected to a fuel cell stack.
Verschiedene Brennstoffzellentypen sind bekannt. Dazu gehören die alkalischen Brennstoffzellen (ABZ), die Polymermembran Brennstoffzellen (PEM-BZ), die Direkt-Methanol Brennstoffzellen (DMBZ), die Oxidkeramische-Brennstoffzellen (OKBZ) oder auch die Karbonatschmelze Brennstoffzellen (KSBZ). Different types of fuel cells are known. To belong to the alkaline fuel cells (ABZ) that Polymer membrane fuel cells (PEM-BZ), the direct methanol Fuel cells (DMBZ), the oxide ceramic fuel cells (OKBZ) or the carbonate melt fuel cells (KSBZ).
Die oxidkeramischen Brennstoffzellen gehören zu den Hochtemperatur-Bennstoffzellen (SOFC), da ihre Betriebstemperatur bis zu 1000°C beträgt, während die Polymermembran- Brennstoffzellen mit einer Arbeitstemperatur von 70 bis 90°C zu den Niedertemperatur-Brennstoffzellen zählen. The oxide ceramic fuel cells are among the High temperature fuel cells (SOFC) because of their operating temperature up to 1000 ° C, while the polymer membrane Fuel cells with a working temperature of 70 to 90 ° C are low-temperature fuel cells.
Bei der Stapelung der einzelnen Brennstoffzellen ist insbesondere darauf zu achten, dass die beiden Elektrodenräume anoden- und kathodenseitig gasdicht voneinander getrennt sind. Die Abdichtung muss dabei sowohl an den Zellen selbst, als auch an den entsprechenden Gaseinlass- und -auslasselementen erfolgen. When stacking the individual fuel cells pay particular attention to the two electrode spaces gas-tightly separated on the anode and cathode sides are. The seal must be on the cells themselves, as well as at the corresponding gas inlet and outlet elements.
Bei der Herstellung eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapels werden bislang Fügetechniken eingesetzt, die es erlauben, metallische und keramische Bauteile mit Hilfe eines Glaslots zu verbinden. When making a Up to now, high-temperature fuel cell stacks have been used for joining techniques allow using metallic and ceramic components to connect a glass solder.
Dazu wird Glaslot zwischen die zu verbindenden Bauteile eingebracht, und die Bauteile auf Temperaturen bis ca. 900°C erhitzt. Bei diesen Temperaturen schmilzt das Glaslot auf. Beim gezielten Abkühlen kristallisiert das Glaslot zu einer Glaskeramik aus und bildet so regelmäßig eine gasdichte Verbindung zwischen den Bauteilen. For this purpose, glass solder is placed between the components to be connected introduced, and the components to temperatures up to approx. 900 ° C heated. The glass solder melts at these temperatures on. When cooling specifically, the glass solder crystallizes a glass ceramic and so regularly forms one gastight connection between the components.
Nachteilig können für die Brennstoffzelle selbst nur Werkstoffe eingesetzt werden, die diese hohen Temperaturen für eine Fügung schadlos überstehen (so ist die maximal zulässige Temperatur bei der Verwendung bipolarer Platten ca. 1000°C). Zusätzlich ist eine Anpassung des Glaslots, als Paste oder auch als Formteil, an die Geometrie der zu verbindenden Bauteile erforderlich. Can only be disadvantageous for the fuel cell itself Materials are used that can withstand these high temperatures survive a puncture (this is the maximum permissible temperature when using bipolar plates approx. 1000 ° C). In addition, an adjustment of the glass plummet, as Paste or as a molded part, to the geometry of the connecting components required.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer gasdichten Verbindung von Metallen und/oder Keramiken für den Hochtemperatureinsatz zu schaffen. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine nach diesem Verfahren erzeugte Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit gasdichten Verbindungen zwischen Keramik- und/oder Metallteilen zu schaffen. The object of the invention is a compared to the prior art Technically improved process for producing a gastight connection of metals and / or ceramics for the To create high temperature use. Furthermore, it is the Object of the invention, a generated by this method High temperature fuel cell with gas-tight connections to create between ceramic and / or metal parts.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch, sowie durch eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle gemäß Nebenanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Brennstoffzelle finden sich in den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen. The object is achieved by a method according to Main claim, as well as a high temperature fuel cell according to ancillary claim. Further advantageous configurations of the process and the fuel cell can be found in the subclaims referring to them in each case.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer gasdichten und hochtemperaturbeständigen Verbindung zwischen einem metallischen und einem keramischen Bauteil für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem keramischen und dem metallischen Bauteil befindlicher Spalt mit Hilfe eines Lasers verschweißt wird. Dadurch wird in einem Schritt eine gasdichte und temperaturbeständige Fügeverbindung hergestellt. Vorteilhaft ist kein weiteres Fügematerial, wie z. B. Glaslot, für die Verbindung notwendig. Weiterhin von Vorteil bei diesem Verfahren ist es, daß nicht die Gesamtheit der Bauteile einem Erhitzungsprozeß unterworfen werden muß. Lediglich der Bereich in der direkten Umgebung der Fügenaht wird thermisch beansprucht. Der Laser, insbesondere ein fokussierter Laser, erhitzt die Bauteile vorteilhaft nur lokal und kurzfristig in dem Fügebereich. Ein dafür besonders gut geeigneter Laser ist ein CO2- oder auch ein Excimer-Laser. The method according to the invention for producing a gas-tight and high-temperature resistant connection between a metallic and a ceramic component for a high-temperature fuel cell is characterized in that a gap located between the ceramic and the metallic component is welded with the aid of a laser. This creates a gas-tight and temperature-resistant joint connection in one step. No other joining material, such as e.g. B. glass solder, necessary for the connection. Another advantage of this method is that the entire component does not have to be subjected to a heating process. Only the area in the immediate vicinity of the joining seam is thermally stressed. The laser, in particular a focused laser, advantageously only heats the components locally and briefly in the joining area. A particularly suitable laser is a CO 2 - or an excimer laser.
Dieses Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zu verbindenden Bauteile um weniger als 1 × 10-6 1/K differieren. This method is particularly advantageous when the thermal expansion coefficients of the components to be connected differ by less than 1 × 10 -6 1 / K.
Liegen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten weiter auseinander, ist bei dem Verfahren vorteilhaft zusätzliches Fügematerial zwischen den zu verbindenden Bauteilen vorzusehen. Dieses zusätzliche Material weist insbesondere einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen denen der zu verbindenden Bauteile liegt, um so einen graduellen Übergang bezüglich der thermischen Ausdehnung zwischen den Bauteilen zu schaffen. Dafür geeignete Materialien, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient durch einen Fachmann in einem gewissen Rahmen angepaßt werden kann, sind beispielsweise Glasmaterialien, insbesondere silikatische, boratische, phosphatische oder auch gemischt gebundene. Weiterhin eignen sich als zusätzliche Fügematerialien ein- oder mehrphasige Keramiken, die auch metallische oder keramische Fasern oder Whisker enthalten können. Auch Metalle oder Metall-/Keramikverbunde sind als zusätzliche Fügematerialien zu nennen. The thermal expansion coefficients are further apart, additional advantages are advantageous in the method Joining material between the components to be connected provided. This additional material has in particular one thermal expansion coefficient between those of the components to be connected, so a gradual one Transition in thermal expansion between the To create components. Suitable materials, their thermal expansion coefficient by a specialist in can be adapted to a certain extent for example glass materials, especially silicate, boratic, phosphatic or mixed bound. Farther are suitable as additional joining materials multi-phase ceramics, also metallic or ceramic May contain fibers or whiskers. Even metals or Metal / ceramic composites are additional joining materials to call.
Die Auswahl an geeigneten zusätzlichen Fügematerialien ist dabei nicht wie bisher auf niedrigschmelzende Materialien beschränkt. Durch die lokale Erhitzung können bei diesem Verfahren auch höherschmelzende Materialien zum Einsatz kommen, ohne daß dadurch die zu verbindenden Bauteile thermisch zu sehr beansprucht werden. The selection of suitable additional joining materials is not on low-melting materials as before limited. Due to the local heating, this Process also use higher melting materials come without the components to be connected are too thermally stressed.
Das Laserverschweißen kann auch bei komplizierten Geometrien der zu bildenden Fügenähte problemlos angewandt werden. Die Fügenaht ist regelmäßig gasdicht und äußerst stabil. Laser welding can also be used for complicated geometries the seams to be formed can be used without any problems. The Joining seam is regularly gastight and extremely stable.
Bei der Herstellung einer Brennstoffzelle werden mehrere
Einzelzellen zu einem Brennstoffzellenstapel (stack)
vereint. Bei der Stapelung der Zellen ist darauf zu achten, daß
die beiden Brennräume anoden- und kathodenseitig gasdicht
voneinander getrennt sind. Die Abdichtung muß sowohl an den
Zellen als auch an den Gaseinlass- und -auslasselementen
erfolgen (siehe Fig. 1). Wichtige Voraussetzung für die
Abdichtung ist, daß der elektrische Strom nur über die
Zellen geleitet wird und nicht auch über die bipolaren Platten,
da sonst ein Kurzschluß erzeugt wird. Dies bedeutet für die
hier vorgestellten Abdichtungen
- a) daß die Zellen derart ausgestaltet sein müssen, daß sich nach dem Laserschweißen kein direkter Kontakt zwischen Anode und Kathode ausbildet und
- b) daß die Fügung an den Gaseinlass- und -auslasselementen immer isolierend ausgestaltet wird.
- a) that the cells must be designed in such a way that no direct contact between anode and cathode is formed after laser welding and
- b) that the joining of the gas inlet and outlet elements is always designed to be insulating.
Für diese gasdichte Trennung werden zwei alternative
Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgestellt.
Variante 1: Laser-Schweißen ohne Fügemasse
Variante 2: Laser-Schweißen mit Fügemasse
Two alternative variants of the method according to the invention are presented for this gas-tight separation.
Variant 1: Laser welding without joining compound
Variant 2: Laser welding with joining compound
Bei Variante 1 werden der metallische Interkonnektor (IK) und das Substrat derart miteinander verschweißt, dass die Lücke zwischen IK und Substrat mit dem IK artgleichem Material verschlossen wird. Dies geschieht durch Einbringen von Energie mit Hilfe eines fokussierten Lasers. Nach allseitigem Abfahren des Lasers sind die Gaskanäle zwischen Anoden- und Kathodenseite gasdicht voneinander getrennt. Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß kein zusätzliches arteigenes oder artfremdes Material zur gasdichten Fügung verwendet werden muß. Die Variante ist formunabhängig, d. h. sie kann einerseits für planare rechteckige oder runde, für dreidimensionale ("Eierkartonform") und andererseits für tubulare und quasi-tubulare Systeme angewandt werden. An den Fügenähten wird eine permanente, nicht wieder lösbare Verbindung innerhalb des Brennstoffzellenstapels gebildet. Voraussetzung für derartige Fügenähte ist daher, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten α der Werkstoffe keine Differenzen von größer als l × 10-6 1/K aufweisen. In variant 1, the metallic interconnector (IK) and the substrate are welded together in such a way that the gap between the IK and the substrate is closed with the IK of the same type. This is done by introducing energy with the help of a focused laser. After the laser has been shut down on all sides, the gas channels between the anode and cathode sides are separated from one another in a gas-tight manner. The advantage of this method is that no additional native or foreign material has to be used for gas-tight joining. The variant is independent of shape, ie it can be used for planar rectangular or round, for three-dimensional ("egg carton shape") and for tubular and quasi-tubular systems. A permanent, irreversible connection is formed within the fuel cell stack at the seams. A prerequisite for such joining seams is therefore that the thermal expansion coefficients α of the materials have no differences greater than l × 10 -6 1 / K.
Im Gegensatz zu Variante 1 muss für diese Variante zusätzliches Material zur Schweißung zur Verfügung stehen. Vorteile dieser Variante sind eine von der Form der Brennstoffzelle unabhängige Verschweißbarkeit, die Verwendungsmöglichkeit von unterschiedlichen Werkstoffen innerhalb eines Brennstoffzellenstapels, die dadurch einen, soweit nötig z. B. graduellen Übergang der physikalischen Eigenschaften zwischen Interkonnektor und Zelle bilden können, die Unabhängigkeit der Zelle vom umgebenden Interkonnektor und eine höhere Toleranz gegenüber Fertigungsprozessen (siehe Fig. 2). In contrast to variant 1, additional material for welding must be available for this variant. Advantages of this variant are a weldability that is independent of the shape of the fuel cell, the possibility of using different materials within a fuel cell stack, which, if necessary, results in a. B. gradual transition of the physical properties between interconnector and cell can form, the independence of the cell from the surrounding interconnector and a higher tolerance to manufacturing processes (see Fig. 2).
Für diese Technologie sind beispielsweise einige Werkstoffe einsetzbar, die im Ausdehnungskoeffizienten an das Umgebungsmaterial (Zelle und Metallfassung, α ~ 12 × 10-6 1/K) angepaßt sind. Dazu gehören Werkstoffe auf der Basis von Glasmaterialien, silikatisch, boratisch, phosphatisch oder gemischt gebunden; mit oder ohne keramischen oder metallischen Füllstoffen, sowie Keramiken, ein- oder mehrphasig, mit metallischen oder keramischen Fasern oder Whiskern gefüllt oder ungefüllt, sowie Metalle oder Metall- /Keramikverbunde (für die Zellenabdichtung). For this technology, for example, some materials can be used, which are adapted to the surrounding material (cell and metal frame, α ~ 12 × 10 -6 1 / K) in the expansion coefficient. These include materials based on glass materials, silicate, borate, phosphate or mixed bound; with or without ceramic or metallic fillers, as well as ceramics, single or multi-phase, filled or unfilled with metallic or ceramic fibers or whiskers, as well as metals or metal / ceramic composites (for cell sealing).
Beide Varianten sind im Verbindungssystem eines Brennstoffzellenstapels starr, d. h. bevorzugt geeignet für eine stationäre Anwendung. Es ist jedoch auch möglich durch Verwendung eines geeigneten Dichtungsdesigns, siehe hierzu die deutsche Patentanmeldung DE 100 33 898.4-45, mobile Anwendungen der Brennstoffzelle vorzunehmen. Both variants are one in the connection system Fuel cell stack rigid, d. H. preferably suitable for one stationary application. However, it is also possible through Use of a suitable seal design, see the German patent application DE 100 33 898.4-45, mobile Make applications of the fuel cell.
Die Werkstoffe werden entweder als pastöse Materialien, als Pulver oder als Formhalbzeug auf die zu fügenden Stellen aufgebracht und mittels Laser fest mit der Zelle und der Metallfassung verschweißt. Eine separate Aufheizphase wie z. B. bei der Verwendung von Glasloten entfällt und macht dadurch den Herstellungsprozeß einfacher und kostengünstiger. The materials are either as pasty materials, as Powder or as a semi-finished product on the areas to be joined applied and fixed by laser with the cell and the Welded metal frame. A separate heating phase like z. B. omitted when using glass solders and makes thereby making the manufacturing process easier and cost-effective.
Durch den Einsatz eines Lasers zum Fügen besteht keine Beschränkung auf niedrigschmelzende Glaslote, Glaskeramiklote oder Kompositglaslote, sondern es kann auf höher schmelzende Gläser, kristallisierende Gläser, Keramiken oder Metallwerkstoffe zurückgegriffen werden, da beim Fügeprozess nur die zu fügende (zu schweißende) Masse lokal erhitzt wird und die Umgebung vergleichsweise "kalt" bleibt. By using a laser for joining there is none Restriction to low-melting glass solders, glass ceramic solders or composite glass solders, but it can melt on higher Glasses, crystallizing glasses, ceramics or Metal materials are used because only the mass to be joined (to be welded) is heated locally and the Environment remains comparatively "cold".
Die Fügestellen der Gasdurchführungen können derart gestaltet sein, dass die Durchführung der unteren Platte kleiner ist als die der darauf liegenden, so daß mittels des Lasers "innenverschweißt" werden kann (Variante 2). The joints of the gas bushings can be such be designed so that the implementation of the lower plate is smaller than that of those lying on it, so that by means of the laser can be "internally welded" (variant 2).
Geeignete zu verwendende Werkstoffe sind insbesondere:
Keramiken, insbesondere aus natürlichen Rohstoffen wie
Quarz, Feldspat, Wollastonit, Nephelinsyenit und Kaolin.
Ferner sind geeignet nach einer Temperaturbehandlung amorph
erstarrende Keramiken. Diese können zur Verbesserung des
Ausdehnungskoeffizienten mit kristallinen Komponenten wie
MgO oder ZrO2 oder Metallen gefüllt sein oder es kann
während der Temperaturbehandlung zur spontanen gezielten
Auskristallisation kommen.
Suitable materials to be used are in particular:
Ceramics, in particular from natural raw materials such as quartz, feldspar, wollastonite, nepheline syenite and kaolin. Ceramics which solidify amorphously are also suitable after heat treatment. To improve the expansion coefficient, these can be filled with crystalline components such as MgO or ZrO 2 or metals, or spontaneous targeted crystallization can occur during the temperature treatment.
Gläser, insbesondere auf der Basis von Fügegläsern für Aluminiumoxid, Kovar, Platin oder Titan, beispielsweise mit MgO oder ZrO2 gefüllte Gläser. Glasses, in particular based on joining glasses for aluminum oxide, Kovar, platinum or titanium, for example glasses filled with MgO or ZrO 2 .
Metalle, insbesondere als Halbzeuge oder Pulver aus der Metallfassung artgleichem Stahlwerkstoff, wie beispielsweise Fe-Cr-Stahlsorten mit Chromgehalten zwischen 16 und 26 Massen-% Cr und den Werkstoffnummern 1.4016, 1.4113, 1.4509, 1.4502, 1.4510, 1.4511, 1.4513, 1.4520, 1.4521, 1.4742, 1.4745, 1.4748, 1.4749 und 1.4763 oder aber Werkstoffe entsprechend der DE 196 50 704; diese können ebenfalls als Füllmaterial für oben genannte Keramiken oder Gläser dienen. Metals, especially as semi-finished products or powder from the Metal frame of the same type of steel material, such as Fe-Cr steel grades with chrome contents between 16 and 26 Mass% Cr and the material numbers 1.4016, 1.4113, 1.4509, 1.4502, 1.4510, 1.4511, 1.4513, 1.4520, 1.4521, 1.4742, 1.4745, 1.4748, 1.4749 and 1.4763 or materials according to DE 196 50 704; these can also be used as Filling material for ceramics or glasses mentioned above.
Nach Aufbringung einer entsprechenden Menge an CaNaSi-Glas (pastös, pulvrig oder als Halbzeug) wird mittels eines fokussierten Lasers (z. B. CO2- oder Excimer-Laser) die Umrandung abgefahren und in einem Schritt geschweißt/gefügt. Hierbei kommt es zu einer innigen, nicht wieder lösbaren Verbindung zwischen der Zelle und der Metallfassung sowie aufgrund nur lokaler Erhitzung in der Fügemasse zu keiner größeren thermischen Beeinträchtigung der Umgebung. After applying an appropriate amount of CaNaSi glass (pasty, powdery or as a semi-finished product), the border is scanned using a focused laser (e.g. CO 2 or excimer laser) and welded / joined in one step. This leads to an intimate, non-releasable connection between the cell and the metal frame, and due to only local heating in the jointing compound, there is no major thermal impairment of the surroundings.
Untersuchungen von A. Helebrandt et al.: Merthamatical modeling of temperature distribution during C = 2 laser irradiation of glass, Glass Technology Vol. 34, No. 4 (1993), S. 154-158, an einem Float-Glas zeigten, dass bei einer CO2- Laserleistung von 142 W/cm2 die Temperatur an der Glasoberfläche ca. 1150°C beträgt, diese aber in der Tiefe von 1 mm nur noch ca. 950°C erreicht (Nach einer Laser-Einwirkdauer von 1 sec; Rechteckverteilung; diese Werte verschieben sich zu 1150°C respektive ca. 800°C bei Verwendung einer Gauß- Intensitätsverteilung). Investigations by A. Helebrandt et al .: Merthamatical modeling of temperature distribution during C = 2 laser irradiation of glass, Glass Technology Vol. 34, No. 4 (1993), pp. 154-158, on a float glass showed that with a CO 2 laser power of 142 W / cm 2 the temperature on the glass surface is approx. 1150 ° C, but this at a depth of 1 mm only reached approx. 950 ° C (after a laser exposure time of 1 sec; rectangular distribution; these values shift to 1150 ° C or approx. 800 ° C when using a Gaussian intensity distribution).
Dies bedeutet, dass die mit hoher Temperatur (> 1000°C) beeinflußte Zone vergleichsweise gering ist. This means that the high temperature (> 1000 ° C) affected zone is comparatively small.
Das prinzipielle Vorgehen entspricht dem vorgenannten
Beispiel. Untersuchungen von Kim et al.: Surface modification
of Inconel 600 alloy by laser surface melting and alloying
to improve its corrosion resistance; Proc. of lst Int. Conf.
On Advanced Materials Processing 2000, S. 237-243, an einem
Inconel 600, bei welchem eine Oberflächenmodifikation
durchgeführt werden sollte, zeigen, dass mittels eines CO2-Lasers
bei Leistungen zwischen 500 und 1300 W pro 1 mm ∅-Fläche
eine Laserbearbeitung möglich ist. Die erzielten
Schichtdicken variieren zwischen 150 und 200 µm oder zwischen 300 und
400 µm je nach Parametern. Diese Schicht wurde auf einer
chromreicheren Untergrundschicht erzeugt, welche eine Dicke
von 50-80 µm aufwies.
Legende zu den Fig. 1 und 2
1 Interkonnektor (erstes Bauteil)
2 Substrat (zweites Bauteil)
3 Kathode
4 Gaskanal
5 Spalt
6 Schweißnaht
7 zusätzliches Fügematerial
The basic procedure corresponds to the aforementioned example. Investigations by Kim et al .: Surface modification of Inconel 600 alloy by laser surface melting and alloying to improve its corrosion resistance; Proc. of l st Int. Conf. On Advanced Materials Processing 2000, pp. 237-243, on an Inconel 600, in which a surface modification should be carried out, show that laser processing is possible with a CO 2 laser at powers between 500 and 1300 W per 1 mm ∅ area is. The layer thicknesses vary between 150 and 200 µm or between 300 and 400 µm depending on the parameters. This layer was created on a chromium-rich background layer, which had a thickness of 50-80 µm. Legend for FIGS. 1 and 2 1 interconnector (first component)
2 substrate (second component)
3 cathode
4 gas channel
5 gap
6 weld seam
7 additional joining material
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